La Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ), también conocido como la depresión, es una de las características dramáticas del sistema climático de la Tierra. Lo suficientemente prominente como para ser visto desde el espacio, la ITCZ ​​aparece en imágenes de satélite como una banda de nubes brillantes alrededor de los trópicos. Aquí, El aire cálido húmedo se acumula en esta región atmosférica cerca del ecuador, donde el océano y la atmósfera interactúan fuertemente. Intensa radiación solar y calma, las cálidas aguas del océano producen un área de alta humedad, aire ascendente, y lluvia, que se alimenta de los vientos alisios convergentes de los hemisferios norte y sur. El aire de convección forma grupos de tormentas características de la ZCIT, liberando calor antes de alejarse de la ITCZ, hacia los polos, enfriándose y descendiendo en los subtrópicos. Esta circulación completa las células de Hadley de la ITCZ, que juegan un papel importante en el equilibrio del balance energético de la Tierra, transportando energía entre los hemisferios y lejos del ecuador.

Sin embargo, la posición de la ITCZ ​​no es estática. Para transportar esta energía, las células ITCZ ​​y Hadley cambian estacionalmente entre los hemisferios norte y sur, residiendo en el que está más fuertemente calentado por el sol y el calor radiante de la superficie de la Tierra, que en promedio anual es el hemisferio norte. Estos cambios pueden acompañar a períodos prolongados de tormentas violentas o sequías severas, lo que impacta significativamente a las poblaciones humanas que viven a su paso.

Por lo tanto, los científicos están interesados ​​en comprender los controles climáticos que impulsan el movimiento norte-sur de la ZCIT durante el ciclo estacional. así como en escalas de tiempo interanuales a decenales en la paleoclimatología de la Tierra hasta la actualidad. Los investigadores tradicionalmente han abordado este tema desde la perspectiva del comportamiento de la atmósfera y la comprensión de la lluvia, pero la evidencia anecdótica de modelos con un océano dinámico ha sugerido que la sensibilidad del océano a los cambios climáticos podría afectar la respuesta de la ITCZ. Ahora, un estudio del estudiante graduado del MIT Brian Green y el profesor de Oceanografía Cecil e Ida Green John Marshall del Programa de Atmósferas, Océanos y clima en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias (EAPS) publicado en la American Meteorological Society's Diario del clima , investiga el papel que juega el océano en la modulación de la posición de la ZCIT y aprecia su sensibilidad cuando el hemisferio norte se calienta. Al hacerlo, El trabajo brinda a los científicos del clima una mejor comprensión de las causas de los cambios en las lluvias tropicales.

"En la última década, se han realizado muchas investigaciones que estudian los controles en la posición norte-sur de la ZCIT, particularmente desde esta perspectiva de balance energético. ... Y esto normalmente se ha hecho en el contexto de ignorar el ajuste de la circulación oceánica:la circulación oceánica está forzando estos cambios [ITCZ] o respondiendo pasivamente a los cambios en la atmósfera de arriba, "Dice Green". Pero lo sabemos, particularmente en los trópicos, que la circulación oceánica está muy estrechamente acoplada a través de los vientos alisios con la circulación atmosférica y la posición de la ITCZ, así que lo que queríamos hacer era investigar cómo la circulación oceánica podría retroalimentar el balance energético que controla la posición de la ITCZ, y qué tan fuerte podría ser esa retroalimentación ".

Para examinar esto, Green y Marshall realizaron experimentos en un modelo climático global con una atmósfera y un océano acoplados, y observó cómo el transporte de energía transecuatorial de la circulación oceánica y sus flujos de energía de superficie asociados afectaron la respuesta de la ITCZ ​​cuando impusieron un contraste de calentamiento inter-hemisférico. Usando un modelo simplificado que omitió las masas de tierra, nubes y dinámica del monzón, mientras se mantiene una atmósfera en plena circulación que interactúa con la radiación, se destaca el efecto del océano y se minimizan otras variables de confusión que podrían enmascarar los resultados. La adición de dorsales oceánicas norte-sur, creando una cuenca grande y pequeña, imitó el comportamiento de la circulación de vuelco meridional del Atlántico de la Tierra y el Océano Pacífico.

Luego, Green y Marshall ejecutaron las simulaciones de planetas con calentamiento asimétrico en dos configuraciones oceánicas y compararon las respuestas de la ITCZ. El primero usó un océano de losa estacionario, "donde se especificaron las propiedades térmicas para que imitaran el modelo completamente acoplado antes de la perturbación, pero no pudo responder al calentamiento. El segundo incorporó una circulación oceánica dinámica. Al forzar los modelos de forma idéntica, podrían cuantificar el impacto de la circulación oceánica en la ZCIT.

"Encontramos en el caso donde hay un acoplamiento completo, océano dinámico, el desplazamiento hacia el norte de la ZCIT fue amortiguado por un factor de cuatro en comparación con el océano pasivo. Eso está insinuando que el océano es uno de los principales controles sobre la posición de la ZCIT, "Dice Green." Es una amortiguación significativa de la respuesta de la atmósfera, y la razón detrás de esto puede diagnosticarse a partir de ese balance energético ".

En el modelo oceánico dinámico, encontraron que cuando calientan el planeta cubierto de océano simulado, los remolinos exportan algo de calor a la atmósfera tropical desde los trópicos, lo que hace que las células de Hadley respondan:la célula del hemisferio norte se debilita y la célula del hemisferio sur se fortalece. Esto transporta el calor hacia el sur a través de la atmósfera. Al mismo tiempo, la ITCZ ​​se desplaza hacia el norte; asociados con esto están los cambios en los vientos alisios (la rama superficial de las células de Hadley) y la tensión del viento en la superficie cerca del ecuador. La superficie del océano siente este cambio en los vientos que energiza una circulación oceánica anómala y mueve la masa de agua hacia el sur a través del ecuador en ambos hemisferios, llevando el calor consigo. Una vez que esta agua superficial llega a los extratropicales, el océano lo bombea hacia abajo donde regresa hacia el norte a través del ecuador, más fresco y profundo. Este contraste de temperatura entre el flujo cruzado ecuatorial de la superficie cálida y el flujo de retorno más profundo y frío establece el calor transportado por la circulación oceánica.

"En el caso del océano de losa, solo la atmósfera puede mover el calor a través del ecuador; mientras que en nuestro caso totalmente acoplado, vemos que el océano es el componente de compensación más fuerte del sistema, transportando la mayor parte del forzamiento a través del ecuador ", dice Green." Entonces, desde la perspectiva de la atmósfera, ni siquiera siente el efecto completo de ese calentamiento que estamos imponiendo. Y como un resultado, tiene que transportar menos calor a través del ecuador y desplazar menos la ZCIT ”. Green agrega que la respuesta de la circulación oceánica de la gran cuenca imita ampliamente la circulación promedio anual del Océano Índico.

Marshall señala que la capacidad de la circulación oceánica impulsada por el viento para amortiguar los cambios de la ITCZ ​​representa una restricción antes no apreciada en el presupuesto de energía de la atmósfera:"Demostramos que la ITCZ ​​no puede moverse muy lejos del ecuador, incluso en climas muy 'extremos', "lo que indica que la posición de la ZCIT puede ser mucho menos sensible a los contrastes de calentamiento entre hemisferios de lo que se pensaba".

Green y Marshall actualmente están ampliando este trabajo. Con la ayuda de David McGee, el profesor asistente de desarrollo profesional Kerr-Mcgee en EAPS, y postdoctorado Eduardo Moreno-Chamarro, la pareja está aplicando esto al registro del paleoclima durante los eventos de Heimrich, cuando la Tierra experimenta un fuerte enfriamiento, buscando turnos ITCZ.

También están investigando la descomposición del calor y el transporte de masa entre la atmósfera y el océano, así como entre los océanos de la Tierra. "La física que controla cada una de las respuestas de esos océanos es dramáticamente diferente, ciertamente entre los océanos Pacífico y Atlántico, "Green dice". Ahora mismo, estamos trabajando para comprender cómo se acoplan los transportes masivos de la atmósfera y el océano. Si bien sabemos que están obligados a revertir en el mismo sentido, en realidad, no están obligados a transportar una cantidad idéntica de masa, por lo que podría mejorar o debilitar aún más la amortiguación de la circulación oceánica al afectar la fuerza con la que se acoplan los transportes de masa ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.