Área de estudio

El área de estudio (Figura 1) se definió en función a la elevación de la superficie que comprende las regiones naturales Yunga fluvial (500 - 2 300 msnm), Rupa Rupa (500 - 1 500 msnm) y Omagua (debajo de 500 msnm), que agrupan diferentes características en cuanto a topografía y condiciones de tiempo y clima. Ubicadas al lado Este de los Andes peruanos entre los 0.1° S - 14.4° S y 78.8° W - 68.8° W, la topografía de la zona es muy variada debido a la presencia de la Cordillera de los Andes.

Figura 1 Área de estudio 

Los datos fueron obtenidos del modelo GFS (Global Forecast System) a una resolución espacial de 2.5° en las horas sinópticas 00, 06, 12 y 18 UTC para los meses de diciembre, enero y febrero (verano austral, a partir de ahora), con un 21.5% de datos faltantes (archivo de descripción de datos ausente en la fuente de descarga). Los datos de precipitación diaria fueron analizados de la misión de medición de las precipitaciones tropicales (TRMM, de aquí en adelante) del producto 3B42V7 a 0.25° (^{Yupanqui et al., 2015}) debido a su mayor precisión y calidad de los datos (^{Huffman et al., 2007}). En la relación de estas variables se ajustó al tamaño de pixel a 0.1° y fueron analizadas en el periodo 2005 al 2014.

Identificación de eventos SALLJ

Se consideraron los criterios propuestos por ^{Bonner (1968)} al estudiar la frecuencia e intensidad de los flujos de viento sobre los EE.UU. con un registro de perfiles de viento durante 2 años en 47 estaciones de radiosondeo, y el propuesto por ^{Whiteman et al. (1997)} que, al identificar flujos de viento que no cumplían los criterios propuestos por Bonner, incluyó un criterio más en su estudio, el cual considera vientos menos intensos. Por ello, se consideró en este estudio como criterio cero y criterio uno a ^{Whiteman et al. (1997)} y ^{Bonner (1968)}, respectivamente, cuyas características se detallan a continuación:

- Criterio cero, considera el V m sobre el nivel isobárico de 850 hPa igual o superior a 10 m/s y una cizalladura vertical de por lo menos 5 m/s entre los 850 y 700 hPa, que debe ubicarse dentro del área de la isotaca de 10 m/s.

- Criterio uno, considera el V m sobre el nivel isobárico de 850 hPa igual o superior a 12 m/s y una cizalladura vertical de por lo menos 6 m/s entre los 850 y 700 hPa, que debe ubicarse dentro del área de la isotaca de 12 m/s.

Ambos criterios deben ser analizados al lado Este de la Cordillera de los Andes.

La cizalladura vertical (V_ciz.vert), para las 00, 06, 12 y 18 UTC del V m , fue calculada por la Fórmula 1.

. Fórmula 1

Donde el V m máximo a 850 hPa V_{max(850 hPa)} y el viento V_{3 km(700 hPa)} representan el viento meridional del norte a un nivel isobárico de 850 hPa y 700 hPa, respectivamente. Se presentan tres situaciones con: A) V_{max(850 hPa)} > V_{3 km(700 hPa)} con valores de V_ciz.vert < 0, que muestran mejores condiciones para los eventos SALLJ; B) V_{max(850 hPa)} < V_{3 km(700 hPa)} con valores deV_ciz.vert > 0, que bloquean la formación de un evento SALLJ; y finalmente C) V_{max(850 hPa)} = V_{3 km(700 hPa)} con V_ciz.vert = 0, que no genera cortantes de viento.

Análisis temporal del viento

Se utilizó la distribución de Weibull debido a la sencillez y capacidad de ajustar la función de distribución de probabilidad para los datos de viento (^{Celik, 2003}). Planteada en un principio por ^{Weibull (1951)}, es considerada una distribución de probabilidad continua y multiparamétrica que viene siendo utilizada muy ampliamente en el análisis de la velocidad del viento. La función de distribución de probabilidad se muestra en la Fórmula 2.

. Fórmula 2

Donde el valor de la velocidad del viento "v_i" en un determinado momento "i", la velocidad promedio representada por el parámetro de escala "c" en m/s, el grado de dispersión de los datos por el parámetro de forma "k", y "T₀" parámetro de localización (parámetro que localiza la abscisa a partir de la cual se inicia la distribución); estos parámetros, reemplazados en la ecuación, muestran la frecuencia de la velocidad "v" del viento (^{Silva et al., 2002}) y "p_i" representa la probabilidad de ocurrencia de la velocidad del viento a estimar.

Para la estimación de los parámetros de Weibull se utilizó el método de mínimos cuadrados estudiado por ^{Touré (2005)}, el cual permite calcular los parámetros de forma "k" y escala "c" mediante la transformación doble logarítmica (Figura 2) aplicada a la función de distribución de probabilidad acumulada (CDF) de Weibull (pi_v≤vi), permitiendo transformar la CDF en una ecuación lineal de regresión.

Figura 2 Recta de ajuste usando el Método de Mínimos Cuadrados 

En este estudio se considera una distribución bi-paramétrica (Figura 3); es decir, está definida solo por el cálculo de los parámetros de forma y escala, ya que el tercer parámetro hace referencia a la variable tiempo, o conocido también como el parámetro de localización (T₀ = 0) de inicio de la función, que permite ingresar una perturbación (identificar fallas) a las condiciones iniciales al momento de generar la función de distribución de probabilidad de Weibul (f_v).

Relación entre eventos SALLJ y precipitación

El grado de asociación entre la precipitación y el V m fue determinado mediante el coeficiente de Kendall. Este es un método robusto que no depende del tipo de distribución de datos y es resistente al no ser afectado por los datos atípicos (^{Wilks, 2006}). Para calcular el estadístico de tamaño “n” con datos parados, se tiene "X" e "Y", donde se utiliza la Fórmula 3 (^{Siegel & Castellan, 1995}).

Fórmula 3

Donde "P" representa el número de valores positivos (acuerdos) asociado al número de veces de incrementos de "Y" conforme incrementa "X", y "M" representa el número de valores negativos (desacuerdos) asociado al número de veces que disminuye "Y" conforme incrementa "X". "T_x", y "T_y" representa el número de observaciones “t” empatadas para cada grupo de empates de la variable "X" e "Y", respectivamente. De esta manera, los datos de precipitación diaria acumulada del TRMM y el " V m " fueron asociados utilizando el coeficiente de correlación de Kendall para las 4 horas sinópticas. Luego, el grado de relación entre el " V m " y la precipitación diaria acumulada, fueron superpuestas sobre las zonas de eventos SALLJ.

Figura 3 Distribución de Weibull para un factor de forma y escala fijas. 

Comportamiento del SALLJ durante el verano austral entre el 2005 al 2014

Se identificó cuantitativamente (Figura 4) una máxima correlación entre V m y la V_ciz.vert a las 00 UTC (19 hora local en Perú) sobre el lado Noreste entre los 2.2° S - 6.4° S y 75.6° W - 70° W correspondiente a la zona 1 (a partir de ahora) con correlaciones entre 0.36 y 0.5. Por el lado Este de la cordillera central de los Andes, entre los 10.4° S - 12.42° S y 75.6° W - 72.4° W correspondientes a la zona 2 (a partir de ahora), se obtuvieron correlaciones de 0.2 a 0.5 y al Sureste entre los 12.42° S - 14.4° S y 71.6° W - 68.8° W para la zona 3 (a partir de ahora) se muestran correlaciones de 0.1 a 0.4; se utilizó las 00 UTC como base para realizar la zonificación debido a que presenta los valores máximos asociados a una relación entre el V m y V_ciz.vert, similar a los resultados obtenidos en el estudio de ^{Marengo et al. (2004)}. Se considera una correlación baja de -0.3 ↔ 0.3 y correlación media de 0.3 ↔ 0.5. Además, se observó en horas de la noche 00 UTC sobre la zona 1 y 2, el máximo grado de asociación entre V m y V_ciz.vert. Es decir, la componente del viento meridional del norte a 850 hPa es superior al viento a 700 hPa. Sin embargo, en la zona 3 no se evidenció un grado de asociación marcado. La influencia de la topografía en la zona 2 y 3 juega un rol muy importante que afecta la componente del viento meridional. De la misma forma, para las 06, 12 y 18 UTC (01, 07 y 13 hora local, respectivamente), la correlación entre las variables de V m y V_ciz.vert registró los valores más bajos, lo que responde a la naturaleza de formación del SALLJ que parte de un intercambio energético con el entorno.

Figura 4 Correlación de viento meridional del norte y cizalladura vertical 

Se registró un 𝑉 𝑚 promedio máximo a 850 hPa entre los 9.3 a 10.5 m/s a las 12 UTC sobre la zona 1, seguido por las 06 UTC registrando valores entre los 5.8 a 8.2 m/s. En cambio, los vientos menos intensos (inferior a 5.8 m/s) al lado Este de la Cordillera de los Andes (zona 2 y 3), muestran el efecto topográfico, donde el efecto de la fricción debilita y altera los flujos de vientos que son canalizados hacia el sur (Figura 5). De acuerdo al comportamiento temporal de la V_ciz.vert, la mayor inestabilidad se ubicó en la zona 2 para las 12 UTC con valores superiores a los 4.1 m/s. Sobre los terrenos planos (zona 1), el efecto de la cortante vertical muestra valores intermedios en la componente meridional del viento con dirección al sur cercano a los 2 m/s y valores muy bajos entre 0.5 y 2 m/s (Figura 6).

Figura 5 Promedio del viento meridional del norte (m/s)  

FUENTE: Elaboración propia.

Figura 6 Promedio de cizalladura vertical (m/s) 

Asimismo, los valores máximos registrados (Figura 7), en la serie temporal de datos durante el verano austral comprendido entre los años 2005 y 2014, evidencian las máximas velocidades sobre el Noreste del territorio peruano, con valores de 14.6 a 21.4 m/s a las 12 UTC sobre la zona 1, seguido de las 06 UTC con valores de 12.8 a 14.6 m/s; siendo las 00 y 18 UTC las horas sinópticas que registraron los valores entre los 10.4 y 13.7 m/s en la componente meridional del norte; estos últimos presentaron los valores más bajos en la intensidad del viento máximo registrado sobre la zona 1. En el caso de las zonas 2 y 3, las intensidades oscilaron entre los 1.8 y 12.8 m/s, para las 00, 06 y 18 UTC. Así mismo, las intensidades de los vientos más bajos se registraron cerca de las laderas de la Cordillera de los Andes (lado Este), caso contrario sucedió a medida que nos alejamos de la cordillera (en dirección hacia la selva).

FUENTE: Elaboración propia.

Figura 7 Registro máximo del viento meridional del norte (m/s) 

Sobre el factor de forma (Figura 8), que indica el grado de dispersión de la velocidad del viento respecto a su valor medio, los valores más bajos representan una menor variación en la velocidad del viento promedio y una mayor frecuencia del viento promedio. De manera particular, esto sucede para la zona 2 y 3, cercanas a las laderas de la Cordillera de los Andes para las 00, 06, y 12 UTC con valores que oscilan entre 0 y 1.4 m/s. Las mayores variaciones en el V m se muestran en la zona 1, donde supera en 2.3 m/s del promedio normal; de tal manera que la influencia de los vientos alisios se hace más predominante debido a la deflexión hacia el sur que se genera por la topografía.

FUENTE: Elaboración propia.

Figura 8 Factor de forma del viento meridional del norte (m/s) 

El número de casos registrados para cada año muestra una relación similar comparada con la precipitación acumulada en los eventos SALLJ. El año con mayor registro de eventos se dio en el 2007, con 13 casos, seguido del 2008, 2006, 2012, 2009, 2010, 2011 y por último 2005 con 9, 5, 4, 3, 2, 2 y 1 casos, respectivamente.

Aparte de ello, los eventos SALLJ durante las horas sinópticas analizadas evidencian un mayor número de casos a las 00 y 12 UTC correspondientes al 76.9% de los casos identificados, durante las horas intermedias (06 UTC) se registró un 17.9% y finalmente un 5.1 % del total de casos correspondiente a las 18 UTC. Analizando este factor y su equivalente a hora local, se encontraría con mayor probabilidad eventos SALLJ entre las 19:00 y 07:00 horas, asociados al anochecer y amanecer.

De los criterios analizados para la identificación de los eventos SALLJ, se registró un 53.8% de los casos utilizando el criterio “0” propuesto por ^{Whiteman et al. (1997)} y un 46.2% utilizando el criterio “1” propuesto por ^{Bonner (1968)}. Se observó una mayor frecuencia de eventos SALLJ sobre la zona 1 (76.9% de casos), seguida de la zona 3 (23.1% de casos). Cabe mencionar que, no se evidenciaron las condiciones necesarias para identificar un SALLJ sobre la zona 2. También se registró 64.1% de eventos SALLJ en el mes de febrero y un 35.9% para los meses de diciembre y enero.

Precipitación diaria acumulada y eventos SALLJ sobre la selva del Perú en el verano austral entre los años 2005 al 2014

Se analizó el comportamiento temporal (Figura 9, muestra un caso de un total de 12 gráficas) de la intensidad y cizalladura del viento meridional del norte con la precipitación diaria acumulada sobre los pixeles centrales de las 3 zonas identificadas en la Figura 4. Se considera la cizalladura menor a -5 m/s y una intensidad de viento inferior a -10 m/s; los valores negativos corresponden a la orientación de la componente meridional del Norte (con dirección al Sur) y las precipitaciones superiores a los 0.1 mm/día.

Figura 9 Comportamiento temporal del V m (líneas rojas), V_ciz.vert (líneas azules) y precipitación (barras) diaria acumulada en m/s y mm/día, respectivamente. Para las 12 UTC, Latitud: 2.9° S / Longitud: 72.1° W 

Los días que cumplen los criterios para un evento SALLJ (Tabla 1) no necesariamente están asociados a fuertes precipitaciones. De los 39 casos identificados, el 28.2% de eventos SALLJ registraron, según los datos de precipitación acumulada, valores entre 0 a 0.2 mm/día, un 56.4% de casos con precipitaciones entre los 0.6 y 8.9 mm/día, y finalmente un 15.4% de casos registraron precipitaciones acumuladas entre 13 y 64 mm/día.

Los años con mayor precipitación acumulada durante los eventos SALLJ fueron en 2008, luego 2007, 2009, 2012, 2010, 2006, 2011 y finalmente 2005 con 115.2, 82.8, 16.5, 15.2, 10.3, 8.9, 8.7 y 6 mm, respectivamente. Dichos valores representan la suma de precipitación diaria durante los eventos SALLJ para cada año.

Por otro lado, un caso ilustrativo (1 caso de 39 identificados) muestra los cortes latitudinales (Figura 10) sobre los eventos SALLJ, se analizó el perfil del viento meridional (m/s, sombreado con colores), el omega (Pa/s, líneas punteadas de color negro), la humedad relativa (línea punteada de color azul con valores superiores al 70 %) y la temperatura potencial equivalente (en K, línea punteada de color magenta) en diferentes niveles isobáricos (de 1 000 hPa a 100 hPa).

El comportamiento vertical de la atmósfera, visto desde un corte latitudinal a 2.9° S (Figura 10a), 11° S (Figura 10b) y 12.9° S (Figura 10c), muestra zonas de saturación que oscilan entre el 70 y 90 % de humedad relativa al lado oriental de la Cordillera de los Andes, que se requiere para la formación de nubosidad (^{Quispe et al., 2003}). Aparte de ello, la inestabilidad en la columna atmosférica se observó con los valores negativos de omega que oscilaron entre 0.1 a 3 Pa/s, siendo el 16 de febrero de 2007 a las 12 UTC donde se evidenció una región con ambiente favorable a la formación de convección profunda sobre los 11° S. Dadas las condiciones necesarias para el desarrollo de un sistema convectivo sobre Perú, a pesar de las condiciones de inestabilidad en niveles medios, zonas de divergencia en altura y zonas de convergencia en niveles bajos, los niveles bajos en el flujo de humedad y un aumento en la velocidad del viento a 850 hPa transportan la humedad y favorecen su acumulación en la salida del SALLJ.

Figura 10 Perfil de viento meridional (m/s, shaded), Omega (Pa/s, color negro), Humedad relativa (%, color azul) y Temp. Potencial equivalente (Kelvin, color cian) del 16 de febrero de 2007 a las 12 UTC. a) Corte latitudinal 2.9°, b) corte latitudinal 11° y c) corte latitudinal 12.9° 

Además, se muestra la distribución espacial del flujo de humedad especifica (Figura 11 a) en kg/kg (línea solida de color azul) a 850 hPa, la identificación de un evento SALLJ (Figura 11 b) con altura geopotencial a 200 hPa (mgp, línea solida de color azul) y la precipitación (Figura 11 c) diaria acumulada (mm/día, sombreado en colores) superior a 0.1 mm/día. En general muestra una mayor concentración de la humedad en la salida del chorro, por confluencia de velocidad del viento que favorece la precipitación.

FUENTE: Elaboración propia.

Figura 11. a) Flujo de Humedad especifica (kg/kg, color azul) a 850 hPa, b) Altura geopotencial a 200 hPa (mgp, color azul) y eventos SALLJ, c) Precipitación diaria acumulada (mm/día) / 16 de febrero de 2007 a las 12 UTC 

Comparación de datos de viento y precipitación

Se observa un mayor grado de asociación entre los valores de 𝑉 𝑚 y precipitación diaria acumulada en las horas de la noche 00 UTC (19 hora local), este comportamiento no alcanza valores tan altos en comparación a las 06, 12, y 18 UTC. Se consideraron los valores del viento con los valores negativos debido a su dirección hacia el sur y las precipitaciones acumuladas en 24 horas con valores superiores a los 0.1 mm/día; es por ello que la relación entre dichas variables es inversamente proporcional. El grado de asociación entre el V m y precipitación diaria (Figura 12), muestran una relación inversa con mayor concordancia en la zona 2 (-0.2 a -0.6) para las 00, 06 y 12 UTC. Es decir, el flujo de vientos debido al forzamiento topográfico influye más en comparación que la zona 1 en todas las horas sinópticas analizadas.

Figura 12 Correlación de viento meridional del norte y precipitación diaria 

Por otro lado, en zonas planas (zona 1) no se evidencia una asociación entre la precipitación diaria acumulada y la componente del viento meridional del norte, debido a la difluencia de la velocidad del viento que se genera en la zona de entrada del SALLJ y el transporte de la humedad.

Así mismo, los resultados del coeficiente cercanos a 0 (cero) muestran que la precipitación no está solo condicionada por el V m . Cabe señalar que una baja relación entre los flujos de viento y la precipitación, evidencia que no solo depende de un evento SALLJ, sino de la cantidad de humedad disponible en el ambiente, así como las condiciones necesarias para el desarrollo de un complejo convectivo. Además, el flujo de vientos debido al forzamiento topográfico influye más en comparación que la zona 1 en todas las horas sinópticas analizadas.