Modelización de las perturbaciones dinámicas del vórtice polar sobre la Antártida y América del Sur

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2001

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

MODELOS FISICO-COMPUTACIONAL - ARMONICOS DE HOUGH - METODOS ESPECTRALES - MECANICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL - ECUACIONES DE AGUAS POCO PROFUNDAS - VORTICIDAD POTENCIAL - SISTEMAS SINOPTICOS - VORTICE POLAR - AGUJERO DE OZONO - COMPUTATIONAL-PHYSICS MODELS - HOUGH ARMONICS - SPECTRAL METHODS - COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS - SHALLOW WATER EQUATIONS - POTENTIAL VORTICITY - SYNOPTIC SYSTEMS - POLAR VORTEX - OZONE HOLE

Descripción:

El objetivo de esta tesis es mostrar la influencia de perturbaciones de escalasinóptica (de longitudes o escalas menores a 5000 km. aproximadamente) sobre elvórtice polar austral y sobre el agujero de ozono antártico. Estas perturbaciones sepropagan desde la tropósfera y alcanzan la estratósfera inferior. Por este motivo serealizó un estudio de la presencia de perturbaciones sinópticas y sus características adistintas alturas para comprender su estructura vertical. Para realizar este análisis sediseñaron filtros espectrales bidimensionales en el espacio cuya función fue permitir elestudio por separado de los efectos de las diferentes perturbaciones en función de suspropiedades de onda. En este sentido se trabajó con valores diarios de forma tal deretener las posibles contribuciones no lineales en el tiempo. Se evaluaron lascondiciones de penetración / propagación en la estratósfera inferior de los sistemassinópticos y se estudió su impacto sobre la dinámica del vórtice polar y el agujero deozono. Para ello se empleó un seguimiento de la dinámica del agujero de ozono en basea la evolución dinámica de la altura geopotencial y su participación en la deformacióndel sistema en análisis. Para completar el estudio se implementó un modelo de aguas poco profundascuasitrídimensional que integra en forma espectral, mediante armónicos de Hough, lasecuaciones de movimiento, escritas en coordenadas isentrópicas. Esta metodología deintegración numérica proveyó al modelo de un elevado rendimiento computacional, yaque la base espectral seleccionada fue la de autofunciones del operador de aguas pocoprofundas, de tal forma que no se hizo necesario el mapeo de la esfera para la resolucióndel sistema de ecuaciones. Este modelo posee una frontera inferior dada por la posición de la tropopausay una superior libre, es decir, que constituye un problema clásico de aguas pocoprofundas con fondo móvil. El modelo es de tipo mecanístico y es forzado (medianteel ingreso de condiciones de contorno) por los valores de la temperatura de tropopausa,extraídos a partir de datos del ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasting). Este proceso requirió técnicas precisas de interpolación y de procesado debases de datos para acoplar con el debido tiempo de integración el resto del modelo. Para establecer las condiciones iniciales del modelo al momento de realizar lasintegraciones de estudio se diseñó una integración previa de “warm up” hasta alcanzarcondiciones dinámicas y termodinámicas de la atmósfera, apropiadas con la fecha delinicio de la integración propuesta en el experimento. También fue necesario ajustar eldiseño de una capa de esponja en el contorno superior del modelo para evitar que seinestabilizara. A su vez se le añadió difusividad selectiva en la horizontal y la verticalpara evitar que las perturbaciones de menor escala fuesen amortiguadas numéricamente. Para validar el modelo se tomó un caso de estudio comprendido entre losmeses de octubre y noviembre de 1990 comparando los resultados del mismo con datosindependientes del Goddard Space Flight Center de NASA (vorticidad potencial), y del National Oceanic and Atmospheríc Administration (NOAA), E.E.U.U. (vientos ytemperatura). El modelo reprodujo estas condiciones con alta fidelidad. Los resultados del modelo convalidan los resultados observacionales sobre lacontribución de los procesos de escala sinóptica en la deformación y evolución delvórtice polar y del agujero de ozono. En síntesis, la confirmación del aporte de perturbaciones de escala sinóptica enla deformación del vórtice polar constituye un novedoso aporte en el conocimiento delos mecanismos que participan en la evolución dinámica de este último. Dicho resultadoes consolidado por un extenso estudio observacional y un modelo teórico, que incluyeimportantes implementaciones en modelado fisico-computacional, que lo respaldan.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3421_Legnani