The atmospheric circulation associated with extreme rainfall events in Piura, Peru, during the 1997-98 and 2002 El Niño events

Ken Takahashi, 2004

Annales Geophysicae 22, 3917-26.

Submitted in October 2003. Accepted June 2004.

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This paper documents the changes in atmospheric flow over Piura associated with rainy and dry days during El Niño. Rainy days have stronger sea-breezes, which are enhanced by large-scale disturbances.

Abstract

The lowland of Piura, in northwestern Peru, is very strongly impacted by El Niño. Its climate is arid but can experience very heavy rainfall associated with the high nearby sea surface temperature (SST) during El Niño events. Rainfall, however, tends to occur in discrete, intense events and an understanding of the physical conditions favoring a particular day with heavy rainfall over others is of both scientific and practical interest.

In this work, we consider the rainy periods of December 1997 to April 1998 and March to April 2002, corresponding to very strong and weak to moderate El Niño conditions, respectively, and search for systematic differences in the atmospheric circulation that may account for the day-to-day variability of rainfall in Piura. Composites of vertical profiles of winds measured by wind profiling radars in Piura, as well as composites of NCEP/NCAR Reanalysis wind fields, suggest that rainy days are associated with an enhanced onshore westerly low-level flow, which may help the triggering of convection by orographic lifting over the western slope of the Andes.

Synoptic control was evident in the rainfall record for 1997-1998 but was not as clear in that of 2002. However, in both periods of study the low-level flow over Piura, which we found to be important for the triggering of rainfall, was modulated by tropical synoptic scale disturbances. The structures of the composited wind differences suggest that they may be related to equatorially trapped tropospheric waves, particularly Kelvin and n=1 Rossby waves.

Resumen

La región del Bajo Piura, en el noroeste del Perú, fuertemente impactada por el fenómeno El Niño. Aunque su clima es árido, se pueden experimentar fuertes lluvias asociadas a temperaturas de la superficie del mar anormalmente altas asociadas a El Niño. Esta lluvia, sin embargo, tiende a ocurrir en eventos discretos e intensos y el entender las condiciones físicas que favorecen a un d&iaacute;a sobre otro con fuertes lluvias es de interés tanto científico como práctico.

En este trabajo se consideraron los periodos lluviosos de diciembre 1997 a abril 1998 y marzo a abril 2002, que corresponden, respectivamente, a condiciones El Niño muy fuertes y débil a moderado y evaluamos la existencia de diferencias sistemáticas en la circulación atmosférica que permitan explicar la variabilidad de día a día en las precipitaciones. Se promediaron perfiles verticales de vientos obtenidos por radares perfiladores, así como datos de vientos del Reanálisis de NCEP/NCAR, para días lluviosos y secos y estos sugieren que los días lluviosos están asociados a una intensificación en el flujo en niveles bajos hacia el este, la cual ayudaría a detonar la convecció mediante el levantamiento del aire húmedo sobre las laderas occidentales de los Andes.

El control por parte de perturbaciones de escala sinóptica es evidente en el registro de lluvias durante 1997-98, pero no es tan claro en el del 2002. Sin embargo, en ambos periodos de estudio se encontró que el flujo zonal en niveles bajos, que como se mencionó es importante para disparar la lluvia, estuvo modulado por sistemas tropicales de escala sinóptica. La estructura de la circulación asociada a estas sugiere que pueden estar relacionadas a ondas troposféricas confinadas ecuatorialmente, particularmente a ondas de Kelvin y Rossby (n=1).



June, 2004.