Characteristics of the winter orographic precipitation over the Subtropical Central Andes

Las precipitaciones sobre las montañas son en gran parte originadas o incrementadas cuando el flujo horizontal de aire húmedo es forzado a ascender por la topografía. Esta situación se produce mayormente en el invierno sobre los Andes Centrales (30º -37ºS), cuando el flujo del oeste intenso de un ciclón extratropical llega hasta latitudes subtropicales. Debido a la escasa información disponible en la cordillera, las variaciones de la precipitación son documentadas en una escala transversal a la misma que no tiene en cuenta variaciones entre valles y picos. A partir de 7 años (1970-1976) de datos de precipitación de invierno (Abr-Sep) disponible, la máxima cantidad de precipitación se observó sobre zonas pendiente arriba de la cordillera antes de alcanzar la cresta, siendo aproximadamente el doble de la cantidad de precipitación observada en zonas bajas a barlovento. Inmediatamente a sotavento de los picos más altos, la cantidad de precita- ción cae drásticamente generando un notorio gradiente transversal a la cordillera, con precipitaciones largamente disminuidas en zonas bajas a sotavento. Esta disminución fue mayor en zonas bajas del norte de Mendoza (31.5º-34.5ºS) que del sur (35º -36.5ºS), probablemente debido a la mayor actividad baroclinica y un decaimiento de la altura de la cordillera hacia el sur, permitiendo que una mayor cantidad de precipitación logre atravesar la cordillera. El efecto de bloqueo de los Andes es tan marcado que altera los regimenes de precipitación de las zonas bajas aledañas, siendo de invierno a barlovento y de verano a sotavento al norte de 35º. Las series de precipitaciones diarias revelaron, además, que las tres cuartas partes de la precipitación acumulada en el invierno sobre la cordillera, representativa a su vez de la total anual, es producto de solo 4 o 5 eventos significativos en promedio durante el invierno. Las condiciones sinópticas típicas de los eventos significativos exhibieron un ciclón extratropical intenso sobre las costas sudamericanas del océano Pacifico, con un fuerte flujo concentrado de humedad paralelo al frente frío, el cual ha sido denominado “río atmosférico” en estudios previos en las costas norteamericanas del Pacifico. Dicho flujo de humedad dispuesto mayormente perpendicular a la cordillera impacta y descarga grandes cantidades de vapor de agua en forma de precipitación sobre los Andes Centrales. A barlovento de los Andes, una corriente en chorro paralela a la cordillera es frecuentemente observada en niveles bajos, consistentemente con el predominio de condiciones de estabilidad que favorecerían un bloqueo orográfico y un desvío del flujo hacia el polo; mientras que a sotavento de los Andes, un flujo descendente intenso usualmente alcanza la superficie produciendo tormentas de viento Zonda. Simulaciones numéricas con alta resolución (i.e., ≤ 15 km) confirmaron durante dos casos de estudio que el flujo del oeste es bloqueado y desviado hacia el polo en ni- veles bajos, originando una corriente en chorro paralela a la cordillera. Por otro lado, el flujo de humedad que logró atravesar el sector de los Andes más altos (33º-34ºS) des- cargó el 49% de su contenido de vapor de agua de la atmósfera en forma de precipita- ción a través de mecanismos de ascenso orográfico, mientras que el flujo que atravesó los Andes más bajos (35º - 36ºS) descargó el 25% de su contenido de vapor. Este resulta- do explicaría la mayor precipitación observada en el sur que en el norte de Mendoza, a sotavento de la cordillera. Las observaciones y simulaciones numéricas indican que rol de la topografía de los Andes Centrales es dominante sobre las precipitaciones de invierno en la cordillera misma y en las regiones bajas adyacentes. En las simulaciones sin topografía, la precipi- tación queda limitada exclusivamente al forzante sinóptico, y por lo tanto la cantidad de precipitación cae abruptamente al desaparecer el patrón de precipitación orográfico do- minante. Además, las simulaciones sin la cordillera de los Andes sugieren, por un lado, que las zonas bajas de Cuyo recibirían una mayor cantidad de precipitación y las condi- ciones atmosféricas serían más húmedas a la real durante el invierno. Y por otro lado, cantidades mucho menores de vapor de agua serían removidas de la atmósfera en forma de precipitación, sin la acción de mecanismos de ascensos orográficos adicionales al sinóptico, lo cual implicaría una disponibilidad de agua dulce bastante menor para las regiones de Chile y Cuyo en un escenario sin cordillera de los Andes.The precipitations over the mountains are mostly originated or incremented when the moisture air flow is forced to rise by the high terrain. This situation typically occurs in winter over the Central Andes (30º-37ºS), when the strong cross-barrier flow from an extratropical cyclone reach subtropical latitudes. Due to the few precipitation gauges available, large-scale variation in cross-barrier precipitation is focuses on this thesis, not taking account the fine ridge-valley scale. The maximum amount of precipitation was observed on upslope of the mountain range before the crest, and was about twice larger than that observed on windward lowlands between 33º-34ºS. To immediately leeward of the crest, the precipitation amount sharply drops generating a strong cross-barrier gradient. The rain shadow effect is greater in the north (32º-34.5ºS) than in the south (35º-36.5ºS) of the lee side, probably due to more baroclinic activity to southernmost latitudes and a southward decrease in the height of the Andes enabling more spillover precipitation. The blocking effect of the Andes on winter precipitation is so marked, that it modifies the precipitation regimes in the low adjacent areas at windward and lee side north of 35ºS. The daily precipitation series also revealed that 4 or 5 cool-season heavy events account for almost the winter total precipitation, which is almost equal to the annual total. The heavy orographic precipitation events are strongly related to strong and concentrated water vapor transport from Pacific ocean in the pre-cold-frontal environment of extratropical cyclones, which has been named “atmospheric rivers” in previous studies on the western coast of North America. The strong cross-barrier moisture flux impinging on the high Andes leads to heavy orographic precipitation episodes. In addition, local air flow characteristics suggested that the low-level flow is typically blocked and diverted poleward in the form of an along-barrier jet. In the lee side, the downward flow dominate during heavy events producing a prominent rain shadow effects, as denoted the domain of downslope winds extending to low-laying areas. Simulation with high resolution models (i.e., ≤ 15 km) confirmed during two case studies that low-level cross-barrier moisture flow is blocked and diverted southward, in the form of a barrier-jet at low-levels. At same the time, the cross-barrier mois-ture flow that crossed the higher Andes between 33º-34ºS discharged 49% of their water vapor content by orographic lifting, while the cross-barrier flow that crossed the lower Andes between 35º-36ºS discharged 25% of their water vapor content. This result would explain the higher precipitation on low lands at southern (35º-36ºS) than northern (33º-34ºS) lee side. The observation and simulations indicate that the role of the Andes cordillera is dominant on the winter precipitation over the region. The simulation without topography produced much less precipitation as the orographic lifting disappears. The experiment with flat terrain suggests, on the one hand, the lowlands of the Cuyo region would receive higher winter precipitation amounts and the atmospheric environment would be wetter than current time. On the other hand, with no terrain forcing additional ascent to frontal lifting, significant less amount of water vapour content would be removed from the atmosphere as precipitation, which would imply a much less water availability for the region in a flat scenario.Fil:Viale, Maximiliano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina