Los remolinos de mesoescala son vórtices oceánicos de menos de 100 kilómetros de diámetro que son responsables del «clima» localizado de los océanos. Debido a la gran cantidad de movimiento de masa y energía asociado con estas corrientes, los remolinos de mesoescala desempeñan un papel fundamental en la determinación del clima de la Tierra.
por Investigación Océano-Tierra-Atmósfera (OLAR)
Para comprender mejor la influencia que tienen los remolinos de mesoescala en el sistema climático global, estos grandes vórtices de agua deben representarse en tres dimensiones para modelar cómo el calor y la masa de los remolinos interactúan con otros procesos climáticos a lo largo del tiempo. Para abordar esta cuestión, un grupo de oceanógrafos de la Universidad Oceánica de Qingdao (China) y la Universidad Fudan de Shanghái (China) escribió una revisión en la que se describe cómo modelar mejor los remolinos de mesoescala para predecir mejor los cambios futuros en el clima.
El grupo publicó su revisión en línea el 15 de julio en la revista Ocean-Land-Atmosphere Research .
«La complejidad de las estructuras de los remolinos de mesoescala, incluidas sus estructuras horizontales y verticales, la evolución temporal y las estructuras finas, ha planteado desafíos para captar plenamente su influencia en los procesos relacionados con el clima. Este artículo aborda estos desafíos mediante la revisión del desarrollo de las estructuras de los remolinos de mesoescala, planteando posibles temas y dificultades no resueltas para futuras investigaciones y desarrollos», dijo Zhengguang Zhang, profesor del Laboratorio de Oceanografía Física de la Universidad Oceánica de China en Qingdao, China.
El equipo observó que las estructuras horizontales de los remolinos de mesoescala, debido a su gran tamaño y a su capacidad de ser observadas, se comprenden mucho mejor y se modelan más fácilmente en experimentos de laboratorio y modelos numéricos que las estructuras verticales. Como vórtice oceánico, las estructuras horizontales de los remolinos de mesoescala forman automáticamente una forma circular, muy similar a las galaxias, la Gran Mancha Roja de Júpiter o los huracanes, como un estado de energía mínima.
Este proceso espontáneo, llamado axisimetrización, ocurre cuando un vórtice elíptico gira alrededor de un eje central y pierde filamentos más pequeños para crear un remolino circular horizontal. Pero en el ambiente abarrotado del océano, esta forma circular es solo temporal y a menudo se ve deformada por otros remolinos, cambios en la densidad del agua o la topografía del fondo marino o procesos atmosféricos fuertes, como los huracanes.
Pero los remolinos de mesoescala no existen sólo en dos dimensiones. Modelar la forma 3D de estos vórtices también requiere predecir con precisión el eje vertical, que es mucho más difícil de medir. Los remolinos de mesoescala pueden alcanzar el fondo del océano, lo que representa la mayor parte de la energía cinética del océano. Los movimientos complejos que ocurren en el océano también hacen que un eje perfectamente vertical en un remolino de mesoescala sea muy poco probable, ya que los cambios en la densidad del agua y las corrientes a gran escala pueden inclinar fácilmente el eje vertical.
La vida útil de un remolino consta de tres etapas diferentes: formación, mantenimiento y destrucción, y una mejor caracterización de esta dinámica a lo largo del tiempo puede ayudar a los investigadores a realizar un mejor trabajo de modelado de estas estructuras. Desde el comienzo de un remolino como una inestabilidad oceánica hasta el crecimiento del vórtice a medida que absorbe energía, se intensifica y forma un círculo axisimétrico, la estructura 3D del remolino se ve constantemente influenciada por fuerzas oceánicas y atmosféricas dinámicas que cambian el estado y la forma del vórtice.
Todos estos factores pueden dificultar enormemente a los investigadores la modelización eficaz de los remolinos y su efecto sobre la dinámica energética global. Este trabajo destaca la importancia de incorporar los ejes vertical y horizontal, sus estructuras asociadas y la evolución del vórtice a lo largo del tiempo en un marco unificado.
«A partir de este marco unificado de estructuras de remolinos de mesoescala, [es más fácil] comprender… [los] impactos [de los remolinos] en las cascadas de energía oceánica, el transporte de masa de calor y agua, así como la distribución de nutrientes y clorofila. Posteriormente, los remolinos de mesoescala deberían ubicarse en un marco integrado aún más amplio para comprender su papel en el sistema climático general y los ciclos biogeoquímicos», dijo Zhang.
El equipo de investigación reconoce que se necesita más trabajo para representar con precisión los efectos de los remolinos de mesoescala en los modelos climáticos.
«Las futuras investigaciones se centrarán en perfeccionar los modelos estructurales 3D de los remolinos de mesoescala e integrar estos conocimientos en los modelos climáticos. El objetivo final es mejorar los modelos climáticos predictivos mediante la representación precisa del papel dinámico de los remolinos de mesoescala en el calor global y la circulación de masas, lo que conducirá a proyecciones más fiables del cambio climático», afirmó Zhang.
Más información: Zhengguang Zhang et al, Estructura tridimensional de los remolinos oceánicos de mesoescala, Ocean-Land-Atmosphere Research (2024). DOI: 10.34133/olar.0051
