Circulación de Walker

La circulación de Walker , también conocida como célula de Walker , es un modelo conceptual del flujo de aire en los trópicos , en la atmósfera inferior ( troposfera ). Según este modelo, las masas de aire siguen una circulación cerrada en las direcciones zonal y vertical. Esta circulación, que coincide aproximadamente con las observaciones, se debe a las diferencias en la distribución del calor entre el océano y la tierra. Además de los movimientos en las direcciones zonal y vertical, la atmósfera tropical también presenta un movimiento considerable en la dirección meridional , como parte, por ejemplo, de la circulación de Hadley .

La circulación de Walker está asociada con la fuerza del gradiente de presión resultante de un sistema de alta presión sobre el Pacífico oriental y un sistema de baja presión sobre Indonesia . Las circulaciones de Walker de las cuencas tropicales del Índico, el Pacífico y el Atlántico dan lugar a vientos superficiales del oeste en el verano boreal en la primera cuenca y vientos del este en la segunda y tercera cuencas. Como resultado, la estructura de temperatura de los tres océanos muestra asimetrías drásticas. Tanto el Pacífico ecuatorial como el Atlántico tienen temperaturas superficiales frías en el verano boreal en el este, mientras que las temperaturas superficiales más frías prevalecen solo en el Índico occidental. ^{[ 1 ]} Estos cambios en la temperatura superficial reflejan cambios en la profundidad de la termoclina. ^{[ 2 ]}

Los cambios en la circulación de Walker a lo largo del tiempo ocurren en conjunto con cambios en la temperatura superficial. Algunos de estos cambios son forzados externamente, como el desplazamiento estacional del sol hacia el hemisferio norte en verano. Otros cambios parecen ser el resultado de una retroalimentación acoplada océano-atmósfera en la que, por ejemplo, los vientos del este provocan una caída de la temperatura superficial del mar en el este, lo que aumenta el contraste térmico zonal y, por lo tanto, intensifica los vientos del este en toda la cuenca. Estos vientos del este anómalos inducen una mayor surgencia ecuatorial y elevan la termoclina en el este, amplificando el enfriamiento inicial causado por los vientos del sur. Desde un punto de vista oceanográfico, la lengua fría ecuatorial es causada por los vientos del este. Si el clima de la Tierra fuera simétrico con respecto al ecuador, el viento trans-ecuatorial desaparecería y la lengua fría sería mucho más débil y tendría una estructura zonal muy diferente a la que se observa hoy. ^{[ 3 ]}

El término «circulación de Walker» hace referencia a Gilbert Walker , quien descubrió la oscilación del sur a principios del siglo XX. El término fue utilizado por primera vez en 1969 por el meteorólogo noruego-estadounidense Jacob Bjerknes ^{[ 4 ]} para referirse a la circulación de vuelco este-oeste que propuso cerca del ecuador en el Pacífico. La región de aire descendente, a la que denominó zona árida, estaba flanqueada al norte y al sur por las bandas de nubes de las zonas de convergencia intertropical . Bjerknes propuso que estas eran «los bordes ecuatoriales de la circulación de Hadley de los hemisferios norte y sur».

Como se propuso originalmente, la circulación de Walker es más débil durante El Niño, cuando se reduce el gradiente de temperatura en el Pacífico y la intensidad de los vientos del este, y más fuerte durante La Niña, cuando ocurre lo contrario. En la actualidad, el término "circulación de Walker" puede referirse a un rango mucho mayor de latitudes y longitudes, e incluso puede incluir más de una región de circulación de vuelco.

Gilbert Walker era un matemático aplicado de renombre en la Universidad de Cambridge cuando se convirtió en director general de los observatorios de la India en 1904. ^{[ 5 ]} Allí estudió las características del monzón del Océano Índico , cuyas lluvias, al escasear, habían provocado una grave hambruna en el país en 1899. Analizando grandes cantidades de datos meteorológicos de la India y del resto del mundo, durante los siguientes quince años publicó las primeras descripciones de la gran oscilación de la presión atmosférica entre el Océano Índico y el Pacífico , y su correlación con los patrones de temperatura y precipitación en gran parte de las regiones tropicales de la Tierra, incluida la India. También colaboró ​​con el Departamento Meteorológico de la India, especialmente en la vinculación del monzón con el fenómeno de la Oscilación del Sur. Fue nombrado Compañero de la Orden de la Estrella de la India en 1911. ^{[ 5 ]}

Walker determinó que la escala temporal de un año (utilizada por muchos investigadores de la atmósfera) era inadecuada, ya que las relaciones geoespaciales podían variar considerablemente según la estación del año. Por lo tanto, dividió su análisis temporal en los periodos diciembre-febrero, marzo-mayo, junio-agosto y septiembre-noviembre.

Walker seleccionó entonces varios "centros de acción", entre los que se incluían zonas como la península india. Estos centros se ubicaban en el corazón de regiones con altas y bajas presiones, ya fueran permanentes o estacionales. También añadió puntos para regiones donde la lluvia, el viento o la temperatura ejercían una influencia importante.

Examinó la relación entre los valores de presión y precipitación en verano e invierno, centrándose primero en los valores de verano e invierno, y posteriormente ampliando su trabajo a la primavera y el otoño.

Concluye que las variaciones de temperatura generalmente están determinadas por las variaciones de presión y precipitación. Anteriormente se había sugerido que las manchas solares podrían ser la causa de las variaciones de temperatura, pero Walker refutó esta conclusión al mostrar correlaciones mensuales inconsistentes entre las manchas solares, la temperatura, los vientos, la nubosidad y la lluvia.

Walker se empeñó en publicar todos sus hallazgos de correlación, tanto de las relaciones que consideró importantes como de las que consideró irrelevantes. Lo hizo con el fin de disuadir a los investigadores de centrarse en correlaciones inexistentes.

Las circulaciones de Walker de las cuencas tropicales del Índico, el Pacífico y el Atlántico dan lugar a vientos superficiales del oeste durante el verano boreal en la primera cuenca y vientos del este en la segunda y tercera. Como resultado, la estructura de temperatura de los tres océanos muestra asimetrías notables. Tanto el Pacífico ecuatorial como el Atlántico presentan temperaturas superficiales frías durante el verano boreal en el este, mientras que las temperaturas superficiales más frías prevalecen únicamente en el océano Índico occidental. ^{[ 6 ]} Estos cambios en la temperatura superficial reflejan cambios en la profundidad de la termoclina. ^{[ 7 ]}

Los cambios en la circulación de Walker a lo largo del tiempo ocurren en conjunto con cambios en la temperatura superficial. Algunos de estos cambios son forzados externamente, como el desplazamiento estacional del Sol hacia el hemisferio norte en verano. Otros cambios parecen ser el resultado de una retroalimentación acoplada océano-atmósfera en la que, por ejemplo, los vientos del este provocan un descenso de la temperatura superficial del mar en el este, lo que aumenta el contraste térmico zonal y, por lo tanto, intensifica los vientos del este en toda la cuenca. ^{[ 8 ]}

Estos vientos del este intensificados inducen una mayor surgencia ecuatorial y elevan la termoclina en el este, amplificando el enfriamiento inicial provocado por los vientos del sur. Esta retroalimentación acoplada océano-atmósfera fue propuesta originalmente por Bjerknes. Desde un punto de vista oceanográfico, la lengua fría ecuatorial es causada por los vientos del este. ^{[ 8 ]}

Si el clima de la Tierra fuera simétrico respecto al ecuador, el viento trans-ecuatorial desaparecería y la lengua fría sería mucho más débil y tendría una estructura zonal muy diferente a la que se observa hoy. ^{[ 8 ]} La celda de Walker está indirectamente relacionada con el afloramiento frente a las costas de Perú y Ecuador . Esto trae agua fría rica en nutrientes a la superficie, aumentando las poblaciones de peces. ^{[ 9 ]}

La circulación de Walker se origina por el gradiente de presión resultante de un sistema de alta presión sobre el Pacífico oriental y un sistema de baja presión sobre Indonesia . Esta circulación provoca el afloramiento de aguas frías de las profundidades marinas, enfriando así la superficie del mar. El fenómeno de El Niño se produce cuando esta circulación disminuye o se detiene, ya que la circulación deficiente o inhibida provoca que la superficie del océano se caliente por encima de la temperatura promedio. Un aumento significativo de la circulación de Walker provoca La Niña al intensificar el afloramiento de aguas frías de las profundidades marinas, lo que enfría la superficie del mar por debajo de la temperatura promedio.

Durante condiciones sin El Niño, la circulación de Walker se observa en la superficie como vientos alisios del este que mueven agua y aire calentados por el sol hacia el oeste. Esto también crea surgencia oceánica frente a las costas de Perú y Ecuador y trae agua fría rica en nutrientes a la superficie, aumentando las poblaciones de peces. ^{[ 9 ]} El lado occidental del Pacífico ecuatorial se caracteriza por un clima cálido, húmedo y de baja presión, ya que la humedad acumulada se descarga en forma de tifones y tormentas eléctricas . El océano es unos 60 cm (24 pulgadas) más alto en el Pacífico occidental como resultado de este movimiento. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}  

Un estudio científico publicado en mayo de 2006 en la revista Nature indica que la circulación de Walker se ha estado ralentizando desde mediados del siglo XIX. Los autores argumentan que el calentamiento global es un factor causal probable en el debilitamiento del patrón de vientos. ^{[ 14 ]} Sin embargo, un estudio de 2011 del Proyecto de Reanálisis del Siglo XX muestra que, aparte de los ciclos de El Niño-Oscilación del Sur, la velocidad y dirección generales de la circulación de Walker se mantuvieron estables entre 1871 y 2008. ^{[ 15 ]}

• Circulación atmosférica
• atmósfera terrestre

• Instituto Walker, Universidad de Reading, Reino Unido. http://www.walker-institute.ac.uk/about/sir_gilbert.htm
• Walker, JM. Retrato de Sir Gilbert Walker, CSI, MA, ScD, FRS. Weather 1997 (Volumen 52, Núm. 7, págs.  217–220)
• Walker, GT y Bliss, EW, 1930. World Weather IV, Memoirs of the Royal Meteorological Society, 3, (24), 81–95.
• Walker, GT y Bliss, EW, 1937. World Weather VI, Memoirs of the Royal Meteorological Society, 4, (39), 119–139.
• Walker, GT, 1923. Correlación en las variaciones estacionales del clima, VIII. Un estudio preliminar del clima mundial. Memorias del Departamento Meteorológico de la India, 24, (4), 75–131.
• Walker, GT, 1924. Correlación en las variaciones estacionales del clima, IX. Un estudio adicional del clima mundial. Memorias del Departamento Meteorológico de la India, 24, (9), 275–333. http://www.rmets.org/about/history/classics.php Archivado el 21 de marzo de 2012 en Wayback Machine
• Katz, RW Sir Gilbert Walker y una conexión entre El Niño y la estadística. Statistical Science, 17 (2002), 97–117. http://amath.colorado.edu/courses/4540/2004Spr/walkerss.pdf Archivado el 21 de septiembre de 2006 en Wayback Machine
• Resumen de la investigación climática: Circulación de Walker: una desaceleración de la circulación atmosférica tropical. Texto y gráficos del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos de la NOAA.
• La desaceleración del flujo en el Pacífico tropical se atribuye al cambio climático. Archivado el 25 de febrero de 2021 en Wayback Machine : comunicado de prensa de University Corporation for Atmospheric Research .
• Debilitamiento de la circulación atmosférica del Pacífico tropical debido a forzamientos antropogénicos, 4 de mayo de 2006, en Nature .
• Noticia de Associated Press, 3 de mayo de 2006: "El calentamiento global, citado como causa del cambio en la dirección del viento".
• Transporte convectivo tropical y la circulación de Walker , 29 de octubre de 2012 en Química y Física Atmosférica