Comportamiento de los procesos regionales de la circulación atmosférica que influyen sobre América del Norte desde finales del siglo XIX

Los Macroprocesos Regionales de Circulación en América del Norte

En los análisis sinóptico-climatológicos resulta necesario establecer asociaciones graduales entre las escalas de referencia utilizadas, es decir, lograr el ajuste en la clasificación e interpretación de los procesos de la circulación general de la atmósfera (CGA), desde la escala global hasta el nivel de impacto o escala local. Un primer paso imprescindible es trabajar en la clasificación de los macroprocesos que actúan en la región sinóptico-natural a la que pertenece Cuba, que es la ocupada por América del Norte y el Caribe.

Los Mecanismos Elementales de Circulación hemisféricos actúan de forma uniforme y completa mediante los macroprocesos regionales de la circulación, que se identifican según sea la presencia y características climáticas de los bloqueos anticiclónicos e intercambios ciclónicos, así como dependiendo de su ubicación geográfica en el hemisferio Norte (Kononova, 2010Kononova, N. K. (2010). Long-term fluctuations of the northern hemisphere atmospheric circulation according to Dzerdzeevskii classification. Geography, Environment, Sustainability, 3(1), 25-43.).

Los MRC están conformados por uno o varios subtipos MEC y pueden contener circulaciones diferentes en las distintas partes de un mismo sector (Dzerdzeevskii, 1968Dzerdzeevskii, B. L. (1968). Los mecanismos de la circulación de la atmósfera en el hemisferio norte en el siglo XX [Obra en ruso]. En Resultados de Investigaciones durante el Año Geofísico Internacional. Circulación Atmosférica. Instituto de Geografía de la Academia de Ciencias de la URSS.). Es decir, dentro de un MRC zonal, podemos encontrar movimiento de ciclones en áreas del norte, mientras, los anticiclones se mueven o estacionan al sur del sector, así como en un MRC meridional, las invasiones árticas en el borde occidental son acompañadas por penetraciones ciclónicas del sur en su parte oriental.

Estructura de los grupos de circulación en América del Norte

A partir del método de formación de los grupos de circulación (GC) empleado para el sector América del Norte por Soler et al. (2020)Soler, E., Sánchez, L. M., Lecha, L. B., y Verdecia, Y. (2020). Los mecanismos elementales de circulación en América del Norte y su relación con las situaciones sinópticas que influyen sobre la mitad occidental de Cuba. Revista Cubana de Meteorología, 26(sp), 1-18. http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/544/980 , se hizo ahora una modificación del contenido de los grupos: los casos del MRC 5 se extrajeron del GC I y se incorporaron al GC IV, para después recalcular las frecuencias absolutas del periodo extendido 1899-2019, que contienen los nueve MRC en este sector.

Este enfoque modificado permitió establecer con mayor claridad que los MRC con componente zonal del oeste y meridional del sur, están compuestos por los MEC con ausencia de bloqueos anticiclónicos (Tabla 3) y alcanzan un máximo de la frecuencia acumulada del 49.6 % de los casos.

Por su parte, los MRC de componente meridional del norte, que contienen los subtipos MEC con presencia de bloqueos anticiclónicos, ocurren en el otro 50.4 % (Tabla 4), quedando conformados los grupos de circulaciones atmosféricas (GC) para el sector América del Norte que se describen a continuación:

Como resultado del cambio realizado al contenido de los GC, se ha considerado que el MRC 4 compuesto por 11 subtipos MEC que establecen las corrientes atmosféricas del suroeste y el MRC 5 con un MEC único (13w), que impone vientos de región sur durante la temporada poco lluviosa del año, sean agrupados como longitudinales del sur conjuntamente con los MRC 3 y 10; quedando de esta forma el GC I integrado solo por el MRC 1, compuesto por ocho subtipos MEC, de los cuales ninguno presenta bloqueos anticiclónicos y solo dos poseen zonas de intercambios ciclónicos sobre el sector América del Norte.

Esta nueva agrupación de los GC I y IV cumple con las condiciones impuestas a las características principales de los MEC y mantiene invariante al GC III respecto a la base de datos original (BD, 2019BD. (2019). Base de Datos MEC 1899-2019. https://www.atmospheric-circulation.ru ) y los resultados de Soler et al. (2020)Soler, E., Sánchez, L. M., Lecha, L. B., y Verdecia, Y. (2020). Los mecanismos elementales de circulación en América del Norte y su relación con las situaciones sinópticas que influyen sobre la mitad occidental de Cuba. Revista Cubana de Meteorología, 26(sp), 1-18. http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/544/980 . Además, se corresponde con los procesos físicos asociados a las direcciones de los flujos de circulación atmosférica, con correlaciones estadísticamente significativas con las anomalías de la temperatura media global, al nivel de confianza de 99 % (Tabla 5), resultado que no se consiguió con la agrupación anterior.

Aunque estas correlaciones no demuestran causalidad, permiten establecer el grado de similitud en la relación existente entre los comportamientos de los procesos formadores del clima, representados en las anomalías de las frecuencias anuales de cada uno de los grupos de circulación y las anomalías de la temperatura media global (GISS, 2023Goddard Institute for Space Studies. (2023). Base de datos de la temperatura media global. NASA. https://climate.nasa.gov/en-espanol/signos-vitales/temperatura-global/ ), como expresión del forzamiento externo que representa el calentamiento global sobre el sistema climático.

También, se fundamenta en la relación existente entre los MRC, que componen cada GC, y los tipos de situaciones sinópticas (Lapinel, 1988Lapinel, B. (1988). La circulación atmosférica y las características espacio-temporales de las lluvias en Cuba [Tesis doctoral, Instituto de Meteorología].) que influyen sobre el área geográfica de bajas latitudes que incluye a Cuba; siendo el MRC 1, macroproceso zonal del oeste que conforma el GC I latitudinales del oeste, el que presenta la mayor estabilidad (mínimas anomalías de frecuencias) en sus relaciones con los TSS tropicales y extratropicales para ambas mitades de Cuba, diferenciándose así su comportamiento del resto de los MRC que conforman los grupos longitudinales: GC III (MRC: 2, 6, 8 y 9) del norte y GC IV (MRC: 5, 4 10 y 3) del sur (Fig. 3).

Estos grupos de circulación obtenidos (GC: I, III, IV), contienen el total de las contribuciones regionales de los MEC en el sector América del Norte entre 1970-2019, las que se manifiestan en las distintas estaciones del año y subregiones, mediante bloqueos anticiclónicos e intercambios ciclónicos, y están relacionados de forma particular a los tipos de situaciones sinópticas tropicales y extratropicales que influyen sobre las mitades occidental y oriental de Cuba.

De esta forma fue posible establecer las principales características climáticas de los Grupos de Circulación (GC), que contienen los macroprocesos regionales de circulación (MRC) influyentes sobre la región sinóptico natural de América del Norte, que incluye el área geográfica de bajas latitudes donde se localiza Cuba, marcada por la oscilación estacional de la frontera entre la zona tropical y la extratropical, descritas en los próximos epígrafes. También, se pueden identificar los procesos de la CGA que determinan la variabilidad multianual y estacional del clima cubano, así como, la forma en que han venido cambiando dichos procesos en los últimos 121 años de historia climática regional.

Características de las circulaciones atmosféricas en América del Norte

Las frecuencias anuales absolutas de los grupos de circulación en el sector América del Norte (Fig. 4) muestran que los flujos longitudinales del norte predominan durante un largo periodo de 72 años, con solo dos interrupciones, dominadas por las circulaciones del sur 1901 y 1940. Sin embargo, este grupo no presenta una tendencia definida en el largo periodo de estudio.

El máximo reciente de los flujos longitudinales del norte se observa en el año 2009 (224 días), precisamente en concordancia con la fecha de las primeras invasiones notables del vórtice polar estratosférico en la región de América del Norte, comportamiento que se vincula con el incremento de los efectos meteoro-trópicos extremos ocurridos en ese periodo, así como con el mayor número de ciclones tropicales formados en la Cuenca Atlántica y los eventos invernales extraordinarios reportados en el país en enero y diciembre de 2010, que produjeron un aumento significativo de la mortalidad diaria en exceso (Lecha et al., 2022Lecha, L., Guevara, A., Díaz, E. B., Sosa, A., Peña, E., y Pichardo, L. O. (2022). *Cartografía de la mortalidad general en Cuba (2001-2020)* (Informe Técnico P211LH007-016). Instituto de Meteorología de Cuba.).

Estos flujos longitudinales del norte contienen al macroproceso 9, formado por los subtipos MEC: 7bs, 8a, 11d, 12a, 12bw; siendo el 12a uno de los cuatro subtipos MEC predominantes a nivel del hemisferio norte. Este macroproceso regional de circulación (MRC 9) presenta el mayor aumento de frecuencias de ocurrencias en los últimos 18 años (1,8 %), aunque, todavía no alcanza los incrementos acumulados por los MRC 5 y 10 (longitudinales del sur) en los 50 años transcurridos desde 1970 a 2019, con 5.8 y 7.4 %, respecto al periodo de estudio 1899-2019.

Mientras, los flujos longitudinales del sur poseen tendencia significativa creciente, con punto de cambio en 1969, al nivel de confianza de 95 %. En correspondencia, el comportamiento de este tipo de circulación adquiere relevancia en el periodo 1971-2001, llegando a ser dominantes durante las décadas de los años 80 y 90 del siglo XX.

A comienzos del siglo XXI disminuye su frecuencia y los longitudinales del norte retoman el dominio entre 2006 y 2015, pero, los longitudinales del sur alcanzan un nuevo pico de ocurrencia entre 2016 y 2018.

En décadas recientes, se identifican diversos periodos dominados por los flujos longitudinales del sur: entre 1971 y 1981 con frecuencia media anual de 179 días, ligeramente superior a los longitudinales del norte; entre 1980 y 2001 con marcado predominio (203 días); de 2003 a 2005 en una aparición discreta (175 días); y entre 2016 y 2018 presentan su ultimo pico de ocurrencia con 193 días en el año. Por su parte, los flujos latitudinales del oeste no tienen tendencia definida, pero muestran una disminución sostenida de su frecuencia durante un largo periodo, comprendido desde 1932 hasta 2019.

Varios saltos o cambios bruscos en las frecuencias de ocurrencia de los flujos de circulación regionales se aprecian durante la serie de datos estudiados. En el comportamiento de los flujos longitudinales estos cambios son inversos y sincrónicos, los ocurridos en 1915, 1969 y 2009, caracterizados por el aumento de las circulaciones del norte; mientras, en 1992 y 2017 por el aumento en las del sur. Los flujos latitudinales no muestran tales cambios.

La Fig. 5 muestra los estadígrafos de Mann-Kendall (serie directa) y Pettitt (punto de cambio) para el GC IV determinados con el programa TrendSoft (Roura et al., 2020Roura, P., Arenas, J. C., Sistachs, V., y Díaz, D. (2020). TrendSoft: Software para el análisis de tendencia y puntos de cambio de variables climatológicas. Revista Cubana de Meteorología, 26(3), 1-16. ISSN:2664-0880), con un R² de 0.873, lo que indica un ajuste de alta calidad para el modelo de regresión lineal, donde el predictor explica una proporción elevada de la variación total de los datos de la serie estudiada.

El cálculo de las anomalías anuales de las frecuencias de cada grupo de circulación regional permite apreciar mejor las características de su variabilidad multianual. Como se muestra en la Fig. 6, resulta factible identificar varios ciclos o períodos en los cuales el comportamiento de los grupos de circulación regionales resulta bien diferente. Se pueden destacar, de manera preliminar tres ciclos con predominio de los flujos longitudinales del norte entre los años: 1903-1915, 1954-1969 y 2006-2014. Los dos primeros ciclos tienen como característica fundamental que las diferencias entre las anomalías de los flujos longitudinales del norte y del sur aumenta en el transcurso del tiempo cronológico, mientras, el tercero presenta un máximo a mediados del periodo.

Como segunda característica destacada, las anomalías de los flujos longitudinales del sur muestran su predominio entre los años 1971 y 2006, mucho más acentuado entre 1981 y 1998, periodo en el que ocurrieron los eventos “El Niño” 1982-1983 y 1997-1998, considerados como eventos fuertes o intensos.

Para obtener el comportamiento general de los grupos de circulación en el sector América del Norte, se aplicó a los datos el procedimiento empleado por Kononova (2016)Kononova, N. K. (2016). Fluctuations of the global atmospheric circulation in the XX-XXI centuries. Journal of Earth Science & Climatic Change, 7(10). https://doi.org/10.4172/2157-7617.1000350 para establecer las épocas de circulación global, el cual parte de calcular las medias móviles cada 10 años (Fig. 7). De esa forma, es posible inferir con claridad las variaciones climáticas demostrativas de la existencia de épocas de la circulación atmosférica.

En las primeras dos décadas del siglo XX el predominio de los flujos longitudinales del norte fue absoluto, en las décadas de los años 20, 30 y 40 se observa un equilibrio entre ambos flujos longitudinales con las anomalías positivas de las circulaciones del norte predominando discretamente, aumentando posteriormente en los años 50 y 60.

En las tres décadas siguientes a 1970 se establece un periodo dominado por las anomalías positivas de las circulaciones longitudinales del sur. Mientras, en la primera del siglo XXI ambos flujos longitudinales presentan valores similares y en la segunda vuelven a predominar las anomalías de los flujos longitudinales del sur. Las anomalías de las circulaciones latitudinales del oeste presentan el comportamiento más estable que se demuestra en este estudio de las frecuencias de ocurrencia y las anomalías de los GC, con el decrecimiento durante unos 90 años de datos, siendo sus valores de anomalías anuales negativas desde la década de los años 80 hasta la actualidad.

En la Tabla 6 se relacionan los 21 cambios ocurridos en el grupo de circulación más frecuente, indicando el año inicial y final del periodo de dominio, su duración, frecuencia media anual en días y por ciento respecto a la cantidad total de días.

El análisis de la incidencia anual de los grupos de circulación más frecuentes en el sector América del Norte expuso comportamientos que responden, en cierta medida, a los postulados de Kononova (2016)Kononova, N. K. (2016). Fluctuations of the global atmospheric circulation in the XX-XXI centuries. Journal of Earth Science & Climatic Change, 7(10). https://doi.org/10.4172/2157-7617.1000350 , cuando estableció las épocas de circulación a escala global. También, se observan cambios puntuales que requieren ser analizados más detalladamente mediante estudios de casos, como sucede con los años: 1972, 1974, 1983, 1995-1996, que representan apariciones de circulaciones longitudinales del norte en un periodo dominado por las longitudinales del sur. Sin mencionar los procesos inversos ocurridos en los años iniciales del período 1901 y 1940, por no contar con información de esa época.

El GC III longitudinales del norte muestra el mayor dominio temporal durante el periodo de estudio, al lograr ser el grupo más frecuente en 90 años, con una media anual de 181 días (50.5%), sin embargo, el GC IV longitudinales del sur, que dominó el clima durante solo 31 años alcanzó 184 días (51.1%) como promedio anual, lo que es un indicador de la intensidad de las variaciones ocurridas en los flujos longitudinales del sur, principalmente durante su periodo de dominio (1971-2001). El GC I latitudinales del oeste no logra la mayor frecuencia anual en ningún caso de los 121 años.

Considerando las tendencias de las frecuencias de ocurrencias, las anomalías anuales de los tres grupos de circulación estudiados y los cambios ocurridos en el grupo de circulación más frecuente entre 1899 y 2019, fue posible describir la evolución de las circulaciones atmosféricas, estableciendo sus características fundamentales y regularidades de sus períodos de influencia en América del Norte (Tabla 7), que incluye el área geográfica donde se localiza Cuba, marcada por la oscilación estacional de la frontera entre la zona tropical y la extratropical; las que contienen el cálculo de los valores de frecuencia media anual y el macroproceso destacado en cada periodo.

En el análisis se aprecia como la interacción o respuesta de la CGA al comportamiento de la temperatura del sistema climático se manifiesta en ciclos o etapas. En los primeros ciclos de la serie temporal analizada, la dinámica de la CGA logró estabilizar el diferencial de energía entre latitudes, pero eso no se logra en el ciclo actual, el cual mantiene desde 1969 una tendencia significativa creciente al aumento de los flujos longitudinales del sur, al nivel de confianza de 95 %, a cambio de una reducción sostenida de los intercambios zonales. Esto se refleja en el aumento reciente de los fenómenos meteorológicos peligrosos y de los efectos meteoro-trópicos extremos que afectan a todo el continente norteamericano, el Caribe y Cuba.

Otro resultado notable, se obtiene al comprobar que a nivel global y especialmente en los decenios transcurridos del siglo XXI, ambos procesos de intercambios longitudinales son totalmente dominantes y han desplazado casi al mínimo la incidencia de los flujos zonales. Este hecho justifica plenamente el proceso de disminución de la duración del invierno cubano, expresado en la transformación cualitativa que se observa en los sistemas frontales que llegan hasta Cuba, dada por una disminución de los frentes clásicos, a cambio del aumento de la incidencia de los frentes casi estacionarios en occidente y en proceso de disipación en el oriente del país, así como, la disminución general de los sistemas frontales que llegan hasta la región más oriental del país (Lecha et al., 2024Lecha, L. B., Soler, E., Sánchez, L. M., y Verdecia, Y. (2024). La climatología sinóptica de Cuba. Parte 2: El catálogo de los tipos de situaciones 1970-2022. Revista Cubana de Meteorología, 30(1). ISSN:2664-0880).

También, a lo largo de toda la serie temporal analizada se aprecia una disminución en la frecuencia de los procesos zonales y en los tres decenios anteriores las anomalías positivas medias de los procesos de intercambio zonal durante el trimestre junio-agosto prácticamente han desaparecido. Esto sugiere la forma gradual y persistente en que han cambiado los mecanismos elementales de circulación que se asocian con la influencia del anticiclón subtropical oceánico del Atlántico Norte, que ha ido aumentando su influencia sobre Cuba y el entorno geográfico adyacente, tanto a través de la configuración del flujo extendido, cuando el anticiclón está lejos de Cuba y la componente del viento en superficie gira al sur o rumbo próximo (flujo longitudinal); como, cuando la cuña anticiclónica penetra profundamente hacia el oeste y cubre toda el área, y el viento en superficie y niveles bajos de la troposfera sobre Cuba es de región este (flujo latitudinal).

El proceso descrito anteriormente está produciendo ya importantes cambios en el clima de la región más oriental del país, el cual va incorporando características del clima de las Antillas Mayores del este (La Española y Puerto Rico). Sin embargo, todavía quedan muchos aspectos por estudiar y esclarecer, a partir de la amplia base de datos disponible y de la necesaria asociación que falta por realizar con los procesos sinópticos que afectan a Cuba.