Publicación: INDO-PACIFIC AND TROPICAL ATLANTIC EOF MODES: CONTRIBUTIONS TO THE ANALYSES OF CLOUD COVER CONDITIONS IN THE LOS NEVADOS NATURAL PARK (FUNCIONES ORTOGONALES EMPÍRICAS (EOF) APLICADAS A LAS CUENCAS OCEÁNICAS TROPICALES INDO-PACÍFICA Y ATLÁNTICA: CONTRIBU
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Colombian paramos are experiencing an increase in their climatic stress. One of the key factors behind is the change in cloud cover conditions, which are dependent on both regional and local processes. This work aims to explore the degree of association between the year-to-year variability of sea surface temperatures (SSTs) observed in the tropical Indo-Pacific and Atlantic oceans, and the year-to-year changes in regional cloud cover conditions prevailing over the Colombian Central Cordillera, but focusing on the satellite grid pixel where Ruiz-Tolima Volcanic Massif, the Los Nevados Natural Park and their surroundings are located. Analyzed records include mean monthly SSTs observed in the El Niño 3.4 region of the equatorial Pacific, SST anomalies observed in the tropical Indo-Pacific and Atlantic basins, as well as all-type cloud cover and top pressure data observed over the northern Andes. Even though data of four “dry” months are processed, discussion focuses on January conditions when highaltitude environments of the Colombian Central Cordillera are exposed to sunshine maxima. Empirical orthogonal function (EOF)/principal component (PC) analyses are conducted to identify the major modes of variability in SSTs, such as the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). The first EOF modes of January SST anomalies observed in the 30°S to 30°N and 15°S to 15°N Indo-Pacific regions represent, in particular, the mature phase of ENSO, and account for 30.7 % and 44.3 %, respectively, of the spatio-temporal variability of January SST anomalies. The first EOF mode of January SST anomalies observed in the 19°S to 29°N tropical Atlantic accounts for 32.0 % of the spatio-temporal variability of SST anomalies in this ocean region, and depicts the equatorial monopole structure. Simple correlation analyses are then conducted to explore linkages between the El Niño 3.4 SST anomalies, the Pacific ENSO mode, the Atlantic equatorial monopole structure, and the cloud cover conditions prevailing over the northern Andes; 59 % of the variance of January cloud cover conditions over the selected-high-altitude region is explained by the El Niño 3.4 SST anomalies; 72 % and 71 % are explained by the first PCs (PC1s) of January SST anomalies observed in the 30°S-to-30°N and 15°S-to-15°N belts of the Indo-Pacific region, respectively; finally, 28 % is explained by the PC1 of January SST anomalies observed in the 19°S to 29°N tropical Atlantic region. The PC1 of January SST anomalies in the 30°S-to-30°N belt of the Indo-Pacific region exhibits a statistically significant trend over the period 1942-2007 that shows more El Niño-like conditions during the last 28 years of the observational period. It also exhibits a statistically significant change in the mean that coincides with the regime shift that occurred in the tropical Pacific around 1976. Analyses suggest that there is likely to be a decrease in the January net cloud cover in the area of Ruiz-Tolima Volcanic Massif and its surroundings over the next 50 years. A decrease in all-type cloud amount of 6.8 %, relative to the period 1984-2001, is likely to happen by 2050 under “normal” conditions. A strong El Niño event would reduce this mean monthly cloud amount from an expected value of 68.7 % to an average value of 59.6 %. Predicted changes in cloud cover will probably worsen the current critical climatic conditions faced by Colombian high-altitude environments.Resumen: Los páramos colombianos están experimentando un aumento en su estrés climático. Uno de los factores clave detrás de esto es el cambio en las condiciones de cobertura de nubes, que dependen de procesos regionales y locales. Este trabajo busca explorar el grado de asociación entre la variabilidad año a año de las temperaturas superficiales del mar (TSM) observadas en las zonas tropicales de los océanos Índico-Pacífico y Atlántico y los cambios de año a año en las condiciones de cobertura regional de nubes imperantes en la cordillera Central de Colombia, pero enfocándose en el píxel de la retícula satelital donde se encuentran el macizo volcánico Ruiz-Tolima, el Parque Nacional Natural Los Nevados y sus alrededores. Los registros analizados incluyen valores promedio mensuales de TSM observados en la región Niño 3.4 del Pacífico ecuatorial, anomalías de las TSM observadas en las cuencas tropicales del Índico-Pacífico y el Atlántico, así como la cobertura de nubes de todo tipo y la presión atmosférica en su capa alta observadas sobre los Andes septentrionales. Aunque se procesan los datos de cuatro meses “secos”, la discusión se centra en las condiciones de enero, cuando las zonas de alta montaña de la cordillera Central de Colombia están expuestas a máximos de brillo solar. Los análisis de funciones ortogonales empíricas (EOF) / componentes principales (PC) se llevan a cabo para identificar los principales modos de variabilidad de las TSM, tales como El Niño-Oscilación del Sur (ENOS). Los primeros modos de EOF en las anomalías de las TSM observadas en enero en las regiones 30°S a 30°N y 15°S a 15°N del Índico-Pacífico representan, en particular, la fase madura del ENOS y explican el 30,7 % y 44,3 %, respectivamente, de la variabilidad espacio-temporal de las anomalías de las TSM en enero. El primer modo de EOF de anomalías de las TSM observadas en enero en las latitudes 19°S a 29°N del Atlántico tropical explica el 32,0 % de la variabilidad espacio-temporal de las anomalías de las TSM en esta región oceánica y representa la estructura monopolar ecuatorial. Los análisis de correlación simple se llevan a cabo después para explorar los vínculos entre las anomalías de las TSM en Niño 3.4, el modo ENOS del Pacífico, la estructura monopolar ecuatorial del Atlántico y las condiciones de cobertura de nubes imperantes en los Andes septentrionales; 59 % de la variación de las condiciones de cobertura de nubes en el mes de enero sobre la zona de alta montaña seleccionada se explica por las anomalías de las TSM en la región Niño 3.4; 72 % y 71 % de esa variabilidad se explican por las primeras PC (PC1) de las anomalías de las TSM observadas en enero en los cinturones 30°S a 30°N y 15°S a 15°N de la región Índico-Pacífica, respectivamente; por último, el 28 % deesa variabilidad se explica por la PC1 de las anomalías de las TSM observadas en enero en la región 19°S a 29°N del Atlántico tropical. La PC1 de las anomalías de las TSM observadas en enero en el cinturón 30°S a 30°N de la región del Índico-Pacífico exhibe una tendencia estadísticamente significativa durante el período 1942-2007 que muestra más condiciones del tipo El Niño durante los últimos 28 años del período de observación. Ella también muestra un cambio estadísticamente significativo en la media, que coincide con el cambio de régimen ocurrido en el Pacífico tropical hacia 1976. Los análisis sugieren que es probable que haya una disminución de la cobertura neta de nubes en enero en la zona del macizo volcánico Ruiz-Tolima y sus alrededores durante los próximos 50 años. Una disminución en la cantidad de nubes de todo tipo del 6,8 %, relativa al período 1984-2001, es probable que ocurra alrededor del 2050 bajo condiciones “normales”. Un evento fuerte de El Niño puede reducir esta cantidad media mensual de nubes desde un valor esperado de 68,7 % hasta un valor promedio de 59,6 %. Los cambios previstos en la cobertura de nubes tal vez empeorarán las actuales condiciones climáticas críticas que enfrentan los ecosistemas de alta montaña colombianos.
Resumen en inglés
Colombian paramos are experiencing an increase in their climatic stress. One of the key factors behind is the change in cloud cover conditions, which are dependent on both regional and local processes. This work aims to explore the degree of association between the year-to-year variability of sea surface temperatures (SSTs) observed in the tropical Indo-Pacific and Atlantic oceans, and the year-to-year changes in regional cloud cover conditions prevailing over the Colombian Central Cordillera, but focusing on the satellite grid pixel where Ruiz-Tolima Volcanic Massif, the Los Nevados Natural Park and their surroundings are located. Analyzed records include mean monthly SSTs observed in the El Niño 3.4 region of the equatorial Pacific, SST anomalies observed in the tropical Indo-Pacific and Atlantic basins, as well as all-type cloud cover and top pressure data observed over the northern Andes. Even though data of four “dry” months are processed, discussion focuses on January conditions when highaltitude environments of the Colombian Central Cordillera are exposed to sunshine maxima. Empirical orthogonal function (EOF)/principal component (PC) analyses are conducted to identify the major modes of variability in SSTs, such as the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). The first EOF modes of January SST anomalies observed in the 30°S to 30°N and 15°S to 15°N Indo-Pacific regions represent, in particular, the mature phase of ENSO, and account for 30.7 % and 44.3 %, respectively, of the spatio-temporal variability of January SST anomalies. The first EOF mode of January SST anomalies observed in the 19°S to 29°N tropical Atlantic accounts for 32.0 % of the spatio-temporal variability of SST anomalies in this ocean region, and depicts the equatorial monopole structure. Simple correlation analyses are then conducted to explore linkages between the El Niño 3.4 SST anomalies, the Pacific ENSO mode, the Atlantic equatorial monopole structure, and the cloud cover conditions prevailing over the northern Andes; 59 % of the variance of January cloud cover conditions over the selected-high-altitude region is explained by the El Niño 3.4 SST anomalies; 72 % and 71 % are explained by the first PCs (PC1s) of January SST anomalies observed in the 30°S-to-30°N and 15°S-to-15°N belts of the Indo-Pacific region, respectively; finally, 28 % is explained by the PC1 of January SST anomalies observed in the 19°S to 29°N tropical Atlantic region. The PC1 of January SST anomalies in the 30°S-to-30°N belt of the Indo-Pacific region exhibits a statistically significant trend over the period 1942-2007 that shows more El Niño-like conditions during the last 28 years of the observational period. It also exhibits a statistically significant change in the mean that coincides with the regime shift that occurred in the tropical Pacific around 1976. Analyses suggest that there is likely to be a decrease in the January net cloud cover in the area of Ruiz-Tolima Volcanic Massif and its surroundings over the next 50 years. A decrease in all-type cloud amount of 6.8 %, relative to the period 1984-2001, is likely to happen by 2050 under “normal” conditions. A strong El Niño event would reduce this mean monthly cloud amount from an expected value of 68.7 % to an average value of 59.6 %. Predicted changes in cloud cover will probably worsen the current critical climatic conditions faced by Colombian high-altitude environments.Resumen: Los páramos colombianos están experimentando un aumento en su estrés climático. Uno de los factores clave detrás de esto es el cambio en las condiciones de cobertura de nubes, que dependen de procesos regionales y locales. Este trabajo busca explorar el grado de asociación entre la variabilidad año a año de las temperaturas superficiales del mar (TSM) observadas en las zonas tropicales de los océanos Índico-Pacífico y Atlántico y los cambios de año a año en las condiciones de cobertura regional de nubes imperantes en la cordillera Central de Colombia, pero enfocándose en el píxel de la retícula satelital donde se encuentran el macizo volcánico Ruiz-Tolima, el Parque Nacional Natural Los Nevados y sus alrededores. Los registros analizados incluyen valores promedio mensuales de TSM observados en la región Niño 3.4 del Pacífico ecuatorial, anomalías de las TSM observadas en las cuencas tropicales del Índico-Pacífico y el Atlántico, así como la cobertura de nubes de todo tipo y la presión atmosférica en su capa alta observadas sobre los Andes septentrionales. Aunque se procesan los datos de cuatro meses “secos”, la discusión se centra en las condiciones de enero, cuando las zonas de alta montaña de la cordillera Central de Colombia están expuestas a máximos de brillo solar. Los análisis de funciones ortogonales empíricas (EOF) / componentes principales (PC) se llevan a cabo para identificar los principales modos de variabilidad de las TSM, tales como El Niño-Oscilación del Sur (ENOS). Los primeros modos de EOF en las anomalías de las TSM observadas en enero en las regiones 30°S a 30°N y 15°S a 15°N del Índico-Pacífico representan, en particular, la fase madura del ENOS y explican el 30,7 % y 44,3 %, respectivamente, de la variabilidad espacio-temporal de las anomalías de las TSM en enero. El primer modo de EOF de anomalías de las TSM observadas en enero en las latitudes 19°S a 29°N del Atlántico tropical explica el 32,0 % de la variabilidad espacio-temporal de las anomalías de las TSM en esta región oceánica y representa la estructura monopolar ecuatorial. Los análisis de correlación simple se llevan a cabo después para explorar los vínculos entre las anomalías de las TSM en Niño 3.4, el modo ENOS del Pacífico, la estructura monopolar ecuatorial del Atlántico y las condiciones de cobertura de nubes imperantes en los Andes septentrionales; 59 % de la variación de las condiciones de cobertura de nubes en el mes de enero sobre la zona de alta montaña seleccionada se explica por las anomalías de las TSM en la región Niño 3.4; 72 % y 71 % de esa variabilidad se explican por las primeras PC (PC1) de las anomalías de las TSM observadas en enero en los cinturones 30°S a 30°N y 15°S a 15°N de la región Índico-Pacífica, respectivamente; por último, el 28 % deesa variabilidad se explica por la PC1 de las anomalías de las TSM observadas en enero en la región 19°S a 29°N del Atlántico tropical. La PC1 de las anomalías de las TSM observadas en enero en el cinturón 30°S a 30°N de la región del Índico-Pacífico exhibe una tendencia estadísticamente significativa durante el período 1942-2007 que muestra más condiciones del tipo El Niño durante los últimos 28 años del período de observación. Ella también muestra un cambio estadísticamente significativo en la media, que coincide con el cambio de régimen ocurrido en el Pacífico tropical hacia 1976. Los análisis sugieren que es probable que haya una disminución de la cobertura neta de nubes en enero en la zona del macizo volcánico Ruiz-Tolima y sus alrededores durante los próximos 50 años. Una disminución en la cantidad de nubes de todo tipo del 6,8 %, relativa al período 1984-2001, es probable que ocurra alrededor del 2050 bajo condiciones “normales”. Un evento fuerte de El Niño puede reducir esta cantidad media mensual de nubes desde un valor esperado de 68,7 % hasta un valor promedio de 59,6 %. Los cambios previstos en la cobertura de nubes tal vez empeorarán las actuales condiciones climáticas críticas que enfrentan los ecosistemas de alta montaña colombianos.