Aerosol impact on the development of deep moist convection in Southeastern South America

Autor: Cancelada, Maite
Přispěvatelé: Salio, Paola Verónica
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
instacron:UBA-FCEN
Popis: Conocer y comprender los procesos dinámicos y termodinámicos que intervienen en el desarrollo de eventos meteorologicos de alto impacto social en la región del Sudeste de Sudamérica (SESA) es fundamental para mejorar el pronostico y mitigar el riesgo y reducir los impactos en la poblacíon provocados por estos fenomenos. Entre estos procesos, aquellos asociados a la formación de las nubes y sus interacciones con el entorno son aún una de las fuentes fundamentales de incertidumbre. Siendo los aerosoles un ingrediente indispensable en la formación de hidrometeoros, diferentes mecanismos de interacción con la convección húmeda profunda (CHP) han sido propuestos y estudiados, y en particular, se ha enfatizado en las interacciones que puedan resultar en una intensificación de la CHP. Un factor importante en el estudio del impacto de los aerosoles en la CHP, que es fundamental explorar, es la posibilidad real de aislar y cuantificar con confianza los efectos de los aerosoles de otros procesos que ocurren en la nube y en el entorno asociado. Este trabajo de tesis busco, por lo tanto, profundizar en cómo se desarrolla la relación de los aerosoles, la CHP y el entorno, y en la posibilidad de evaluar los impactos de los aerosoles separando las interacciones con el entorno, a fin de mejorar la comprensión de los procesos dinámicos, termodinámicos y fısicos que intervienen en la formación de los eventos de CHP extremos en la región de SESA. En primer lugar, se abordó este interrogante desde una perspectiva climatológica a nivel regional y se encontró que los eventos de desarrollo de CHP en entornos con probabilidad de altas concentraciones de aerosoles presenta sistemas más extensos y precipitantes con valores más extremos en la altura de la convección además de alturas mayores en el núcleo convectivo sugiriendo una posible intensificación por la interacción con los aerosoles. Sin embargo, un análisis de las diferencias en el estado del entorno meteorológico en la iniciación de los sistemas mostro condiciones de mayor inestabilidad y mayor contenido de humedad, además de cortante vertical del viento en niveles bajos y convergencia de humedad más intensas en entornos con mayor contenido de aerosoles, revelando una variación conjunta entre mayores concentraciones de aerosoles y condiciones favorables para el desarrollo de convección más intensa. Estas diferencias pueden explicarse por el desarrollo de una corriente en chorro en capas bajas de sudamérica (SALLJ) con viento meridional más intenso y más extensa vertical y horizontalmente. Luego, desde una perspectiva local, se identificaron eventos de altos contenidos de núcleos de condensación de gotas (CCNs) durante la campaña experimental Cloud, Aerosol, and Complex Terrain Interactions y se estudió el posible origen de estos aerosoles. Retrotrayectorias realizadas a partir del sitio de medición mostraron una fuente de las masas de aire en el noreste de la Argentina que coincide con un máximo de espesor óptico asociado a la presencia de focos de incendios producto de la quema de biomasa. Además, se clasificaron los eventos en función de la presencia o no de precipitaciones posteriores y se compararon las diferencias en las circulaciones asociadas. En los casos sin precipitación, el origen de los aerosoles se ubica mayoritariamente hacia el este de Argentina y los patrones de circulación en esta situación están dominados por viento norte sobre los Andes y una circulación anticiclónica sobre el este de la Argentina. Mientras que en los casos con precipitación, se encontró un origen en el norte de Argentina y oeste de Paraguay y las retrotrayectorias mostraron una marcada dirección norte-sur indicativo de la presencia de la SALLJ. Finalmente, se seleccionó un evento de altas concentraciones de CCNs previo al inicio de CHP extrema observado el 25 de enero de 2019 y se realizaron simulaciones con el modelo Weather Research and Forecasting con distintas condiciones iniciales de concentraciones de CCNs. Se observaron aumentos en las velocidades verticales máximas alcanzadas y en la altura final de la tormenta asociados a un aumento de los aerosoles. Sin embargo, el análisis del entorno previo al inicio de la convección mostró también aumentos en la inestabilidad ante la presencia de una mayor cantidad de CCNs. El estudio de la evolución del entorno meteorológico mostró que, en este caso elegido, el efecto indirecto de los aerosoles en la formación de nubes bajas en horas previas modula el balance radiativo en la región de Córdoba. Esto produce un cambio en las condiciones de temperatura y humedad y en las circulaciones locales de valle-montaña, modificando las condiciones iniciales para el desarrollo de las tormentas. Knowing and understanding the dynamic and thermodynamic processes involved in the development of meteorological events of high social impact in the Southeastern South America (SESA) region is essential to improve forecasting and mitigate the risk and reduce the impacts on the population caused by these phenomena. Among these processes, those associated with cloud formation and their interactions with the environment are still one of the fundamental sources of uncertainty. Aerosols being an indispensable ingredient in the formation of hydrometeors, different mechanisms of interaction with deep moist convection (CHP) have been proposed and studied, and in particular, emphasis has been placed on interactions that may result in an intensification of CHP. An important factor in the study of the impact of aerosols on CHP, which is critical to explore, is the real possibility of confidently isolating and quantifying the effects of aerosols from other processes occurring in the cloud and associated environment. This thesis work sought, therefore, to delve deeper into how the relationship of aerosols, CHP and the environment develops, and the possibility of assessing aerosol impacts by separating interactions with the environment, in order to improve the understanding of the dynamical, thermodynamic and physical processes involved in the formation of extreme CHP events in the SESA region. First, this question was addressed from a climatological perspective at the regional level and it was found that CHP development events in environments with probability of high aerosol concentrations present more extensive and precipitating systems with more extreme values in the height of convection in addition to higher heights in the convective core suggesting a possible intensification by the interaction with aerosols. However, an analysis of the differences in the state of the meteorological environment at the initiation of the systems showed conditions of greater instability and higher moisture content, in addition to vertical wind shear at low levels and more intense moisture convergence in environments with higher aerosol content, revealing a joint variation between higher aerosol concentrations and favorable conditions for the development of more intense convection. These differences can be explained by the development of a more extensive vertically and horizontally South American Low-Layer Jet (SALLJ) with more intense meridional wind. Then, from a local perspective, events with high contents of cloud condensation nuclei (CCNs) were identified during the experimental campaign Cloud, Aerosol, and Complex Terrain Interactions and the possible origin of these aerosols was studied. Retrotrajectories from the measurement site showed a source of the air masses in northeastern Argentina that coincides with a maximum of optical thickness associated with the presence of fire outbreaks due to biomass burning. In addition, the events were classified according to the presence or absence of subsequent precipitation and the differences in the associated circulations were compared. In the cases without precipitation, the origin of the aerosols is mostly located towards the east of Argentina and the circulation patterns in this situation are dominated by a northerly wind over the Andes and an anticyclonic circulation over eastern Argentina. While in the cases with precipitation, an origin was found in northern Argentina and western Paraguay and the back trajectories showed a marked north-south direction indicative of the presence of the SALLJ. Finally, an event of high CCNs concentrations prior to the onset of extreme CHP observed on January 25, 2019 was selected and simulations were performed with the Weather Research and Forecasting model with different initial conditions of CCNs concentrations. Increases in the maximum vertical velocities reached and in the final storm height associated with an increase in aerosols were observed. However, the analysis of the environment prior to the onset of convection also showed increases in instability in the presence of an increased amount of CCNs. The study of the evolution of the meteorological environment showed that, in this chosen case, the indirect effect of aerosols on the formation of low clouds in previous hours modulates the radiative balance in the Cordoba region. This produces a change in the temperature and humidity conditions and in the local valley-mountain circulations, modifying the initial conditions for the development of storms. Fil: Cancelada, Maite. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Databáze: OpenAIRE
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