Analysis of tropopause variability in observations and in an idealized model

La tropopausa es la capa que separa la troposfera, dinamicamente activa, de la estratosfera, que es relativamente mas estatica. A traves de ella, se producen intercambios de materia que resultan cruciales para la dinamica estratosferica debido a su bajo espesor optico. En esta tesis, se explora la validez de la definicion actual de la tropopausa y su variabilidad temporal en varias escalas. Para ello, se usan datos de radiosondeo, que tienen una alta resolucion vertical pero una cobertura espacial pobre, y datos procedentes de dos reanalisis ? NCEP/NCAR Reanalysis-1 y ERA-Interim-, que estan uniformemente distribuidos espacialmente aunque adolecen de una menor resolucion temporal. Para completar el estudio, se utiliza un modelo idealizado (esto es, un modelo en el que la dinamica es simplificada con un esquema de enfriamiento newtoniano y una disipacion de momento simple). En la primera parte, se estudia la naturaleza termica de la zona que rodea la tropopausa. Para ello, la definicion termica de la tropopausa es evaluada usando varios criterios para el gradiente termico vertical y el perfil vertical de temperatura potencial es evaluado en coordenadas con origen en cada una de dichas tropopausas. Dado que la diferente estratificacion entre la troposfera y la estratosfera es el fundamento de la definicion termica de la tropopausa, aquel criterio que maximice dicha diferencia sera el que mejor defina la posicion de la tropopausa. Del analisis de los datos se deduce que el criterio de 2K km-1 establecido por la WMO de forma empirica es en general el que produce la tropopausa mas optima, si bien funciona mejor en los extratropicos del Hemisferio Norte que en el resto de latitudes. Del estudio del gradiente de temperatura en las capas adyacentes a la tropopausa se deduce que 2K km-1 corresponde al minimo de las distribuciones estadisticas de dicho gradiente en la alta troposfera y la baja estratosfera, siendo por tanto el valor del gradiente termico que se encuentra a mayor distancia de ambas. En la segunda parte se estudia la variabilidad de la tropopausa en la escala estacional y en la escala intra-estacional. En la escala estacional, se sabe que la amplitud del ciclo anual de la tropopausa es muy pequena en los tropicos y aumenta hacia los polos, donde el ciclo anual de la tropopausa es diferente entre ambos hemisferios. El analisis de los datos de los dos reanalisis confirma que existe un ciclo bianual en latitudes altas del Hemisferio Norte, ausente en el Hemisferio Sur; de la evolucion termica de la alta troposfera y la baja estratosfera, se observa que dicho ciclo se debe a un fuerte calentamiento del vortice polar norte durante el final del invierno y el principio de la primavera boreal, que produce un hundimiento de la tropopausa en esos meses, y a un mayor calentamiento de la alta troposfera durante el verano boreal, que conduce a una elevacion de la tropopausa en ese periodo. Las simulaciones realizadas con el modelo idealizado indican que la diferencia interhemisferica puede ser atribuida al efecto de las ondas de gran escala generadas por la orografia y los contrastes tierra-oceano en el Hemisferio Norte. En cuanto a la variabilidad intra-estacional, el principal modo de variabilidad esta relacionado con la Oscilacion Artica y el Indice Zonal. El estudio de la dinamica implicada demuestra que las variaciones en la propagacion y ruptura de las ondas atmosfericas se relacionan con variaciones en la altura de la tropopausa. Ademas, las variaciones en la intensidad del vortice polar tambien producen cambios en la tropopausa polar. Las simulaciones con el modelo idealizado demuestran que las ondas ? especialmente las de menor escala- son responsables de las variaciones en la altura de la tropopausa en latitudes medias y subtropicales, mientras que las ondas de mayor escala pueden ademas tener un efecto indirecto perturbando el vortice polar y variando la tropopausa polar.