Seasonal-To-Interannual Variability of Sea-Surface Temperatures in The Inter-Americas Seas: Pattern-Dependent Biases in The Regional Ocean Modeling System

• Caicedo Laurido, Ana Lucia ; Muñoz Solórsano, Ángel G. ^[1] ; Chourio, Xandre ; Tobar Mosquera, Cristian Andrés ; Latandret, Sadid
  1. [1] International Research Institute for Climate and Society. The Earth Institute at Columbia University
• Localización: ACI Avances en Ciencias e Ingenierías, ISSN-e 2528-7788, ISSN 1390-5384, Vol. 13, Nº. 2, 2021 (Ejemplar dedicado a: Volume 13 Issue 2)
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Variabilidad estacional a interanual de las temperaturas de la superficie del mar en los mares interamericanos: sesgos dependientes del patrón en el sistema regional de modelos oceánicos
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• Resumen
  • español

    Los mares interamericanos (IAS), que se extienden desde el Golfo de México, el Caribe y la parte trópico-oriental del Océano Pacífico que limita con América Central, Colombia y Ecuador; presentan interacciones muy activas entre el océano, el suelo y la atmósfera, que influyen en las actividades socioeconómicas dentro y fuera de la región. Estas interacciones aún no se comprenden en su totalidad y no se representan adecuadamente, inclusive en modelos de última generación. En escalas de tiempo estacionales e interanuales, la principal fuente de variabilidad en esta zona geográfica, se relaciona con las interacciones entre los océanos Pacífico y Atlántico, incluyendo patrones anómalos de la temperatura en la superficie del mar (SST), como El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), y otras características regionales relacionadas con la estacionalidad bimodal del chorro de bajo nivel del Caribe. Este estudio investiga las anomalías estacionales e interanuales de los registros de la temperatura en superficie en los mares interamericanos, y de los resultados simulados con una resolución a una escala de remolino, de 1/9⁰ (0.11°, aproximadamente 10 km), generados por el Sistema Regional de Modelado del Océano (ROMS), y en base del Reanálisis del Sistema de Pronóstico del Clima para el período 1999-2008. En lugar de analizar los sesgos de los resultados del modelo de manera local (cuadrícula por cuadrícula), se realizó un diagnóstico no local, en base de la identificación de patrones de la SST, mediante un análisis de componentes principales. Los resultados indican que incluso con resoluciones a escala de remolino, y a diferencia del consenso de la literatura, persisten varios sesgos. El enfoque permitió cuantificar la magnitud, la varianza y los errores sistemáticos de los patrones espaciales de la SST, relacionados con la piscina cálida del hemisferio occidental, ENSO, el Dipolo de los mares interamericanos y otros componentes de variabilidad. Estos sesgos se relacionan principalmente con errores la cuantificación de los flujos de calor en la superficie, una inadecuada representación de las interacciones entre el mar y la atmósfera, componentes que afectan el enfriamiento latente en superficie en la zona del Caribe y genera una estratificación térmica subterránea excesiva, principalmente frente a la costa de Ecuador y el norte de Perú.

  • English

    The Inter-Americas Seas (IAS), involving the Gulf of Mexico, the Caribbean and a section of the eastern tropical Pacific Ocean bordering Central America, Colombia and Ecuador, exhibits very active ocean-land-atmosphere interactions that impact socio-economic activities within and beyond the region, and that are still not well understood or represented in state-of-the-art models. On seasonal-to-interannual timescales, the main source of variability of this geographical area is related to interactions between the Pacific and the Atlantic oceans, involving to anomalous sea-surface temperature (SST) patterns like El Niño-Southern Oscillation (ENSO), and regional features in the Caribbean linked to the bi-modal seasonality of the Caribbean Low-Level Jet. This study investigates seasonal-to-interannual IAS surface-temperature anomalies in observations, and their representation in am eddy-permitting, 1/9o-resolution simulation using the Regional Ocean Modeling System (ROMS), interannually-forced by the Climate Forecast System Reanalysis. Here, rather than analyzing model biases locally (i.e., gridbox-by-gridbox), a non-local SST pattern-based diagnostic was conducted via a principal component analysis. The approach allowed to identify magnitude, variance and spatial systematic errors in SST patterns related to the Western Hemisphere Warm Pool, ENSO, the Inter-American Seas Dipole, and several other variability modes. These biases are mainly related to errors in surface heat fluxes, misrepresentation of air-sea interactions impacting surface latent cooling in the Caribbean, and too strong sub-surface thermal stratification, mostly off the coast of Ecuador and northern Peru.