Sensitivity of simulated convection to soil moisture in a region in central Amazon

• Autores: M. Mendina, R. Terra
• Localización: Atmósfera, ISSN 0187-6236, ISSN-e 2395-8812, Vol. 25, Nº. 3 (JUL), 2012, págs. 269-293
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    Se estudia la sensibilidad de la precipitación convectiva a variaciones de la humedad del suelo en una región continental del Amazonas en simulaciones con un modelo de circulación general de la atmósfera (MCGA) y se analizan los procesos físicos que establecen dicha sensibilidad, en particular aquellos relacionados con el ciclo diario. Se utilizó el MCGA de la Universidad de California-Los Angeles (UCLA) para simular condiciones de enero perpetuo. Surge del análisis de dichas simulaciones el interés por una región ubicada en el centro del Amazonas, con un comportamiento uniforme -y diferenciado de las regiones circundantes- en el ciclo diario de la convección, fuertemente asociados a procesos de superficie y en fase opuesta al movimiento ascendente de gran escala. Se eligió dicha región para explorar la sensibilidad a la variación de la humedad del suelo, siendo el parámetro de control un factor multiplicativo (entre 0 y 1) de la evaporación. Los resultados muestran que la mayor sensibilidad se tiene para situaciones relativamente secas, confirmando estudios anteriores. Si bien la evaporación es monótona decreciente con la disminución de la humedad del suelo, el leve aumento de la convergencia de humedad mantiene la precipitación en casi los mismos valores hasta niveles de 0.3 del parámetro multiplicativo. Los máximos de convergencia de humedad (excluyendo el caso extremo de evaporación nula), precipitación convectiva y movimiento ascendente en 500 mb se dan para un valor de 0.4 en el parámetro de control. Las temperaturas del suelo y del aire en superficie aumentan con el parámetro de control, con máximos diarios que se retrasan y ciclos diarios de mayor amplitud. Igual comportamiento muestran el calor sensible y la altura de la capa límite planetaria (CLP). Estos efectos, sumados a la variación de la concentración del vapor de agua, se conjugan en un ciclo diario de la humedad relativa al tope de la CLP que varía gradualmente, sobre todo en su comportamiento durante la mañana, donde acaba revertiendo la tendencia creciente, lo cual inhibe el inicio de la actividad convectiva en las primeras horas de la tarde. La sensibilidad de la convección a la humedad del suelo no puede ser comprendida sin considerar también la retroalimentación de la circulación de gran escala. En los casos húmedos, la convección es responsable principal del calentamiento en la troposfera media. En los casos secos el calentamiento convectivo es insuficiente, generándose un movimiento descendente diferencial cerca de la troposfera media. En el caso extremo la circulación cambia drásticamente, instalándose en capas bajas una celda somera con gran convergencia de humedad que explica el incremento en la precipitación de gran escala.

  • English

    We study the sensitivity of convective precipitation to soil moisture in a continental region in Central Amazon based on Atmospheric General Circulation Model (AGCM) simulations and further analyze the physical processes involved, in particular those related to the diurnal cycle. The region was selected based on the analysis of perpetual January simulations with the University of California at Los Angeles AGCM. It shows a uniform and differentiated behavior in the diurnal cycle of convection, which is strongly associated to surface forcing and in opposite phase to large scale ascending motion. Sensitivity to ground wetness was explored based on a control parameter (which varies between 0 and 1) that multiplies evaporation. Results show that the largest sensitivity appears for relatively dry conditions, confirming previous studies. Although evaporation decreases monotonically as the control parameter is reduced, a slight increase in moisture convergence maintains precipitation almost unchanged up to a value of 0.3 of the parameter. The daily maxima in moisture convergence (excluding the extreme case with no evaporation within the region), convective precipitation, and large scale ascending motion at 500 mb are reached in the simulation with a value of 0.4 of the control parameter. Soil and surface temperature increase with decreasing sensitivity parameter, and show retarded daily maxima and larger diurnal amplitude. The same behavior is observed in the sensible heat flux and planetary boundary layer (PBL) height. These effects combine with the variations in PBL water vapor mixing ratio to produce a gradual sensitivity in PBL top relative humidity, in particularly during the morning hours when the humidification observed in the control simulation is gradually reverted, eventually inhibiting early afternoon convection. However, sensitivity of moist convection to ground wetness can not be fully explained without also considering large scale circulation feedbacks. In the more humid cases, deep convection is responsible for mid tropospheric warming. In the drier cases, convective induced warming is insufficient and a differential large scale subsiding motion is induced in the mid troposphere. In the extreme case, with the control parameter equal to zero, the large scale circulation changes drastically with the development of a shallow direct convergent cell that explains the notorious increase in large scale precipitation.