Oscilación Madden-Julian: La vuelta al mundo en 50 días

La Oscilación Madden-Julian es una de las grandes rockstars del mundo de la meteorología. Fue descubierta en los años 70 en una pequeña isla en medio del Océano Pacífico y hoy sabemos que abarca muchísimo más: todo el área tropical del planeta y las tormentas eléctricas asociadas dan la vuelta al mundo en aproximadamente 50 días. En esta publicación, ahondaremos en más detalles en cómo se descubrió, cómo funciona y cómo podemos monitorearla.

En la meteorología y las ciencias atmósfericas, hablamos muchas veces de Oscilaciones. Es un concepto que si bien puede sonar complejo, es más fácil de comprender si nos imaginamos una especie de “montaña rusa”, un sube y baja. 

Las oscilaciones son, además, la forma en que nuestra atmósfera se comporta. Una de las más conocidas es el El Niño, que en realidad es parte de un fenómeno conocido como ENOS -El Niño/Oscilación del Sur-, en donde el Océano Pacífico Central se calienta y se enfría en periodos de 2 o más años de manera cíclica, convirtiéndola en una oscilación altamente conocida y muy importante para el clima del planeta.

Si bien El Niño es una oscilación de la escala de los años, existe otra oscilación que se presenta en las regiones tropicales y que actúa en la escala de las semanas, dándole la vuelta al planeta en mucho menos tiempo que el caso del ENOS.

Descubrimiento: Oscilación Intraestacional

Hay un antes y un después en la historia de la ciencias de la Tierra: el año internacional de geofísica 1957/1958. Es uno de esos grandes hitos de las Naciones Unidas. La ONU tomó en consideración lo que los científicos del océano, la tierra y la atmósfera clamaban por años: la ausencia de datos y mediciones hacía imposible el desarrollo y entendimiento del mundo en que vivimos. Por lo tanto, se desplegaron un sin número de boyas, radiosondas, expediciones en barcos de mediciones y estaciones meteorológicas, especialmente a lo largo del Pacífico, con el objetivo de empezar a medir y recolectar datos. Las mediciones continuaron en las décadas siguientes y el resultado fue un montón de información que ahora había que descifrar. Aquí entran en escena dos científicos de renombre: Roland Madden y Paul Julian.

A principios de los 70’s, los investigadores descubrieron que en el sector Occidental del Pacífico se producían cambios notorios en la presión superficial, en los vientos y en las tormentas, que parecían tener un patrón reconocible como una oscilación. En la figura de abajo, se aprecia el “sube y baja” de la presión en superficie de una isla en particular conocida como Isla Canton, ubicada prácticamente en el medio del Pacífico. 

Lo interesante es que estos cambios en la presión se producían en un periodo que iba entre los 40 y 50 días. Es decir, el mínimo o máximo de presión se volvía a repetir con un periodo de 40 a 50 días después, parte de lo que conocemos como escala intraestacional (es decir, menor a 3 meses y mayor a una semana).

Esta gran oscilación fue inicialmente conocida como Oscilación de 40-50 días, un nombre bastante poco glamoroso, pero que con los años tomó el nombre de sus descubridores: La Oscilación Madden-Julian (OMJ, para abreviar). 

Pero hay más: no sólo era la presión la que tenía un ciclo reconocible en la escala de los 40 a 50 días, también el tiempo tormentoso se hacía mucho más intenso y notorio en un ciclo igualmente reconocible. Cuando se produce un mínimo en la presión, las tormentas se vuelven más activas y al contrario, pasado unas semanas, cuando el máximo de presión era registrado, el tiempo despejado y seco se hacía presente en la usualmente lluviosa región tropical.

En el lado izquierdo, la localización del área de estudio de Madden y Julian en 1971. A la derecha, se aprecia la oscilación de la presión y las tormentas sobre la Isla Canton.

Más allá de la pequeña isla: Una oscilación con fases

La presencia de abundante y creciente información meteorológica, de al menos 10 años y de manera simultánea a lo largo del Océano Pacífico y en el resto de las regiones tropicales, permitió descubrir que los mismos cambios en la presión y los vientos en la escala de 40 a 50 días en la Isla Canton se apreciaban en lugares tan lejanos como Singapur, Curazao, Recife y Dakar.

En el año 1972, Madden y Julian publicaron lo que sería el artículo fundacional de esta oscilación, en donde presentaron formalmente lo que conocemos como una celda de circulación en el trópico asociada a la OMJ. Esta celda de circulación explica de manera consistente los cambios que sufren las variables meteorológicas a lo largo de las regiones tropicales en la escala intraestacional y, aunque el modelo conceptual fue presentado hace casi 50 años, hoy en día sigue siendo completamente válido y usado como referencia a nivel global.

Para saber cómo se presenta y cómo esta celda de circulación da la vuelta al mundo en 50 días (*1), sigamos desde arriba hacia abajo la figura esquemática. La Oscilación Madden-Julian puede ser dividida en 8 fases. Cada una de estas fases representa una ubicación específica del centro de tormentas y convección.

Figura esquemática de las celdas de circulación (líneas y flechas magenta) y zona de convección y tormentas (nubes grises) según cada fase de la Oscilación Madden-Julian. Basado en “Description of Global Scale Circulation Cells in the Tropics” (Madden y Julian, 1972).

En las fases 2 y 3, tal como se ve en la figura, se presenta una circulación en superficie asociada a convergencia de aire sobre el Océano Índico. Esta convergencia, presentada en las flechas que van en la misma dirección, produce un exceso de tormentas en su centro y a su vez un mínimo de presión en superficie. El aire que asciende y se desplaza tanto hacia el este y al oeste, desciende sobre el sector de Indonesia y Papúa-Nueva Guinea.

Cada fase puede durar en promedio unos 8 días aproximadamente, por lo que el sector del Continente Marítimo, norte de Australia y la misma Isla Canton, presentan condiciones de tiempo estable y pocas tormentas durante un par de semanas bajo estas fases de la OMJ.

Lo interesante, es que pasada unas semanas las tormentas se empiezan a desplazar hacia el oeste. De esta forma, el exceso de tormentas se empieza a desarrollar sobre el Continente Marítimo, trayendo consigo convección, actividad eléctrica y chubascos fuertes. Al mismo tiempo, la presión en superficie desciende de manera importante.

Cuando las tormentas alcanzan el Pacífico Central, las temperaturas superficiales del mar, más frías en esta región, impiden que las tormentas sean extremadamente intensas: la convección se debilita, aunque aún es posible apreciar la celda de circulación cuando estamos en las fases 7, 8 y 1. Ahora Indonesia y Australia presentan condiciones de menos tormentas, debido a que la rama descendente de la celda de circulación produce subsidencia e inhibe los movimientos verticales.

La onda asociada a la Oscilación Madden-Julian se acelera y, después de las fases 8 y 1, el foco de convección rápidamente vuelve a aparecer sobre el Océano Índico en las semanas siguientes, en la forma de fase 2. 

Cómo seguir los pasos a la OMJ

La OMJ es una oscilación que cubre prácticamente todo el planeta en la región tropical, sin embargo, seguir de manera diaria todas las tormentas que se producen en la zona ecuatorial es una tarea bastante complicada. Para hacer este trabajo de manera más rápida, en el año 2004, los meteorólogos Matthew Wheeler y Harry Hendon (de la Oficina Meteorológica de Australia) crearon un índice que resume varios aspectos de la OMJ.

Representación esquemática de un diagrama de fase. Cada división es una fase distinta de la OMJ y corresponde a una ubicación geográfica de las tormentas. La intensidad está dada por la posición con respecto al centro del diagrama: mientras más lejos del centro más intenso. El área circular en el centro representa intensidades que se consideran como inactividad de la OMJ. La línea negra muestra un ejemplo de seguimiento de la OMJ con el índice de Wheeler-Hendon a lo largo de un periodo de tiempo y las nubes representan la intensidad de las tormentas en un momento dado.

Por un lado, este indicador nos dice dónde está ubicado el centro de la convección, pero además nos da una idea de la intensidad de estas tormentas (*2). Así, podemos saber en qué fase de la OMJ estamos como también qué tan poderosa es. Veamos un ejemplo mirando el diagrama de fase esquematizado en la última figura.

El diagrama muestra, en línea negra, el recorrido de la OMJ a lo largo de un periodo de tiempo, desde el día cero (dónde dice Inicio) hasta varios días después (donde dice Fin). El índice nos indica que, en el día inicial, la OMJ está entre las fases 4 y 5, por lo que podemos saber inmediatamente que el exceso de convección se ubica sobre el Continente Marítimo.

Para saber qué tan intensa es esta onda, tenemos que mirar la posición del índice en la gráfica respecto del centro. El área circular central (con los signos de interrogación, ¿?) nos indica que no es posible identificar alguna de las fases de la OMJ (o inactividad), y mientras más nos alejamos del centro, hacia los bordes del cuadro, significa que la OMJ es más intensa.

En el ejemplo, cuando la OMJ avanzó hacia las fases 6 y 7 fue alejándose cada vez más del centro, indicando que sufrió una intensificación. Luego, al llegar a la fase 8, la onda sufre un debilitamiento (notar cómo el la curva negra está mucho más cerca del centro del diagrama). Cuando el índice finalmente entra en el centro del círculo, significa que no hay presencia de OMJ en los trópicos. Esto no implica ausencia de tormentas, si no que estas no son posibles de ligar a la OMJ.

El anterior es sólo un ejemplo para mostrar cómo se utiliza este tipo de diagramas. En el día a día, la variedad de trayectorias que toma el índice es muy grande y es de gran importancia hacer un monitoreo constante, dado que la OMJ puede provocar alteraciones que afectan el tiempo local en lugares remotos al trópico, como en Chile. Esto será motivo de un próximo artículo de nuestro blog.

Escrito por: José Vicencio. Editor: Diego Campos/ Manuel Olivares.

Información para esta publicación:

• La primera publicación de Madden y Julian sobre este tema corresponde a 1971, en donde identificaron una oscilación con un periodo de 40 a 50 días en el viento zonal en niveles bajos y altos, gracias a los datos medidos por radiosondas en la Isla Canton [Link: https://goo.gl/Fyf7ck] 
• La publicación en donde se detallan las fases a nivel global de la OMJ y en donde se descubre que esta es una celda de escala planetaria que se desplaza en el área tropical afectando el viento, la presión y las tormentas es de 1972. [Link: https://goo.gl/ry9KN5] 
• La publicación de Wheeler y Hendon, base para el índice actual de monitoreo de la OMJ, es del 2004. [Link: https://goo.gl/j3RWDn]
• (*1) La oscilación Madden-Julian posee un periodo de aproximadamente 40 a 50 días, aunque en ocasiones este puede ser menor o mayor, pero nunca escapando del rango intraestacional, es decir, más allá de 3 meses.
• (*2) Estrictamente hablando, para construir el índice de la OMJ, se utiliza tanto la variable proxy de la convección conocida como anomalías de onda larga saliente (OLR en inglés) y vientos zonales en 850 y 200 hPa.