El fenómeno El Niño y otras anomalías en el sistema océano-atmósfera

(por Patricio Aceituno)
 

1. Introducción

El Niño es uno de los fenómenos naturales que más atención ha recibido durante los últimos años por parte de la comunidad científica relacionada con las ciencias ambientales. A modo de ejemplo, en Mayo de 1992 un episodio alcanzaba su máxima intensidad, produciendo catastróficas inundaciones en la región costera del norte de Perú y del sur de Ecuador, en Chile y en un vasto sector de la cuenca del río Paraná. Por el contrario, Colombia y la región Altiplánica experimentaban un grave déficit pluviométrico. Aunque el evento de El Niño 1991-92 ha sido considerado como moderado desde el punto de vista oceanográfico, la secuela de desastres de origen climático en vastas regiones del planeta muestra que su impacto sobre la atmósfera ha sido más considerable.

El conocimiento actual del fenómeno El Niño deriva de un proceso lento y no siempre exitoso de identificación y explicación de un complejo proceso de interacción entre la atmósfera y el océano en el Pacífico ecuatorial. Términos tales como corriente de El Niño, fenómeno de El Niño, episodio cálido, ENOS, fenómeno La Niña, etc., ponen en evidencia la existencia de un lenguaje en evolución para describir fenómenos cuya comprensión aún es incompleta.

A continuación se describen los aspectos físicos fundamentales de las perturbaciones en el sistema océano-atmósfera en el Pacífico ecuatorial que dan origen al fenómeno de El Niño, así como las anomalías climáticas asociadas. Esta descripción se facilita con una exposición previa de las características generales de las condiciones atmosféricas y oceánicas en esa región.
 

2. Aspectos atmosféricos y oceánicos en el Pacífico ecuatorial

En la Fig. 1 se muestra la distribución espacial de la presión atmosférica, del viento, y de la temperatura superficial del mar (TSM) durante Enero. El campo de presión sobre el Pacífico está dominado por la presencia de los centros de alta presión en los sectores subtropicales de ambos Hemisferios (señalados como A en Fig. 1a). En esta misma figura se advierte un gradiente bárico a lo largo del Ecuador con una disminución de la presión hacia el oeste. En forma coherente con esta situación, el viento sopla hacia el oeste a lo largo del Ecuador definiendo uno de los flujos superficiales más persistentes del planeta (vientos alisios). Sobre el sector de mínima presión y máxima temperatura de las aguas al noreste de Australia, se desarrolla un núcleo de nubosidad de tipo convectivo que origina abundante precipitación.

La distribución de la temperatura superficial del mar (Fig. 1b) muestra un máximo bien definido en la zona de mínima presión ecuatorial que supera los 29° C (señalada con una B en Fig. 1a). Hacia el este se observa un marcado gradiente térmico condicionado por la presencia de una lengua de agua considerablemente más fría que se extiende desde la costa sudamericana. Son dos las razones fundamentales que explican este fenómeno. Por una parte, la corriente de Humboldt mantiene un continuo aporte de aguas frías desde latitudes altas hacia el sector ecuatorial oriental del Pacífico. El segundo mecanismo tiene que ver con el efecto de la rotación de la tierra sobre la circulación oceánica en latitudes bajas. En estas regiones, los vientos alisios, además de forzar una corriente oceánica superficial en la misma dirección del viento, generan por efecto de Coriolis, un transporte neto de masa hacia los polos en la capa superior del océano. La divergencia de masa que se produce por este efecto es compensada por un afloramiento de aguas más profundas relativamente más frías (surgencia ecuatorial). Este mecanismo, como se verá más adelante, constituye un factor importante en la generación de anomalías térmicas en la superficie del océano.


Fig. 1. Campos de presión atmosférica a nivel del mar (PNM), viento y temperatura de la superficie del mar (TSM) durante Enero (ref. datos COADS): a) PNM y viento. La zonas más oscuras indican presiónes más altas y el largo de cada flecha es proporcional a la velocidad del viento. Las letras A y B identifican los centros de alta presión subtropical y de baja presión ecuatorial, respectivamente; b) TSM. Se indican intervalos cada dos °C. En la región más oscura la TSM supera 29°C y en la zona más clara es inferior a 21° C. Las letras D y T indican la posición geográfica de Darwin y Tahiti, respectivamente.

Un efecto adicional de los vientos alisios sobre la superficie del océano es la acumulación de agua en el sector de Oceanía la cual se manifiesta en un desnivel cercano a 30 cm con respecto a la costa occidental de Sudamérica..
 

3. Oscilación del Sur

La Oscilación del Sur (OS) corresponde a una fluctuación en el sistema océano-atmósfera que se concentra principalmente en el sector tropical del océano Pacífico, aunque sus manifestaciones son de escala planetaria.

En la atmósfera, la OS se caracteriza por una tendencia a una variación inversa de presión entre la región alrededor del centro de alta presión subtropical del Pacífico suroriental y el sector de Oceanía. Así, cuando el anticiclón subtropical es anormalmente intenso predomina una anomalía bárica negativa en el sector de Oceanía, y por el contrario, cuando la presión en esta última región es anormalmente alta, el anticiclón subtropical es más débil que lo normal. Un índice frecuentemente utilizado para describir la OS es la diferencia normalizada de presión a nivel del mar entre Tahiti y Darwin (Fig. 2). Se identifica como la fase negativa de la OS a los periodos cuando este índice es negativo (por ejemplo en 1982-83 o en 1987) y la fase positiva cuando el índice tiene este signo (por ejemplo en 1975 y 1988-89).


Fig. 2. Diferencia normalizada de presión entre Tahiti (18° S, 150° W) y Darwin (12° S, 131° E). La línea continua corresponde a un promedio móvil de 5 meses. Se señala la ocurrencia de eventos de El Niño y La Niña.
 

4. Corriente de El Niño

El término El Niño corresponde originalmente al nombre de una corriente oceánica cálida dirigida hacia el sur, que se observa anualmente a lo largo de la costa árida del norte de Perú a partir de una fecha cercana a la Navidad. En algunos años, sin embargo, se producen notables perturbaciones oceánicas y atmosféricas en esta región durante el otoño austral, que se caracterizan por una temperatura anormalmente alta en la superficie del mar y la ocurrencia de intensas precipitaciones (ver Fig. 3). Estas anomalías fueron inicialmente explicadas como el resultado de una corriente de El Niño excepcionalmente intensa.

Como resultado de estas anomalías se producen importantes alteraciones en el ecosistema costero, lo cual sumado a las perturbaciones climáticas mencionadas, configura una condición de catástrofe que afecta gravemente la economía regional.

A pesar que a mediados del presente siglo ya había algunas evidencias en el sentido que no todos los episodios de inundaciones en la costa norte de Perú estaban asociados con una intensificación de la corriente de El Niño, se mantuvo el uso de este término para referirse a los extremos climáticos descritos para la costa norte de Perú.


Fig. 3 Caudal promedio del río Chira en Sullana, Perú (5° S, 81°W) durante Febrero-Abril en el periodo 1940-1991 y anomalías en la temperatura superficial del mar en puerto Chicama (8° S, 79° W) durante Marzo, en el periodo 1940-92. EN identifica la ocurrencia de eventos de El Niño catalogados como intensos y moderados. Los máximos en el caudal del río Chira corresponden a periodos de intensas precipitación.
 

5. Fenómeno El Niño. Relación con la Oscilación del Sur

A mediados de la década de los sesenta, el avance observacional permitió reconocer que los eventos cálidos en la costa norte del Perú constituían una manifestación regional de una perturbación mucho más extensa en el sistema océano-atmósfera durante la fase negativa de la OS, y que en su aspecto medular se caracteriza por un aumento generalizado de la temperatura de la superficie del mar en gran parte del sector oriental y central del Pacífico ecuatorial. Este fenómeno de gran escala ha sido identificado como fenómeno El Niño, Evento Cálido o también ENOS (El Niño/Oscilación del Sur).

La Fig. 4, que muestra el índice de OS definido por la diferencia normalizada de presión entre Tahiti y Darwin, la velocidad media de los vientos alisios y la TSM en el Pacífico ecuatorial central durante el periodo 1986-1992, permite describir algunos mecanismos de interacción océano-atmósfera que explican las fluctuaciones de temperatura en la superficie del océano.
 


Fig. 4 Evolución de los valores normalizados, expresados en centésimos, de la diferencia de presión entre Tahiti y Darwin (IOS) y de las anomalías en la intensidad de los vientos alisios (U) en el Pacífico Central (5° N-5° S, 175° W-140° W). Se incluye también la anomalía de temperatura en la superficie del mar (TSM) en la región (5° N-5° S, 150° W- 90° W) expresada en centésimos de °C. Ref. CAC-NMC.
 
 

La disminución en la diferencia de presión atmosférica entre el dominio del anticiclón subtropical del Pacífico suroriental y la región de Oceanía que caracteriza la fase negativa de la OS se manifiesta, entre otras anomalías, en un significativo debilitamiento de los vientos alisios (por ejemplo en 1987 y 1992). Esta situación contribuye al establecimiento de una anomalía térmica positiva en la superficie del mar como resultado de la menor surgencia ecuatorial de aguas relativamente frías. La atenuación resultante en el contraste térmico con el sector más cálido en Oceanía contribuye a disminuir aún más la intensidad de los alisios, definiéndose así un proceso de realimentación positiva que facilita la persistencia del fenómeno.

El modelo descrito de interacción océano-atmósfera, si bien da cuenta de los aspectos más fundamentales del funcionamiento de los eventos ENOS, no explica los mecanismos de propagación de las anomalías, ni su evolución temporal. A este respecto, es pertinente señalar que estudios oceanográficos teóricos y observacionales han concluido que las perturbaciones en la capa límite oceánica derivadas de una brusca disminución en la velocidad de los vientos alisios en el Pacífico ecuatorial central se propagan hacia el este en forma de una onda atrapada en la franja ecuatorial (onda tipo Kelvin) que demora un par de meses en llegar a la costa sudamericana. Así, una situación prolongada de vientos alisios anormalmente débiles en el Pacífico central puede producir con el retardo mencionado un cambio significativo en la estructura térmica de la columna oceánica en la costa de Ecuador y Perú, que se traduce en una anomalía positiva de temperatura en la superficie.
 

6. Fenómeno La Niña

Durante la fase positiva de la OS, como por ejemplo la observada en 1988-89 (ver Fig. 4) se presentan un conjunto de anomalías atmosféricas y oceánicas que como regla general son inversas a las descritas para el evento de El Niño. En este caso, el aumento de la diferencia de presión atmosférica entre el dominio del anticiclón subtropical del Pacífico suroriental y la región de Oceanía, contribuye a una intensificación de los vientos alisios, lo cual condiciona el establecimiento de anomalías positivas en el nivel del mar en el sector de Oceanía y el aumento de la surgencia ecuatorial. Se establece así una anomalía térmica negativa en la superficie del mar que hace aumentar el contraste térmico con el sector más cálido en Oceanía. Este hecho, a su vez, hace aumentar más aún la velocidad de los vientos alisios, cerrando así una cadena de realimentación positiva en el sistema océano-atmósfera que, al igual que en el caso del evento ENOS, contribuye a la persistencia del fenómeno. Este conjunto de anomalías oceánicas y atmosféricas describen el fenómeno denominado anti-El Niño, o también La Niña.
 

7. Teoría del oscilador natural

La activa investigación desarrollada durante la década de los 80, particularmente luego que el evento de 1982-83 sorprendiera a la comunidad científica por su particular evolución y magnitud de las anomalías, produjo un avance considerable en el conocimiento de los factores que contribuyen a la ocurrencia de los eventos de El Niño. El desarrollo de modelos de simulación que consideran simultáneamente los procesos atmosféricos y oceánicos ha constituido un factor esencial para este avance. Un concepto clave que se ha derivado de esta investigación es que el sistema océano-atmósfera en el Pacífico ecuatorial tiene características intrínsecamente inestables, comportándose como un oscilador natural. Bajo esta hipótesis, los eventos El Niño y La Niña corresponden a las condiciones que caracaterizan los extremos de un ciclo en la oscilación.
 

8. Anomalías climáticas asociadas a los eventos de El Niño

La fase negativa de la OS (fase de El Niño) se asocia a perturbaciones climáticas en gran parte del planeta que se manifiestan principalmente por exceso o déficit pluviométrico. Así, durante los eventos ENOS el núcleo de precipitación intensa que se desarrolla sobre el sector de mínima presión y máxima temperatura de las aguas en el Pacífic occidental (ver Fig. 1) se desplaza anormalmente hacia el este, dando lugar a intensas precipitaciones en la región ecuatorial vecina a 180 grados y a un déficit pluviométrico en gran parte de Oceanía y el sector nororiental de Australia.

En América del Sur, los eventos ENOS se caracterizan por la ocurrencia de intensas precipitaciones en el sector costero semi-árido del norte de Perú y sur de Ecuador. Por el contrario, en el sector norte del continente predominan condiciones de déficit pluviométrico, las cuales son particularmente notorias en el sector andino de Colombia y Venezuela. Esta tendencia se extiende también al sector semi-árido del noreste de Brasil, donde la ocurrencia de "secas" durante los eventos de El Niño más intensos representa una condición de catástrofe para esta región habitada por varias decenas de millones de personas. Más hacia el sur, en el Altiplano, se ha establecido una tendencia débil a un déficit pluviométrico durante los eventos de El Niño. Las graves sequías durante los eventos de 1982-83 y 1991-92 ejemplifican esta relación. En la región subtropical del continente los episodios de El Niño han estado generalmente asociados a periodos anormalmente lluviosos. Las desastrosas inundaciones de 1983 y 1992 en el curso medio e inferior del río Paraná son consistentes con esta relación.

En el caso particular de Chile los impactos climáticos más relevantes de los eventos ENOS se presentan en el sector altiplánico, donde se produce un déficit pluviométrico y en la región central donde, por lo general, la precipitación invernal excede el valor normal generando de paso una mayor acumulación de nieve sobre los Andes. El exceso de precipitación en Chile central no se relaciona directamente con las anomalías oceánicas en la costa norte, sino que se asocia más bien a un debilitamiento del anticiclón del Pacífico suroriental; al desplazamiento hacia Este del núcleo de convección más intensa en el Pacífico central; y a un aumento de la frecuencia de condiciones de bloqueo atmosférico del flujo del oeste en las latitudes medias del Pacífico suroriental.

Aunque la discusión se ha centrado principalmente en las anomalías climáticas durante los episodios de El Niño, es necesario señalar que existe una buena documentación de los perturbaciones que tipifican los eventos de La Niña, las cuales por regla general son de carácter opuesto a las descritas para los eventos ENOS.
 

9. Comentarios finales

Como resultado de la activa investigación de los procesos de interaccion entre el océano y la atmósfera que siguió al inusual y extraordinariamente intenso evento de El Niño de 1982-83, se han logrado avances notables en la compresión del fenómeno. La aplicación de modelos de simulación que consideran simultáneamente las condiciones en la atmósfera y en el oéano ha contribuido significativamente a estos logros. Su perfeccionamiento, combinado con una mejor base observacional, sobre todo de las condiciones oceánicas sub-superficiales, debería producir un significativo mejoramiento en la calidad del pronóstico actual de los eventos de El Niño.

En resumen, desde una perspectiva general es posible afirmar que el sistema oceano-atmósfera en el Pacífico ecuatorial se mantiene en una permanente oscilación (Oscilación del Sur) mediante la existencia de diversos mecanismos de interacción entre ambos medios y de realimentación positiva. En este contexto de un sistema intrínsecamente inestable los eventos de El Niño y La Niña describen sus estados anómalos más extremos.