Mdulo 2 Tema Profesor Ciencia del Clima y

Módulo 2 Tema Profesor : : : Ciencia del Clima y Resiliencia Variabilidad Climática René GARREAUD Departamento de Geofísica, Universidad de Chile + CR 2

Programa • El clima mas alla del cambio • Principales modos de variabilidad • ENSO • PDO • SAM • Cambios observados • Conclusiones

Proyecciones de Temperatura y precipitación para Chile central en base a ensemble multi-modelo CMIP 3 Podemos terminar esta clase?

Nuestro clima cambiante Variabilidad interanual/decadal + Saltos Climáticos + Tendencia GEI ENSO - PDO Santiago (Quinta Normal) +0. 15°/década EN EN EN LN 18. 5 18 EN 17. 5 17 Antofagasta (Cerro Moreno) -0. 18°/década 16. 5 16 Año Promedio Anual Temperatura (°C) Salto Climático

Variabilidad interanual de Precipitación La Serena P(JJA)

General circulation in an aqua-planet Perpetual Equinox Tropical Tropopa use (15 km) ITCZ: Intertropical Convergence Zone NE trades Belt of lower pressure 0° SE trades Belt of higher pressure Surface westerlies 45° Surface wind (arrows) Precipitation (green shadow)

General circulation in an aqua-planet Perpetual Equinox ITCZ 0° Midlatitude precipitation maximum and westerly belt 60° Jet stream (westerly flow) aloft (10 -12 km): long term mean. Boundary between subtropical and extratropical air masses

The big picture 0°S Continental Low Level Jet S. Atlantic Anticyclone 30°S SE Pacific Anticyclone Midlat. Precip. Midlatitude Storm track Tropical rainfall 60°S SCu & Cold SST 120°W 90°W 60°W 30°W

Principales modos de variabilidad atmosférica ENOS – PDO – AAO (SAM) ENOS: El Niño – Oscilación del Sur PDO: Oscilación Decadal del Pacifico AAO: Oscilación Antártica (SAM: Modo Anular del Sur)

Annual mean Precip/SAT regressed upon index of large-scale modes (50 years of data)

ENOS: El Niño – Oscilación del Sur Periodicidad: 3 -7 años, duración: 1 -2 años, Amplitud ~1 -2°C El Niño La Niña

GHCN Compuestos para años de El Niño Surface Air Temperature DJF JJA Rainfall Lluvioso Seco Frío Cálido http: //www. knmi. nl/research/global_climate/enso/effects/

Impactos climáticos de EN verano invierno Ref: CPC/NCEP/NOAA

Impactos climáticos de LN

El Niño La Niña

Valores invernales del Índice Niño 3. 4 y Precipitación en Santiago (1876 -2013) Temperatura media d invierno QN [°C] Precipitación de invierno (MJJAS) en Quinta Normal [mm] 19°C 20° 21°C TSM en región Niño 3. 4 1987 1997 1982 Condición lluviosa 2010 2013 2011 La Niña 1998 1924 Condición Seca 2012 1968 Indice Niño 3. 4 [°C] durante MJJAS El Niño

IMPACTO DE ENSO SOBRE LA LLUVIA EN CHILE CENTRAL Numero de días en cada categoría

IMPACTO DE ENSO SOBRE LA LLUVIA EN CHILE CENTRAL JJA ON EFM Montecinos & Aceituno 2003

ENSO representa, por lejos, la mayor fuente de variabilidad interanual a nivel global (y por cierto sobre Sud América). Para comprender su dinámica primero debemos entender el estado medio del sistema Océano-atmosfera en la cuenca del Pacifico Climatología de TSM (colores) y PNM (contornos) Notar gradiente zonal en ambas variables 1005 >28°C <20°C 1020

Introducción a la Meteorología – ENOS UCH/FCFM/DGF – R. Garreaud Surgencia: Afloramiento de aguas profundas (frías, ricas en O 2 y nutrientes) por efecto del viento Surgencia costera Surgencia ecuatorial

Introducción a la Meteorología – ENOS UCH/FCFM/DGF – R. Garreaud Acoplamiento océano-atmosfera es un elemento clave en el funcionamiento del sistema • El gradiente térmico E-W (caliente en el W y frío en el E) condiciona un gradiente bárico (baja en el W y alta en el E) • El gradiente E-W de presión condiciona una circulación persistente de E a W (vientos alisios) • Los vientos alisios hacen aumentar el nivel del mar en Oceanía y favorecen el desarrollo de surgencia. • La surgencia de aguas relativamente fría a lo largo del Pacífico Ecuatorial tiende a mantener el contraste térmico y por esta vía, el gradiente de presión.

FENOMENO EL NIÑO • Disminuye la presión frente a la costa de Ecuador, Perú y norte de Chile, y aumenta en el Pacífico occidental (fase negativa de la OS) • Los vientos alisios se debilitan por menor gradiente de presión. • Se debilita la surgencia a lo largo del Pacífico ecuatorial, como resultado del debilitamiento de los alisios • Aumenta la temperatura superficial del mar debido a la menor surgencia. La zona de ascenso de la celda de Walker se mueve hacia el Este. • Aumenta el nivel del mar en la costa de América del Sur, y disminuye en Oceanía. • El contraste térmico E-W disminuye a lo largo del Pacífico ecuatorial • Lo anterior favorece un reforzamiento de las anomalías de presión y de los efectos asociados. • El fenómeno persiste ! !

Interannual variability - Major ENSO impacts Wetter-JFMA Warmer - DJF Stronger upper. Level ST Jet Drier/Warmer DJF Wetter-OND H Wetter-JJA Weakened ST High Drier-DJF H Blocking High Colder EN years Storm Track Climo. Storm Track

Valores invernales del Índice Niño 3. 4 y Precipitación en Santiago (1876 -2013) Temperatura media d invierno QN [°C] Precipitación de invierno (MJJAS) en Quinta Normal [mm] 19°C 20° 21°C TSM en región Niño 3. 4 1987 1997 1982 Condición lluviosa 2010 2013 2011 La Niña 1998 1924 Condición Seca 2012 1968 Indice Niño 3. 4 [°C] durante MJJAS El Niño

ENSO en el pasado Variability of El Niño/Southern Oscillation activity at millennial timescales during the Holocene epoch Nature, 420, 162 - 165 (2002); doi: 10. 1038/nature 01194 Christopher M. Moy 1, 4, Geoffrey O. Seltzer 1, Donald T. Rodbell 2, and David M. Anderson 3

ENOS en el futuro

Principales modos de variabilidad atmosférica ENOS – PDO – AAO (SAM)

http: //research. jisao. washington. edu/pdo/

The "Pacific Decadal Oscillation" (PDO) is a long-lived El Niño-like pattern of Pacific climate variability. While the two climate oscillations have similar spatial climate fingerprints, they have very different behavior in time. Causes for the PDO are not currently known. Two main characteristics distinguish PDO from ENSO: 1. 20 th century PDO "events" persisted for 20 -to-30 years, while typical ENSO events persisted for 6 to 18 months 2. The climatic fingerprints of the PDO are most visible in the North Pacific/North American sector, while secondary signatures exist in the tropics and the SH - the opposite is true for ENSO. Several independent studies find evidence for just two full PDO cycles in the past century: "cool" PDO regimes prevailed from 1890 -1924 and again from 1947 -1976, while "warm" PDO regimes dominated from 1925 -1946 and from 1977 through (at least) the mid-1990's.

Annual mean Precip/SAT regressed upon index of large-scale modes (50 years of data)

Salto Climático / PDO Santiago (Quinta Normal) +0. 15°/década EN 18. 5 EN LN 18 EN 17. 5 17 Antofagasta (Cerro Moreno) -0. 18°/década 16. 5 16 Año Promedio Anual Temperatura (°C) La PDO y temperatura…

La PDO y precipitación… Snowpack Streamflow

La PDO y precipitación… Mean QN Annual Precipitation [mm/year] Cold PDO periods The error bars indicate the dispersion in the mean values when the initial or final year of each period is changed 1 year Warm PDO periods 1991 -2003 1926 -42 1915 -22 1977 -90 1900 -10 Long term mean 1942 -57 PDO Index 1961 -75 2007 -2014 Year Mean PDO Index

El desafio de la próxima década… PDO index (from JISAO-UW) ? Frío Cálido

El desafio de la próxima década… Unlikely 100% 0% * Likely 90% ** 10% Clima 80% Unlikely 70% Very unlikely Recent Past 1995 nge S 2015 20% ignal 30% Mid Future RCP 8. 5 Mega Drought 2005 te Ch a 2025 MD Forcing (*) Anthropogenic (**) Natural (ENSO, PDO, Internal) Far Future RCP 8. 5 2080 Rainfall deficit wrt 1970 -2000 Rainfall anomaly wrt 1970 -2000 Next Decade

n ió res ja p Ba as Alt The Southern Hemisphere Annular mode (SAM), or Antarctic Oscillation, is the leading mode of monthly and longer variability of the tropospheric circulation poleward of 20ºS. es ion s e pr SAM is tropospheric deep, highly symmetric mode, involving mass exchange between high and mid latitudes. What causes SAM is not well known, likely eddy – mean flow interaction Oestes intensos Oestes débiles Thompson and Wallace 1999 The SAM has shown a trend toward decreases pressure over Antarctica (positive polarity; faster polar vortex), partially attributed to decrease in stratospheric O 3. AAOI regressed upon SLP (upper panel) and zonal average of zonal wind (lower panel)

SAMi: Diferencia de presion 60°S-40°S SAMi mensual: Alta variabilidad + tendencia https: //climatedataguide. ucar. edu/climate-data/marshall-southern-annular-mode-sam-index-station-based

Annual mean Precip/SAT regressed upon index of large-scale modes (50 years of data)

Comparación entre la precipitación de Pto. Montt y el caudal del Río Puelo (Fuente: Antonio Lara, UACH) 2600 Caudal anual Precipitación 2400 r=0. 71 900 2200 Caudal (m 3/seg) 2000 1800 700 1600 1400 500 1200 1000 400 300 1930 1940 1950 1960 1970 Year 1980 1990 2000 Precipitación (mm) 800

Greenhouse gases and Ozone: the main drivers of climate change

Falvey and Garreaud 2007 Surface Temperature Change

Contemporaneous rainfall trends in central Chile (1960 -2000)

Contemporaneous rainfall trends in central Chile (Updated) 2009 -2015(? ) drought Bosier et al. 2016

Hawkins and Sutton 2009 Fractional uncertainty = signal/noise = ensemble mean / ensemble spread Warning: uncertainty is not obviously related to accuracy.

A quienes afecta el cambio climático? Vida útil del proyecto Período de retorno en años Años 200 2200 150 2150 100 2100 Precip RPC 8. 5 50 Temp RPC 2. 6 2050 Temp RPC 8. 5 0 en s n ua os ic ó g e a lad za res i l d b o na en as po a m ec sm te s en s d i o i s S via ra red b llu p O 2000 de s e a nt ter e Pu arre c as es as s re r ep ep s r r s s os eña ro de r e de qu ed gran e t t r e r p Ve Ve

Conclusiones • Las variaciones climáticas ocurren en todas las escalas de tiempo (años y décadas) • Adicionalmente, han comenzado a emerger tendencias en temperatura y precipitación asociadas al cambio climático de origen antrópico • La variabilidad climática es la señal más importante que determinara el clima en la próxima década (al menos) • Es muy difícil realizar predicciones decadales.