IV Simposio Nacional de Predicci≤n

Memorial "Alfonso Ascaso"

Madrid 15-19 Abril 1996

I.N.M.

1.    Introducción.

La distribución continental de ozono total ha sido analizada de una forma somera, principalmente por grupos de investigación de la antig ua Unión Soviética, mediante un número limitado de estacio nes localizadas en diferentes regiones del hemisferio norte (Khrgian,1 973). La mayoría de estos estudios se llevaron a cabo gracias a los datos obtenidos en la campaña del IGY (International Geophysical Year, 1958) y todos ellos llegaron a conclusiones erróneas. Desde h ace unos pocos años, la posibilidad de disponer de datos de saté ;lite, facilita enormemente el estudio detallado del efecto continental a escala mundial a lo largo de todo el año, permitiendo de este modo analizar las variaciones estacionales que experimenta este efecto.

2.    Procesos de datos.

Se han analizado en detalle diferentes efectos observados en la distribuc ión mundial del ozono total a lo largo de 14 años (1978-1992), a partir de los datos del TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) facilit ados por el Goddard Space Flight Center de la NASA en CD-ROM (Versiones 6 .0. y 7.0.) en forma de mallas diarias mundiales de datos promediados de ozono total en columna (en Unidades Dobson-UD) con una resolución de 1. en latitud por 1.25. en longitud. El instrumento TOMS voló duran te el periodo de tiempo mencionado en el satélite Nimbus-7 (y a part ir de 1992 en el Meteor-3) de órbita polar Sur-Norte, síncrona con el sol. De este modo, el ozono total es medido en todo el globo cada 24 horas. El TOMS mide el ozono en columna mediante el "scattering&q uot; diferencial que se produce en las longitudes de onda de 312 y 331 nm , ya que la primera longitud de onda es fuertemente absorbida por el ozon o, mientras que la segunda es absorbida débilmente. El ozono total e s medido en un campo de visión instrumental de 50 km. cuadrados, rea lizándose 35 medidas cada 8 segundos, proporcionando unas 200.000 me didas cada día.

En nuestro proceso de datos a cada nodo de una malla de datos de ozono di aria mundial del TOMS, se le ha asignado un color de una paleta de 512 co lores, de tal modo que aproximadamente cada transición de color corr esponda a 1 UD, cubriendo todo el rango de variación espacial y temp oral de ozono a escala mundial, obteniendo de este modo una imagen mundia l de ozono total para cada día. Animando a alta velocidad (15-30 im& #225;genes por segundo) las imágenes diarias mundiales para un per&# 237;odo suficientemente largo (a partir de un mes), las "estructuras " de ozono permanentes se muestran con claridad. Con el fin de elimi nar el ruido de las animaciones, debido a la falta de datos en algunos no dos de las mallas diarias, se llevó a cabo una interpolación nu mérica espacio-temporal.

Para el análisis detallado del efecto GHOST, mediante la obtenci 3;n de perfiles de ozono, imágenes promedio, interpolación de d atos, filtrado y animación de imágenes se ha utilizado el progr ama "New-Vis" (compilado en C++), diseñado para tal fin.

3.    Descripción del efecto GHOST.

En las imágenes de ozono del TOMS procesadas como se ha indicado ant eriormente, se observan las "estructuras orográficas" orig inadas por las grandes cadenas montañosas, tales como los Andes, las Montañas Rocosas o el Himalaya, las regiones de alto contenido de o zono total que se registran en determinadas épocas del año y re giones de la Tierra, como la cuenca Amazónica, el Golfo de Guinea o el oeste de África del Sur, debido a una mezcla de procesos tales co mo la quema de biomasa (producción fotoquímica de ozono troposf érico) (Fishman et al, 1990), la cobertura nubosa de estratoc úmulos a baja altura y las subsidencias de aire estratosférico. El tratamiento de las imágenes permite también ver claramente la estrecha relación existente entre determinadas regiones de alto o bajo contenido de ozono, con los procesos térmicos y dinámicos que se producen a gran escala como los anticiclones y las borrascas, el ecuador térmico, las corrientes en chorro y otras característic as de la circulación atmosférica general propias de la troposfe ra y de la baja estratosfera.

Por último, se muestran los contornos de los continentes, principalm ente en el ecuador y en las regiones tropicales y subtropicales, resultad o bautizado por los autores como efecto GHOST (Cuevas et al.,1995). > Este efecto muestra valores de ozono total menores sobre los continente s (5-10 UD) en comparación a los que se registran sobre los océ anos. Este efecto permite distinguir incluso regiones relativamente peque ñas a nivel global, como la Península Ibérica, la Pení ;nsula Arábiga y Madagascar.

4.    Posibles explicaciones

Las grandes cadenas montañosas se observan porque sobre las mismas, el espesor de la atmósfera es menor y por tanto menor el ozono integ rado. Sin embargo, de las imágenes de ozono se pueden distinguir cla ramente regiones bajas, para las que las posibles explicaciones se basan, principalmente, en procesos radiativos y dinámicos. En principio se pensó que el efecto GHOST era tan sólo (y nada menos que) un e rror en la estimación del ozono por parte del instrumento TOMS debid o al diferente albedo que muestran los océanos, los continentes y la s nubes. El posible error en la estimación del ozono fue descartado por la NASA tras varios meses de trabajo de comprobación y comparaci ón con equipos de Tierra. La siguiente posible explicación cons istía en la aplicación errónea de la corrección de oz ono por las nubes (Thompson et al.,1993). El TOMS no puede medir l a cantidad de ozono bajo las nubes y realiza una estimación de la mi sma en base de la altura de la nube y de la latitud (el ozono muestra una variación latitudinal). En la versión 6, la corrección po r nubes se realizaba en base a una climatología de las mismas que co ntemplaba tan solo una variación latitudinal de su altura. Sin embar go, y como se sabe del ISCCP ("International Satellite Climatology P roject"), existe una clara distribución longitudinal de las nub es, además de la latitudinal, con nubes más altas sobre los con tinentes (a una misma latitud). En base a este hecho, para dos puntos sit uados a la misma latitud, uno sobre el océano y otro sobre el contin ente, la versión 6 tendía a sobrestimar la cantidad de ozono en el punto sobre el océano (ver Fig. 1), ya que para esta versió n el ozono estimado bajo la nube "A" es igual al "B". Esta segunda explicación, que no dejaba de ser un "artifact&qu ot; instrumental, se desechó cuando se analizó la versión 7, que ya introducía la climatología ISCCP para realizar la cor rección de ozono por nubes, ya que con ella se observaban resultados similares a la versión 6.

En la actualidad se está trabajando en dos hipótesis:

* la primera se basa en la posible destrucción de ozono por radiaci& #243;n visible retrodifundida (superior en sobre continentes) utilizando el modelo radiativo LOWTRANS-7 (Cuevas et al.,1996). Si bien este modelo podría explicar parte de las diferencias de ozono entre el co ntinente y el océano en algunas regiones de la Tierra, no puede expl icar por qué pueden ser distinguidas regiones con grandes masas fore stales, con un albedo similar al de los océanos.

* la segunda se basa en procesos dinámicos que involucran a la altur a de la tropopausa (Cuevas et al.,1996). El contenido de ozono es muy superior en la estratosfera que en la troposfera, por tanto cabe espe rar que a la misma latitud y similares condiciones atmosféricas, una elevación de la tropopausa implique un descenso en la cantidad de o zono total integrado en la columna, tal y como se muestra en la Fig. 2. L as variaciones en el ozono total se sitúan entre 13 y 17 UD por km. de variación de la altura de la tropopausa (Hoinka et al.,1996). En breve se analizarán los perfiles longitudinales de los valore s mensuales de la altura de la tropopausa conjuntamente con los valores m ensuales de ozono proporcionados por el TOMS. Para determinar los perfile s de la altura de la tropopausa se utilizan los "grid" del ECMW F de 2.5. X 2.5. de resolución y considerando que la tropopausa se e ncuentra a 1.6 UPV. El período analizado será 1978-1992.

Como caso particular se expone aquí el perfil de ozono total (Fig. 3 .1) y de la altura de la tropopausa (Fig. 3.2) para los años 1989, 1 990 y 1991 sobre la Península Ibérica a través del paralel o 40.N. Para este caso particular, el "mínimo relativo" de ozono sobre la Península se puede explicar perfectamente, y por com pleto, en términos de elevación de la tropopausa sobre la misma (en torno a 400-500 metros). Esta elevación de la tropopausa sobre la Península Ibérica fue detectada con anterioridad al comparar los valores mensuales promedios de la altura de la tropopausa sobre Palm a de Mallorca (Ramis,1977) y Madrid, y este hecho fue el que nos i ndujo a pensar en la altura tropopausa como posible explicación del efecto GHOST.

Fig. 1 y 2; Esquemas que muestran la influencia, que sobre la medida desd e satélite de ozono total en columna, ejercen las nubes y la altura de la tropopausa, respectivamente.

5.    Conclusiones.

1. A la misma latitud se encuentran generalmente valores más bajos d e ozono total en columna sobre los continentes.

2. Los contornos de los continentes se distinguen mejor en regiones ecuat oriales y subtropicales en el periodo Junio-Noviembre.

3. Las explicaciones al efecto GHOST probablemente se encuentren en proce sos radiativos (radiación visible retrodifundida) y en las variacion es de la altura de la tropopausa, con un peso diferente para cada explica ción que dependerá de la región geográfica y de la &# 233;poca del año.

Referencias.

Cuevas, E., Gil, M., Alonso, L., Rodríguez, J., Real, F., The Con tinental Effect on Total Ozone Distribution, Proceedings of The Inter national Conference on Ozone in the Lower Stratosphere, Halkidiki (Grecia ), Mayo 15-20, 1995.

Cuevas, E., M. Gil, R. McPeters, J. Rodríguez, The GHOST (Global Hidden Ozone Structures from TOMS) Effect: Possible Explanations, Abs tracts of the NOAA/CMDL Annual Meeting, Boulder-Colorado (Estados Unidos), 6-7 Marzo, 1996.

Hoinka, K.P., H. Claude, U. Köhler, On the Correlation Between Tr opopause Pressure and Ozone Above Central Europe, American Geophysica l Union, paper 96GL, 1996.

Khrgian, A. Kh, The Physics of Atmospheric Ozone, Keter Publishing House Jerusalem Ltd. Edited by P. Greenberg, 1973.

Fishman, J., C.E. Watson, J.C. Larsen, J.A. Logan; Distribution of Tropos pheric Ozone Determination From Satellite Data, J. Geophys. Res., 95, 3,5 99-3,617, 1990.

Ramis, C., Contribución a la Climatología de Aire Superior e n Mallorca, Memoria licenciatura Ciencias Físicas, Universidad d e Barcelona, 1977.

Thompson, A.M., D.P. McNamara, K.E. Pickering, R.D. McPeters, Effect of M arine Stratocumulus on TOMS Ozone, J. Geophys. Res., 98, 23,051-23,057, 1 993.

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