Characterization of nocturnal atmospheric convection over the Middle Magdalena Valley

ilustraciones, diagramas, planosEsta investigación estudia el comportamiento de la convección atmosférica profunda nocturna en el Magdalena Medio entre los años 2011 y 2017 con el fin de comprender las principales condiciones atmosféricas asociadas a dichos eventos. Se toma información de dos estaciones automáticas del IDEAM (Palanquero en el extremo sur, y Vizcaína más al norte, en cercanías a Barrancabermeja), e información de vapor de agua precipitable (PWV) de una estación GPS del Servicio Geológico Colombiano en Palanquero. De 1947 eventos de convección profunda en la región, 1421 (el 72,98 %) ocurren entre las 20:00 y las 07:00 hora local (eventos nocturnos), y 526 en el resto del día (eventos diurnos). La distribución mensual de los eventos muestra que la ocurrencia de los mismos coincide con las temporadas de lluvia en la región (comportamiento bimodal), lo cual confirma la estrecha relación entre precipitación y convección nocturna en esta región ecuatorial. La distribución espacial muestra que los eventos nocturnos se distribuyen a lo largo de todo el valle, encontrando más eventos en el extremo suroeste del valle cerca de Palanquero. Para investigar el comportamiento de las variables meteorológicas asociado a la ocurrencia de eventos convectivos nocturnos, se construyen compuestos de las mismas a partir de promedios de sus anomalías. Es decir, se seleccionan los eventos más cercanos a las estaciones automáticas, y se compara el comportamiento de cada variable asociado a la ocurrencia de estos eventos, con su comportamiento promedio. A partir de los resultados de estos compuestos, se plantea la siguiente hipótesis acerca del mecanismo generador de eventos convectivos para la zona de Palanquero: primero, la circulación predominante proveniente del norte; esto, junto con la geometría del valle facilita la convergencia, especialmente al extremo sur donde el valle se va elevando y cerrando. Sin embargo, esto no es suficiente ya que esta circulación no siempre ocasiona eventos convectivos. La información de PWV en Palanquero indica que en los días con eventos convectivos se presentan anomalías positivas al menos 12 horas antes de los eventos. Adicionalmente, desde 8 horas antes, el PWV presenta un aumento leve, que se intensifica 4 horas antes del evento, y alcanza un máximo 1 hora antes del mismo. A partir de ese momento decae rápidamente, pero manteniéndose por encima del promedio hasta al menos 12 horas después. Esto sugiere que hay un mayor contenido de humedad no solo localmente, sino probablemente a nivel regional. Este podría ser el factor determinante para la convección profunda, ya que en horas de la noche el vapor de agua adicional puede generar un calentamiento por efecto radiativo de onda larga, que sería más pronunciado en el valle que en sus laderas. Este calentamiento anómalo, se observa desde 5 horas antes del evento; al ser este calentamiento menor en las laderas, esto intensificaría la interacción valle-montaña en horas de la noche. Para Palanquero, que está más cerca de las laderas de la cordillera Oriental, se evidencia una componente de viento anómala del noreste que se observa desde unas 4 horas antes de los eventos convectivos, que a su vez intensifica la convergencia en esta zona. De manera que la convergencia natural del valle por su geometría y circulación predominante, sumada a anomalías positivas de PWV, desencadenan una serie de procesos radiativos, dinámicos y termodinámicos locales que resultan en un evento de convección profunda nocturna en la zona de Palanquero. Para la zona de Vizcaína no es posible construir un modelo conceptual tan detallado que explique los eventos que se presentan allí, pero posiblemente actúen procesos similares a los de Palanquero. Se requiere mayor información, en particular el comportamiento del PWV en este punto de la región. (Texto tomado de la fuente)This research studies the behavior of nocturnal deep atmospheric convection in the middle Magdalena River valley between 2011 and 2017, in order to understand the main atmospheric conditions associated with these events. Two automatic weather stations from IDEAM are used (Palanquero in the extreme south, and Vizca´ına further north, near Barrancabermeja), as well asprecipitable water vapor (PWV) data from a GPS station of the Colombian Geo- logical Service in Palanquero. Of 1,947 deep convective events in the region, 1,421 (72.98 %) occur between 8:00 p.m. and 7:00 a.m. local time (nighttime events), and 526 during the rest of the day (daytime events). The monthly distribution of the events shows that their occu- rrence coincides with the rainy seasons in the region (bimodal behavior), which confirms the close relationship between precipitation and nocturnal convection in this equatorial region. The spatial distribution shows that nocturnal events are distributed throughout the entire valley, finding more events in the southwestern end of the valley near Palanquero. To investigate the behavior of the meteorological variables associated with the occurrence of nocturnal convective events, composites are constructed from the averages of their anoma- lies. That is, the events closest to the automatic stations are selected, and the behavior of each variable associated with the occurrence of these events is compared with their avera- ge behavior. Based on the results of these composites, the following hypothesis is proposed about the mechanism that generates convective events for the Palanquero area: first, the predominant circulation comes from the north; this, together with the geometry of the va- lley facilitates convergence, especially at the southern end where the valley rises and closes itself. However, this is not enough since this circulation does not always cause convective events. GPS data from Palanquero indicates that on days with convective events, positive anomalies of PWV occur at least 12 hours before the events. Additionally, PWV shows a slight increase 8 hours prior to the event, which intensifies in the last 4 hours before the event, and reaches a maximum 1 hour before it. From that moment on, it declines rapidly, but remains above average until at least 12 hours later. This suggests that there is a higher moisture content not only locally, but probably regionally. This could be the determining factor for deep convection, since at night the additional water vapor can generate heating due to the long-wave radiative effect, which would be more pronounced in the valley than on its slopes. This anomalous heating is observed from 5 hours before the event; the smaller warming effect along the slopes of the valley may intensify the mountain-valley interaction at night. For Palanquero, which is closer to the slopes of the Eastern Cordillera, there is evidence of an anomalous wind component from the northeast that is observed from close to 4 hours before the convective events, which in turn intensifies convergence in this area. Thus, the natural convergence of the valley due to its geometry and predominant circula- tion, together with positive PWV anomalies, trigger a series of local radiative, dynamic, and thermodynamic processes that result in a nocturnal deep convection event in the Palanque- ro area. For the Vizca´ına area, it is not possible to build such a detailed conceptual model that explains the events that occur there, but processes similar to those of Palanquero may be responsible. More information is required to verify this, particularly the behavior of the PWV at this location.Maestrí