A Lagrangian approach for investigating anomalies in the moisture transport during drought episodes

  1. A. Drumond 1
  2. R. Nieto 12
  3. L. Gimeno 1
  1. 1 Universidade de Vigo
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    Universidade de Vigo

    Vigo, España

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  2. 2 Universidade de São Paulo
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    Universidade de São Paulo

    São Paulo, Brasil

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Revista:
Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters
  1. Vicente Serrano, Sergio Martín (coord.)

ISSN: 0211-6820 1697-9540

Ano de publicación: 2016

Volume: 42

Número: 1

Páxinas: 113-125

Tipo: Artigo

DOI: 10.18172/CIG.2925 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openDialnet editor

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Resumo

El presente trabajo propone un método de diagnóstico lagrangiano para la investigación del transporte anómalo de humedad antes, durante y después de la ocurrencia de episodios de sequía. La técnica lagrangiana propuesta usa el modelo FLEXPART alimentado con los datos del reanálisis ERA-Interim y ha sido aplicado en diversos estudios previos con éxito para la caracterización climatológica de fuentes y sumideros de humedad en distintas regiones del planeta. Se utiliza el índice SPEI para la identificación y caracterización de los episodios de sequía. Se analizan las anomalías en las fuentes de humedad para el área afectada, así como el impacto de las sequías en el transporte de humedad desde esa área definida hacia sus sumideros climatológicos (estudios anteriores sugieren que algunos episodios de olas de calor pueden estar asociados con anomalías en el transporte de humedad). En otras palabras, la metodología consiste en investigar el rol del área afectada como receptor/fuente de humedad en los episodios. Como un ejemplo de aplicación del método, se analiza el intenso episodio de sequía ocurrido en la región central de E.E.U.U. durante 2012. El análisis de las anomalías en 2012 sugiere la reducción en la contribución de las fuentes de humedad local y continental climatológicas para el centro del E.E.U.U. particularmente desde Junio hasta Octubre. El período desde Julio hasta Octubre de 2012 ha sido igualmente caracterizado por la reducción del transporte de humedad desde la región de la sequía hacia sus sumideros climatológicos en noreste de Norte América. Un mayor entendimiento, no solamente del transporte de humedad, sino también de la relación entre fuentes y sumideros y de los probables impactos generados por las variaciones en las fuentes es crucial para una predicción del tiempo y del clima con más calidad, ayudando a minimizar las consecuencias de los desastres naturales.

Información de financiamento

Anita Drumond acknowledges funding by the Spanish Government and FEDER through the SETH (CGL2014-60849-JIN) project. Raquel Nieto acknowledges funding by the Galician Regional Government (Xunta) within the project THIS (EM2014/043), co-funded by FEDER

Financiadores

Referencias bibliográficas

  • Bengtsson, L., Hagemann, S., Hodges, K.I. 2004. Can climate trends be calculated from reanalysis data? Journal of Geophysical Research 109, D11111. Doi:10.1029/2004JD004536
  • Brubaker, K.L., Entekhabi, D., Eagleson, P. 1993. Estimation of continental precipitation recycling. Journal of Climate. 6, 1077-1089. Doi: 10.1175/1520-0442(1993)006<1077:EOCPR>2.0.CO;2
  • Castillo, R., Nieto, R., Drumond, A., Gimeno, L. 2014. The role of the ENSO cycle in the modulation of moisture transport from major oceanic moisture sources. Water Resources Research 50, 1046-1058. Doi: 10.1002/2013WR013900
  • Dee, D.P., Uppala, S.M., Simmons, A.J., Berrisford, P., Poli, P., Kobayashi, S., Andrae, U., Balmaseda, M.A., Balsamo, G., Bauer, P., Bechtold, P., Beljaars, A.C.M., van de Berg, L., Bidlot, J., Bormann, N., Delsol, C., Dragani, R., Fuentes, M., Geer, A.J., Haimberger, L., Healy, S.B., Hersbach, H., Hólm, E.V., Isaksen, L., Kållberg, P., Köhler, M., Matricardi, M., McNally, A.P., Monge-Sanz, B.M., Morcrette, J.J., Park, B.K., Peubey, C., de Rosnay, P., Tavolato, C., Thépaut, J.N. and Vitart, F. 2011. The ERA Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 137, 553-597. Doi: 10.1002/qj.828
  • Dirmeyer, P.A., Brubaker, K.L. 2007. Characterization of the global hydrologic cycle from a back trajectory analysis of atmospheric water vapor. Journal of Hydrometeorology 8, 20-37. Doi: 10.1175/JHM557.1
  • Dirmeyer, P.A., Wei, J., Bosilovich, M.G., Mocko, D.M. 2014. Comparing Evaporative Sources of Terrestrial Precipitation and Their Extremes in MERRA Using Relative Entropy. Journal of Hydrometeorology 15, 102–-116. Doi: 10.1175/JHM-D-13-053.1
  • Drumond, A., Marengo, J., Ambrizzi, T., Nieto, R., Moreira, L., Gimeno, L. 2014. The role of the Amazon Basin moisture in the atmospheric branch of the hydrological cycle: A Lagrangian analysis. Hydrology and Earth System Sciences 18, 2577-2598. Doi: 10.5194/hess-18-2577-2014
  • Drumond, A., Nieto, R., Gimeno, L., Trigo, R.M., Ambrizzi, T., De Souza, E. 2010. A Lagrangian identification of the sources of moisture over Northeastern Brazil during its pre-rainy and rainy seasons. PLoS ONE 5 (6), e11205. Doi:10.1371/journal.pone.0011205
  • Drumond, A., Nieto, R., Gimeno, L., Ambrizzi, T. 2008. A lagrangian identification of major sources of moisture over Central Brazil and La Plata Basin. Journal of Geophysical Research 113, D14128. Doi :10.1029/2007JD009547
  • Feng, S., Hu, Q., Robert, J. 2010. Influence of Atlantic sea surface temperatures on persistent drought in North America. Climate Dynamics. Doi: 10.1007/s00382-010-0835-x
  • Gimeno, L., Nieto, R., Drumond, A., Castillo, R., Trigo, R.M. 2013. Influence of the intensification of the major oceanic moisture sources on continental precipitation. Geophysical Research Letters. Doi: 10.1002/grl.50338
  • Gimeno, L., Stohl, A., Trigo, R.M., Dominguez, F., Yoshimura, K., Yu, L., Drumond, A., Durán-Quesada, A.M., Nieto, R. 2012. Oceanic and Terrestrial Sources of Continental Precipitation. Reviews of Geophysics 50, RG4003. Doi: 10.1029/2012RG000389
  • Gimeno, L., Drumond, A., Nieto, R., Trigo, R.M., Stohl, A. 2010. On the origin of continental precipitation, Geophysical Research Letters, 37, L13804. Doi: 10.1029/2010GL043712
  • Kam, J., Sheffiled, J., Wood E. 2014. A multi-scale analysis of drought and pluvial mechanisms for the Southeastern United States. Journal of Geophysical Research. Doi: 10.1002/2014JD021453
  • Knippertz, P., Wernli, H., Glaser, G. 2013. A global climatology of tropical moisture. Journal of Climate 26, 3031-3045. Doi: 10.1175/JCLID-12–00401.1
  • MacDonald G.M. 2010. Water, climate change, and sustainability in the southwest. Proceedings of the National Academy of Science 107, 21256–21262,. Doi: 10.1073/pnas.0909651107
  • McKee, T.B.N., Doesken, J. Kleist, J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. Eight Conference on Applied Climatology. Anaheim, CA, American Meteorological Society, pp. 179-184.
  • Miralles, D.G., Teuling A.J., van Heerwaarden, C.C., de Arellano, J.V.G. 2014. Mega-heatwave temperatures due to combined soil desiccation and atmospheric heat accumulation. Nature Geosciences 7, 345-349. Doi: 10.1038/ngeo2141
  • Nieto, R., Castillo, R., Drumond, A. 2014. The modulation of oceanic moisture transport by the hemispheric annular modes. Frontiers in Earth Sciences 1-12. http://dx.doi.org/10.3389/feart.2014.00011
  • Nieto, R., Gimeno, L., Trigo, R.M. 2006. A Lagrangian identification of major sources of Sahel moisture. Geophysical Research Letters 33, L18707. Doi: 10.1029/2006GL027232
  • Numaguti, A. 1999. Origin and recycling processes of precipitating water over the Eurasian continent: Experiments using an atmospheric general circulation model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 104, 1957-1972. Doi: 10.1029/1998JD200026
  • Palmer, W.C. 1965. Meteorological droughts. U.S. Department of Commerce Weather Bureau Research Paper 45, 58 pp.
  • Seneviratne, S.I., Lüthi, D., Litschi, M., Schär, C. 2006. Land-atmosphere coupling and climate change in Europe. Nature 443, 205-209. Doi: 10.1038/ nature05095
  • Sodemann, H., Schwierz, C., Wernli, H. 2008. Interannual variability of Greenland winter precipitation sources: Lagrangian moisture diagnostic and North Atlantic Oscillation influence. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 113, D12, 27. Doi: 10.1029/2007JD009416
  • Sousa, P., Trigo, R.M., Aizpurua, P., Nieto, R., Gimeno, L., Garcia-Herrera, R. 2011. Trends and extremes of drought indices throughout the 20th century in the Mediterranean. Natural Hazards and Earth System Sciences 11, 33-51. Doi: 10.5194/nhess-11-33-2011
  • Stohl, A., James, P. 2004. A Lagrangian Analysis of the Atmospheric Branch of the Global Water Cycle. Part I: Method Description, Validation and Demonstration for the August 2002 Flooding in Central Europe. Journal of Hydrometeorology 5, 656-678. Doi: 10.1175/1525-7541
  • Stohl, A., James, P. 2005. A Lagrangian analysis of the atmospheric branch of the global water cycle. Part II. Moisture transports between Earth’s ocean basins and river catchments. Journal of Hydrometeorology 6, 961-984. Doi: 10.1175/JHM470.1
  • Trenberth, K.E., Fasullo, J.T., Mackaro, J. 2011. Atmospheric moisture transports from ocean to land and global energy flows in reanalyses. Journal of Climate 24(18), 4907-4924. Doi: 10.1175/2011jcli4171.1
  • Trenberth, K.E., Guillemot, C.J. 1998. Evaluation of the atmospheric moisture and hydrological cycle in the NCEP/NCAR reanalysis. Climate Dynamics 14, 213-231. Doi: 10.1007/s003820050219.
  • Trigo, R.M., Añel, J.A., Barriopedro, D., Garcia-Herrera, R., Gimeno, L., Nieto, R., Castillo, R., Allen, M.R., Massey, N. 2013. The record winter drought of 2011-2012 in the Iberian Peninsula. Bulletin of the American Meteorological Society 94(9), S41-S45.
  • Vicente-Serrano S.M., Beguería S., López-Moreno J.I. 2010. A multiscalar drought index sensitive to global warming: The standardized precipitation evapotranspiration index - SPEI. Journal of Climate 23(7), 1696-1718. Doi: 10.1175/2009JCLI2909.1
  • Vicente-Serrano, S.M. 2004. Evolución espacio-temporal de las sequías en el sector central del valle del Ebro: causas y consecuencias ambientales. Universidad de Zaragoza, Zaragoza, 1258 pp.