Centro de Investigaciones Geofísicas

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A method for prediction of California air surface temperature
(EOS, Transactions, American Geophysical Union, 2004) Alfaro, E; Gershunov, A; Cayan, D; Steinemann, A; Pierce, D; Barnett, T
Ajuste de un modelo VAR como predictor de los campos de anomalías de precipitación en Centroamérica
(Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones, 2001) Alfaro, E; Soley, F
Con el fin de identificar en la región las estaciones pluviométricas con curvas de anomalías similares entre sí, 15 puntos de precipitación de la región fueron sometidos a un proceso de agrupación identificándose cinco conglomerados. Posteriormente se ajustó un modelo Vectorial Autorregresivo VAR, con el objetivo de cuantificar la interacción océano-atmósfera entre distintos índices oceanográficos en el Pacífico y Atlántico Tropical y los regímenes de precipitación en Centroamérica, representados por las primeras funciones ortogonales empíricas de los distintos conglomerados. Este modelo mostró que la principal influencia sobre la región la ejerce el Atlántico Tropical Norte con correlaciones positivas. Por su parte los índices del Atlántico Tropical Sur y del Niño 3 no mostraron una influencia significativa sobre el istmo. Se concluye que al ajustar un modelo estacionario, las anomalías de la temperatura superficial del mar en el Atlántico Tropical Norte influyen más fuertemente sobre la precipitación que aquellas del Niño 3 o del Atlántico Tropical Sur influyendo sobre el grado de formación de la Vaguada Tropical Troposférica Alta.
Ajuste de un modelo VARMA para los campos de anomalías de precipitación en Centroamérica y los índices de los océanos Pacífico y Atlántico Tropical
(Atmósfera, 1999) Alfaro, E; Cid, L
Diversos estudios han mostrado que condiciones anómalas de la temperatura superficial del mar (ATSM) de los océanos Pacífico y Atlántico Tropical, afectan la intensidad y duración de la estación lluviosa sobre Centroamérica. Con el fin de identificar en la región las estaciones pluviométricas con curvas de anomalías similares entre sí, 72 estaciones de precipitación de la región fueron sometidas a un proceso de agrupación, identificándose cinco conglomerados. Posteriormente se ajustó un modelo Vectorial Autorregresivo-Medias Móviles (VARMA), con el objetivo de cuantificar la interacción océano atmósfera entre distintos índices oceanográficos en el Pacífico y Atlántico Tropical y los regímenes de precipitación en Centroamérica, representados por las primeras EOF´S de los distintos conglomerados. Este modelo mostró que la principal influencia sobre la región la ejerce el Atlántico Tropical Norte (ATN) con correlaciones positivas. Por su parte, el índice Niño 3 mostró una influencia más débil, con correlaciones negativas sobre aquellas regiones situadas principalmente en la Vertiente Pacífica de Centroamérica. Se concluye que as TASM en el Atlántico Tropical Norte influyen más fuertemente sobre la precipitación que aquellas del Pacífico Tropical este. El primero influye sobre el grado de formación de la Vaguada Tropical troposférica Alta (VTTA) y el segundo sobre la posición de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT).
Algoritmos de Control de Calidad para Detección de Secuencias Atípicas de Contactos en Pluviómetros de Balancín
(Tecnología en Marcha, 2009) Araya, J; Alfaro, E
Se prueban diversos Algoritmos de Control de Calidad de Datos (ACCD) para precipitación, con el fin de sugerir metodologías alternativas para detección de posibles valores atípicos generados por pluviómetros de balancín en condiciones operativas. Tres diferentes ACCD fueron probados, uno de ellos para la detección de tiempos entre contactos atípicos y otros dos basados en la detección de secuencias de tiempos entre contactos. Las diversas pruebas que fueron llevadas a cabo muestran que estas pruebas pueden ser útiles en la detección de tiempos entre contactos atípicos y obstrucciones parciales, detectando situaciones de obstrucción en el 70% de los casos. Los resultados obtenidos en condiciones controladas señalan que es posible utilizar estos algoritmos en tiempo real en forma conjunta, como una forma de aumentar la posibilidad de detección de valores sospechosos.
Algunas características de la estratosfera sobre Mesoamérica
(Tópicos Meteorológicos y Oceanográficos, 2001) Alfaro, E; Amador, J
Statistical values of the Quasi Biennial Oscillation (QBO) were estimated in four latitudinal bands over Meso-America, using the wind and temperature variables of 94 aerological stations from the Comprenhensive Aerological Reference Data Set (CARDS). The period used spans from 01/1958 to 12/1991 and the bands were: 1º S-10º N, 11º - 17º N, 18º - 26º N and 27º - 33º N. The pressure levels utilized in this study are 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20, 10 and 5 hPa. For the zonal wind, the signal with the highest power was found in the 20 hPa level for the most equatorial band. It was observed a decrease of this signal from that layer to higher and lower levels and to higher latitudes. The signal found in the same band, for the temperature variable, was a maximum near the 30 hPa level, but it is not as well marked when compared to that of the zonal wind. The meridional wind variable did not show any signal of importance in this frequency range. Finally, a QBO signal was found in the Total Ozone for the most mid latitude band.
Algunas características de las corrientes marinas en Golfo de Nicoya
(Revista de Biología Tropical, 2004) Lizano, O; Alfaro, E
The spatial and vertical structure of the water currents and its relationship with the tidal cycles were studied using current meters in the Gulf of Nicoya. In the upper gulf, the vertical marine current differences increase as the depth increases. The water column at the station near Chira Island (upper gulf) shows the smaller changes in currents and in temperature. The flow at the station between San Lucas Island and Puntarenas (middle gulf) is the most stratified in this region. Currents with magnitudes over 100 cm/seg were measured during spring tides. Changes in the lags of the surface and bottom tidal flows were measured on the order of 100 minutes. In general, in this upper region the flows are toward the head of the gulf when the tide is flooding and toward the mouth when the tide is ebbing. In the lower gulf the circulation is more complex. Along an axis between Tárcoles and Negritos Islands, changes of velocity vectors are identified between surface and bottom. The current rotates in a different way in the water column in this region and their patterns cannot be explained only by the tidal cycles predicted for Puntarenas. These results demonstrate that the spatial and vertical variation of the marine currents of the Gulf of Nicoya is not only related to the thermohaline structure, but also to the tidal cycles and tide ranges that take place in this estuary.
Algunas relaciones entre las zonas de surgencia del Pacífico Centroamericano y los Océanos Pacífico y Atlántico Tropical
(Revista de Biología Tropical, 2001) Alfaro, E; Lizano, O
In order to explore the influence of the surrounding tropical oceans on the Central American Pacific coast, a Transfer Function Model was fixed to Sea Surface Temperature Anomalies (SSTA) of the Gulf of Tehuantepec, Papagayo, Panama and Quepos time series. As independent variables the following were used: Niño 3.4, Tropical North and South Atlantic indices. These models show that Niño 3.4 has the most important influence over the region when compared with the influence of the other indices, having positive correlation with all the SSTA series. It shows an influence of this index on the relative termocline’s depth in front of the Central American Pacific Coast.
Algunos aspectos relacionados con la Variabilidad Climática en la Isla del Coco, Costa Rica
(Revista de Climatologia, 2009) Quiros Badilla, E; Alfaro, E
Se recolectaron y analizaron los registros meteorológicos de las estaciones que han funcionado recientemente en la Isla del Coco (1979-2005), Costa Rica, localiza en el Pacífico Tropical Oriental. Dichos registros se compararon con series de tiempo de los puntos de rejilla más cercanos a la isla de diferentes bases de datos de precipitación y de temperatura elaborados con datos compilados de estaciones medidoras en superficie, estimados de percepción remota y de modelos numéricos. Se encontró que durante enero, febrero y marzo, se dan las más bajas precipitaciones y que una intensa estación lluviosa tiene lugar de abril a diciembre, dentro de la cual se logra apreciar un mínimo relativo en julio y agosto. También se observó que de enero a marzo las temperaturas son mayores, y relativamente menores de junio a diciembre. Los resultados encontrados muestran que eventos cálidos (fríos) del ENOS se relacionan con temporadas de lluvias o temperaturas superficiales por arriba (bajo) de lo normal en la Isla del Coco. Estas relaciones pueden ser útiles en predicción climática ya que el evento asociado al ENOS antecede a la precipitación o la temperatura.
Análisis de las anomalías en el inicio y el término de la estación lluviosa en Centroamérica y su relación con los océanos Pacífico y Atlántico Tropical
(Tópicos Meteorológicos y Oceanográficos, 1999) Alfaro, E; Cid, L
It is estimated the star, end and duration of the rainy season for 37 gauge stations located mainly on the Pacific Slope in Central America. The relation of these aspects with the sea surface temperature of the Tropical North and South Atlantic and Tropical Eastern Pacific was studied by means of a cross correlation and an anomalies analysis. The star of the rainy season was influenced mainly by the Tropical North Atlantic with early (late) starts related with warm (cold) conditions in this index. The Tropical Eastern Pacific was related mainly with the end of the rainy season with early (late) ends related with warm (cold) conditions in this oceanic zone. Finally, the Tropical North Atlantic was the main influence on the duration of the rainy season. It was observed a longer (shorter) period of rains related with warm (cold) conditions on this index.
Aplicación de análisis multivariado al campo de anomalías de precipitación en Centroamérica
(Tópicos Meteorológicos y Oceanográficos, 1999) Soley, F; Alfaro, E
Because climate signals have components in different time and space scales it is difficult to identify the causes of climate variability when only one or a few stations are analyzed. Multivariate analysis of one or several variables of stations with an adequate geographical distribution helps to identify the possible causes of variability, to separate in certain cases different time scales, and in quantifying the influence of those causes at different geographical points. Multivariate methods, such as principal components analysis, singular value decomposition and canonical correlation analysis were first applied to meteorological fields in the 1950’s and 1960’s. In the last ten years they have proved to be a valuable tool in the study of climate variability and their use has increased considerably. Vector Auto Regressive-Moving Average models are more recent and besides identifying the causes of variability they are also useful in forecasting. In this paper, we present the principles on which these methods are based and they are applied to the precipitation anomalies’ field in Central America. The results are interpreted within a discussion of the advantages and limitations of the different methods.
Atmospheric forcing in the Eastern Tropical Pacific: A review
(Progress in Oceanography, 2006) Amador, J; Alfaro, E; Lizano, O; Magaña, V
The increase in marine, land surface, atmospheric and satellite data during recent decades has led to an improved understanding of the air–sea interaction processes in the eastern tropical Pacific. This is also thanks to extensive diagnoses from conceptual and coupled ocean–atmosphere numerical models. In this paper, mean fields of atmospheric variables, such as incoming solar radiation, sea level pressure, winds, wind stress curl, precipitation, evaporation, and surface energy fluxes, are derived from global atmospheric data sets in order to examine the dominant features of the low level atmospheric circulations of the region. The seasonal march of the atmospheric circulations is presented to depict the role of radiative forcing on atmospheric perturbations, especially those dominating the atmosphere at low levels. In the tropics, the trade winds constitute an important north–south energy and moisture exchange mechanism (as part of the low level branch of the Hadley circulation), that determines to a large extent the precipitation distribution in the region, i.e., that associated with the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ). Monsoonal circulations also play an important role in determining the warm season precipitation distribution over the eastern tropical Pacific through a large variety of air–sea–land interaction mechanisms. Westward traveling waves, tropical cyclones, low latitude cold air intrusions, and other synoptic and mesoscale perturbations associated with the ITCZ are also important elements that modulate the annual rainfall cycle. The low-level jets of the Gulf of California, the Intra-Americas Sea (Gulf of Mexico and Caribbean Sea) and Choco´, Colombia are prominent features of the eastern tropical Pacific low-level circulations related to sub-regional and regional scale precipitation patterns. Observations show that the Intra-Americas Low-Level Jet intensity varies with El Niño/Southern Oscillation (ENSO) phases, however its origin and role in the westward propagation and development of disturbances that may hit the eastern tropical Pacific, such as easterly waves and tropical cyclones, are still unclear. Changes in the intensity of the trade winds in the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico (associated with eastern tropical Pacific wind jets) exert an important control on precipitation by means of wind–topography interactions. Gaps in the mountains of southern Mexico and Central America allow strong wind jets to pass over the continent imprinting a unique signal in sea surface temperatures and ocean dynamics of the eastern tropical Pacific. The warm pools of the Americas constitute an important source of moisture for the North American Monsoon System. The northeastern tropical Pacific is a region of intense cyclogenetic activity, just west of the coast of Mesoamerica. Over the oceanic regions, large-scale properties of key variables such as precipitation, moisture, surface energy fluxes and wind stress curl are still uncertain, which inhibits a more comprehensive view of the region and stresses the importance of regional field experiments. Progress has been substantial in the understanding of the ocean and atmospheric dynamics of the eastern tropical Pacific, however, recent observational evidence such as that of a shallow meridional circulation cell in that region, in contrast to the classic concept of the Hadley-type deep meridional circulation, suggests that more in situ observations to validate theories are still necessary. This paper is part of a comprehensive review of the oceanography of the eastern tropical Pacific Ocean.
Central America [State of the Climate in 2008]
(Bulletin of the American Meteorological Society, 2009) Amador, J; Alfaro, E; Rivera, E; Calderon, B
Ciclo diario y anual de variables troposféricas y oceánicas en la Isla del Coco, Costa Rica
(Revista de Biología Tropical, 2008) Alfaro, E
Meteorological records from gauge stations at Isla del Coco (Cocos Island), Costa Rica, were analyzed. These data are from an automatic weather station and from two pluviograph stations, covering the period 1997-2005. Time series from other historical records and from the nearest island grid point from different public geophysical data sets were also used. The focus was on rainfall, wind, radiation, relative humidity, and air and sea tempera ture series. Daily and annual cycles were calculated for all the records with hourly resolution and their intra seasonal features were studied, such as maxima values, minima values and transitional periods. Comparisons were done between the stations records and the grid (with broader spatial resolution data). In general, seasonal variations at Isla del Coco were observed to be mainly associated with the meridian migration of the Inter Tropical Convergence Zone; the island is under its direct influence from boreal spring to autumn.
Composición de sedimentos en las Zonas Costeras de Costa Rica utilizando Fluorescencia de Rayos-X (FRX)
(Revista de Biología Tropical, 2004) Salazar, A; Lizano, O; Alfaro, E
Using an energy dispersive X-Ray fluorescence analysis, simultaneous evaluation of K, Ca, Ti, Cr, Mn, Ge, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Sr and Pb in 74 marine sediment samples from the Costa Rica intertidal zones was conducted. Samples were collected between June 1999 and December 2001, from Caribbean and Pacific beaches of Costa Rica. Calcium and iron showed the highest abundances and are indicators of the natural origin of the sediments. Calcium is associated with biogenic processes such as coral reefs near the sampling sites and iron indicates a terrigenous origin. In general, the beaches of the Caribbean and North Pacific regions showed the greatest concentration of calcium. This is indicative of the abundant reef structures near these beaches. The beaches of the Central and South Pacific show the greatest iron concentrations, indicating an important lithosphere contribution and/or little contribution of calcium carbonate due to the poor development of coralline structures near the sampling sites. Finally, the analyses did not show evidence of elements associated with anthropogenic pollution. Only a northern section of Puerto Viejo beach showed high concentrations of lead, zinc and titanium, perhaps associated with hydrothermal sources.
Descripción de dos métodos de rellenado de datos ausentes en series de tiempo meteorológicas
(Revista de Matemáticas: Teoría y Aplicaciones, 2009) Alfaro, E; Soley, F.J
Se presentan dos metodologías para el rellenado de datos ausentes, enfocadas hacia su uso en series de tiempo geofísicas. La primera se basa en la descomposición en componentes principales de la matriz de correlación de datos de una misma variable entre estaciones cercanas y en periodos de tiempo comunes. Este método multivariable permite incorporar en los valores rellenados los fenómenos de mayor escala a partir de la información de las estaciones cercanas. El segundo método es para ser utilizado cuando no hay estaciones cercanas y el rellenado se debe hacer con la información de la misma estación. Consiste en ajustar un modelo autoregresivo a la serie de tiempo y utilizar ese modelo como estimador de los datos ausentes. Se evaluaron dos algoritmos para calcular los coeficientes autoregresivos: el estimador de Burg y el propuesto por Ulrych y Clayton. El primero es apropiado para procesos estocásticos y el segundo para series determinísticas. Las dos metodologías descritos en este trabajo son recursivas: se hace una primera estimación a los datos ausentes corriendo el algoritmo ignorando los datos ausentes si es posible ó aproximándolos de forma grosera. El algoritmo se continúa ejecutando con los nuevos valores sustituyendo los valores estimados en la corrida anterior. La ejecución termina cuando la diferencia máxima de los valores estimados entre dos corridas sucesivas es menor que un valor fijado de antemano por el usuario. Los datos rellenados conservan la media y la desviación estándar original de la serie de tiempo. Estos algoritmos se adaptaron y modificaron, por medio del uso de Interfaces Gráficas con el usuario, para su uso en SCILAB, que es una plataforma similar a MATLAB pero de fuente abierta y que corre indistintamente en Windows y Linux. Ellos fueron elaborados como una actividad de extensión de la Universidad de Costa Rica.
Distribución espacial de radionucleídos en sedimentos marinos de Bahía Culebra y el Golfo de Nicoya, Pacífico, Costa Rica
(Revista de Biología Tropical, 2008) Lizano, O.G; Loría, L; Alfaro, E; Badilla, M
Ten natural and artificial radionuclides (K40, Cs137, Bi212, Pb212, Bi214, Pb214, Ra226, Ac228, Pa234, U235) in marine sediments were studied in Culebra Bay and the Gulf of Nicoya, both on the Pacific coast of Costa Rica. A freshwater marsh and an offshore island (Coco Island) were used as reference sites. The concentration of radioactive elements from the time of Earth’s formation diminishes in older continental blocks. Higher concentrations are expected in the offshore island, as found in this study. The range of values of these elements are considered normal according to global reports. Some of them, like Potassium 40, seem to have an anthropogenic contribution in the Gulf of Nicoya, possibly related to the activities developed in the adjacent hydrographic basins. In all sampled sites, the artificial element Cesium-137 has been detected within normal ranges and values are very similar to those measured in the coast and in the interior of Costa Rica in previous studies.
El Niño-Oscilación del Sur y algunas series de temperatura máxima y brillo solar en Costa Rica
(Tópicos Meteorológicos y Oceanográficos, 1996) Alfaro, E; Amador, J
Some characteristics of "El Niño-Southern Oscillation" (ENSO) and their possible relationship with the space and time distribution of anomalies of monthly values of maximum temperature and sunshine hours are analyzed for some selected regions in Costa Rica. Time series are firstly deseasonalized, then smoothed in order to decrease the contribution of less than a year period components. To carry out the study moving average techniques and Fourier analysis are used. Time series showed anomalies in the range of 0.5° to 1°C, that could be associated with ENSO events. The sunshine hours series presented some consistency with the results of maximum temperature, however, its behavior is more difficult to be interpreted. Almost all the maximum temperature series showed a positive trend in the order of 0.5°C during the last two decades consistent with the ides of a regional warming.
Escenarios climáticos para temporadas con alto y bajo número de huracanes en el Atlántico
(Revista de Climatología, 2007) Alfaro, E
Se estudio la relación entre la variación de la actividad anual de los ciclones tropicales en el Atlántico y las variaciones decadales e interanuales de la Temperatura Superficial del Mar (TSM). Utilizando el análisis de tabla de contingencia se asignaron las probabilidades condicionales para los escenarios bajo, dentro y arriba de lo normal en la actividad anual de los ciclones tropicales dado un escenario bajo, dentro y arriba de lo normal en distintos índices de TSM para el periodo 1944-2004 (61 años). La actividad anual de los ciclones se estudió en función de la comparación normalizada de la TSM en el Atlántico y el Pacífico tropical. Se observó que años con pocos huracanes estaban acompañados de condiciones más frías (cálidas) que el promedio en el Atlántico Tropical Norte (Pacífico Ecuatorial del Este), una mayor cortante vertical del viento en el Atlántico Tropical Norte pero menor en el Pacífico Ecuatorial del Este cerca de Centroamérica y una presión media a nivel del mar mayor (menor) en el Atlántico Tropical Norte (Pacífico Ecuatorial del Este). Años con una alta actividad de huracanes mostraron, en términos generales, patrones opuestos en el campo de las anomalías a los descritos anteriormente para las regiones estudiadas.
Eventos Cálidos y Fríos en el Atlántico Tropical Norte
(Atmósfera, 2000) Alfaro, E
Se cuantifican los eventos cálidos y fríos en la región del Atlántico Tropical Norte, definida entre los 6-22° N y los 15-80° W, por medio del uso de los índices normalizados de temperatura superficial del mar (TSM). Se definió como evento cálido (frío) a aquel período de tiempo en el cual el índice de TSM, suavizado con un promedio móvil de cinco meses, permanece por encima (abajo) del cuarto (segundo) quintil por seis o más meses. La ocurrencia de eventos se mostró como aperiódica y con duraciones de gran variabilidad. Del período total de estudio, los eventos fríos ocuparon en promedio un 17% y los cálidos un 15.5%. En general, se notó que el primer semestre del año coincide con la mayoría de los comienzos tanto de eventos fríos como cálidos y que el segundo semestre coincide con la mayoría de los finales de eventos fríos y cálidos.
Eventos Cálidos y Fríos en el Atlántico Tropical Sur
(Tópicos Meteorológicos y Oceanográficos, 1999) Alfaro, E; Soley, F
Por medio del uso de índices normalizados de temperatura superficial del mar (TSM), se cuantifican los eventos cálidos y fríos en la región del Atlántico Tropical Sur, definida entre los 2° N - 22° S y los 35° W - 15° E, la cual influye sobre el régimen de precipitación de la Vertiente Caribe de Costa Rica. Se definió como evento cálido (frío) a aquel período de tiempo en el cual el índice de TSM, suavizado con un promedio móvil de cinco meses, permanece por encima (abajo) del cuarto (segundo) quintil por seis o más meses. Al igual que en la región del Atlántico Tropical Norte, la ocurrencia de eventos se mostró como aperiódica y con duraciones de gran variabilidad. Del período total de estudio, los eventos fríos ocuparon en promedio un 37% y los cálidos un 15%. En general, no se notó una fecha preferencial ni para el comienzo ni para el término de eventos cálidos y fríos.

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