Nos acercamos rápidamente al final del invierno meteorológico, y ha sido un final bastante largo para gran parte de los Estados Unidos, especialmente para aquellos que han sufrido los efectos devastadores del reciente frío extremo. Como se ha comentado en este blog, hemos estado inmersos en La Niña, pero el tiempo fuera de los trópicos no se ha caracterizado por comportarse como cabría esperar de La Niña, incluso antes de este periodo de frío extremo y tormentas invernales. En este post, investigaremos lo que ha ocurrido durante los dos primeros tercios de este invierno.

Sintiendo la presión

Como se mencionó en enero, el patrón de temperatura de principios de invierno sobre América del Norte se parecía más a un típico El Niño que a lo que se esperaría de una La Niña de moderada a fuerte. Este inesperado patrón de temperatura fue el resultado de los cambios en la corriente en chorro que normalmente no vemos durante La Niña. Los expertos en predicción y los científicos suelen evaluar la circulación atmosférica a gran escala a partir de la presión situada a unos cinco kilómetros por encima de la superficie terrestre, el llamado nivel de 500 hectopascales (hPa) o, lo que es lo mismo, de 500 milibares (mb). Si observamos el patrón medio que se produjo en el hemisferio norte en diciembre-enero, vemos una amplia zona de baja presión que se extiende desde el noreste de Asia a través del Pacífico Norte hasta el suroeste de Alaska, así como una fuerte zona de alta presión sobre el noreste de Canadá y Groenlandia.

 (Arriba) Anomalías de altura del geopotencial (m) en el nivel de presión de 500 hectopascales (hPa) durante diciembre de 2020 a enero de 2021. Los colores fríos indican una presión atmosférica inferior a la media y los colores cálidos indican una presión atmosférica superior a la media a un nivel de unos cinco kilómetros por encima de la superficie de la Tierra. (Abajo) Las anomalías de la altura geopotencial media de 500 hPa de diciembre a enero para los 13 episodios más fuertes de La Niña desde 1950, incluyendo diciembre de 2020 a enero de 2021. Nótese la diferencia de escala entre las figuras superior e inferior. La figura superior tiene un rango de valores más amplio porque la figura superior incluye contribuciones tanto de señales predecibles, como La Niña, como de la variabilidad meteorológica aleatoria, mientras que la figura inferior ha filtrado la mayor parte de la variabilidad meteorológica aleatoria. Las anomalías se calculan con respecto al periodo base 1991-2020 para la figura superior y con periodos base de 30 años actualizados cada 5 años (ver aquí para una descripción). Figura de NOAA Climate.gov con datos del Reanálisis NCEP/NCAR obtenidos del Laboratorio de Ciencias Físicas de la NOAA.

El mapa en el panel inferior presenta el patrón de presión promedio de diciembre a enero para los 13 episodios más fuertes de La Niña desde 1950, incluyendo el episodio actual. Típicamente, La Niña conlleva una alta presión anómala sobre el Pacífico Norte, una baja presión sobre el noroeste de América del Norte y una alta presión en el sureste de Estados Unidos, un patrón denominado fase negativa del patrón Pacífico-Norteamericano (PNA). Este patrón generalmente trae condiciones más frías que la media en gran parte de Canadá y el norte de los EE.UU. y condiciones más cálidas que la media en gran parte del sur de los EE.UU., pero claramente la atmósfera tenía ideas diferentes este pasado diciembre y enero.

¿Esto es normal?

¿Fue realmente tan inusual el desajuste que vimos en diciembre-enero?  Sabemos que la atmósfera varía de una La Niña a otra, y que nunca se asemeja del todo a la media de todos los eventos. Para responder a esta pregunta, he evaluado la similitud entre los mapas individuales de diciembre-enero de 500 hPa y el patrón medio de La Niña (para los 13 episodios de La Niña de moderados a fuertes). Para este cálculo, utilizo la correlación de patrones, una métrica que resume la similitud en un solo número: un valor de 1 significa una coincidencia perfecta, 0 significa una falta de coincidencia completa, y -1 significa opuestos en el espejo.                                               

 Correlaciones de patrones entre las anomalías individuales de La Niña y el promedio de La Niña de diciembre a enero en la altura geopotencial al norte de 15°N para los 13 episodios más fuertes de La Niña desde 1950. Los valores positivos indican al menos cierto grado de coincidencia de patrones, con 1 indicando una coincidencia perfecta, y los valores negativos indican una falta de coincidencia entre los dos patrones. Figura de NOAA Climate.gov con datos del Reanálisis NCEP/NCAR obtenidos del Laboratorio de Ciencias Físicas de la NOAA.

Las correlaciones de los patrones suelen ser sustancialmente positivas para La Niña de moderada a fuerte, lo que indica que la mayoría de los eventos comparten cierta similitud básica con el patrón medio de La Niña. Esto confirma que La Niña es una fuente fiable de predictibilidad fuera de los trópicos. Sin embargo, la correlación del patrón para diciembre de 2020 - enero de 2021 es la más baja de los 13 eventos y es de hecho ligeramente negativa. ¡Eso significa que se puede argumentar que la atmósfera del hemisferio norte se parecía un poco más a El Niño que a La Niña!

¿Pistas tempranas?

Hasta ahora, nuestros cálculos confirman que hubo un desajuste poco común entre el patrón de circulación atmosférica real y el típico de La Niña. ¿Se debió este desajuste a alguna influencia concurrente que deberíamos haber podido anticipar?  ¿Se les escapó algo a los meteorólogos?  ¿O el desajuste se debió a una variabilidad meteorológica caótica que no podemos predecir con suficiente antelación? Esta es la pregunta con la que luchan los predictores y los investigadores, y con la que a menudo se debaten una y otra vez.

Nuestros modelos dinámicos de predicción podrían proporcionar algunas pistas para abordar si ha habido una influencia opuesta. Estos modelos proporcionan previsiones estacionales que, en principio, incorporan todas las fuentes de predicción, no sólo el ENSO (¡pero todos los modelos tienen errores!). Para este análisis, utilizo un nuevo modelo de predicción del laboratorio de la NOAA en el que trabajo, el Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), llamado SPEAR. SPEAR es el miembro más reciente del North American Multi-Model Ensemble (NMME), que hizo su debut en tiempo real a principios de febrero. Aquí analizo una de las predicciones de prueba de SPEAR de principios de noviembre de 2020. 

Las anomalías de altura geopotencial de 500 hPa (m) previstas para diciembre de 2020 hasta enero de 2021 a partir de la combinación media de 30 previsiones de modelos dinámicos SPEAR emitidas a principios de noviembre de 2020. Figura de NOAA Climate.gov con datos SPEAR obtenidos del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos de la NOAA.

Como siempre ocurre con las predicciones estacionales, y como se describió en este post, SPEAR se ejecuta muchas veces (30 para ser exactos) con condiciones iniciales ligeramente diferentes (piense en diferentes aleteos de las alas de una mariposa). Las previsiones individuales (miembros del conjunto) divergen rápidamente debido a la naturaleza inherentemente caótica del sistema climático, pero la media de esos 30 miembros del conjunto filtra esa variabilidad caótica y proporciona una estimación de la señal predecible. El patrón de presión promedio de diciembre y enero predicho por el SPEAR a principios de noviembre se parece mucho al patrón promedio de La Niña. Esto indica que, según el SPEAR, la respuesta típica del hemisferio norte a La Niña era la mejor predicción que los predictores podían haber hecho con al menos un mes de antelación, aunque no se produjera.

Entonces, ¿qué pasa con el papel de la variabilidad meteorológica caótica? Esto incluiría las influencias de fenómenos como la Oscilación Madden-Juliana y los calentamientos estratosféricos repentinos que influyen claramente en nuestro estado del tiempo pero que son difíciles o imposibles de predecir con más de unas semanas de antelación. Es muy difícil dar una respuesta definitiva, pero podemos obtener más pistas de la variedad de los 30 miembros del conjunto SPEAR. Recordemos que los 30 miembros se ejecutan en condiciones casi idénticas, salvo por pequeñas perturbaciones en las condiciones iniciales que reflejan nuestro conocimiento imperfecto del estado de la situación meteorológica. Podemos examinar la distribución de las correlaciones de patrones entre los mapas reales y los mapas individuales de diciembre-enero de 500 hPa.     

Correlaciones de patrones entre las previsiones individuales de los miembros del conjunto SPEAR y las anomalías observadas de la altura geopotencial de diciembre de 2020 - enero de 2021 al norte de 15°N para las previsiones SPEAR emitidas a principios de noviembre de 2020. Las correlaciones de patrones más altas indican un mejor rendimiento de las previsiones. La línea roja discontinua indica la correlación de patrones entre el promedio del conjunto y el campo de altura geopotencial observado. Figura de NOAA Climate.gov.

Vemos una amplia gama de correlación de patrones, tanto negativa como positiva, lo que indica que algunos miembros del conjunto hacen un papel muy pobre y otros lo hacen razonablemente bien. Si nos fijamos en el miembro del conjunto con la mayor correlación de patrones, vemos muchas características similares a lo que realmente ocurrió, incluyendo una amplia zona de baja presión en el Pacífico Norte que es opuesta a lo que esperamos durante La Niña. Recordemos que este miembro del conjunto, razonablemente preciso, proviene exactamente del mismo modelo que indicaba que la mejor posibilidad era un patrón típico de La Niña. Lo único que distingue a este miembro del conjunto de muy buen resultado de los miembros del conjunto de bajo rendimiento son pequeñas perturbaciones en las condiciones iniciales que equivalen aproximadamente a los aleteos de una mariposa (por esto es difícil la predicción estacional).

Las anomalías de la altura geopotencial de 500 hPa previstas de diciembre de 2020 a enero de 2021 (m) para el miembro del conjunto SPEAR con la mayor correlación de patrones con el patrón observado. Figura de NOAA Climate.gov con datos de SPEAR obtenidos del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos de la NOAA.

Hay que tener en cuenta que esto no demuestra que la variabilidad meteorológica caótica sea la principal responsable del desajuste. Es posible que haya otros factores en juego y que nuestros modelos de previsión no tengan en cuenta todas las fuentes importantes de predicción estacional, como las interacciones estratosféricas-troposféricas. El punto principal de este análisis es que es muy difícil descartar la influencia de la variabilidad meteorológica caótica, y subraya por qué nuestras previsiones estacionales se emiten siempre en términos de probabilidades.

Por lo tanto, es posible preguntarse qué significa esto para las previsiones invernales de la NOAA que se publicaron por primera vez el pasado mes de octubre. Hay que tener en cuenta que esta perspectiva cubre los tres meses completos del invierno meteorológico, y no hace falta explicar a nuestros lectores de EE.UU. que febrero trajo algunos cambios meteorológicos importantes que no he cubierto aquí.

Fuente: Author:Nat Johnson. February 25, 2021