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Relación entre Concentración de Hielo marino en el Océano Antártico y la señal tropical
Compagnucci Rosa Hilda 1 y Barreira Sandra 2
ABSTRACT
In the present paper the series of Antarctic anomalies of sea ice concentrations (SIC) are analyzed
for the period 1979-2000 between 0º and 120º W, by means of principal components analysis. Nine
homogeneous regions are obtained. The most relevant result is the temporal bipolarity between
Amundsen/Bellingshausen Seas (A/BS) and Weddell Sea (WS) called Antarctic Dipole (AD). Sea
ice edge area in the occidental sector of A/BS presents a relatively opposite behaviour to occidental
sea ice edge area in the WS. Outside the area affected by the AD, the temporal behaviour is very
complex y varies in each sector. The relationship between SIC and El Niño/ La Niña signal in the
Equatorial Pacific is evaluated with correlations charts between SIC patterns and sea surface
temperature (SST) (month lags from –14 to +14). SIC area is the most sensible to ENSO.
Otherwise, the A/BS correlation coefficients are most significant. The WS present no relation
between SIC and SST in the Equatorial Pacific.
RESUMEN
En este trabajo se analizan las series de anomalías de concentración de hielo marino (CHM)
antártico para el período 1979 al 2000 entre 0º y 120º O, mediante análisis de componentes
principales obteniéndose nueve regiones homogéneas. El resultado más relevante es la bipolaridad
temporal existente entre los mares de Amundsen/Bellingshausen (MA/B) y Weddell (MW) llamada
dipolo Antártico (DPA). El área ubicada en el borde de la CHM, en el sector occidental de MA/B,
presenta un comportamiento relativamente opuesto al borde ubicado en el sector occidental del
MW. Fuera del DPA, que se limita sólo a parte del área de ambos mares, el comportamiento
temporal es complejo y varia de acuerdo al sector al que nos remitamos. La relación entre la CHM y
la señal El Niño/ La Niña en el Pacífico ecuatorial, se evalúa mediante campos de correlación
desfasados desde +14 a –14 meses entre las series patrones de CHM y la temperatura superficial del
mar (TSM). La zona del borde de hielo marino es la que resulta más sensible al ENOS. Además, es
en el MA/B, que los coeficientes de correlación resultan relativamente significantes. El MW no
muestra relación entre la CHM y la TSM en el área del Pacífico ecuatorial.
1
UBA, FCEyN, Dpto. de Cs. de la Atmósfera y los Océanos / CONICET [email protected]
Ciudad Universitaria, Pabellón 2, Piso 2, Buenos Aires, Argentina Tel 054-11-4576 3364 (ext 22) FAX (ext 12)
2
Servicio Meteorológico de la Armada
Palabras clave: Hielo marino, Antártida, variabilidad temporal, regiones homogéneas, ENOS.
INTRODUCCION
La variabilidad climática en el continente Antártico y el océano circundante ha sido
relacionada con la variabilidad global y en especial con el fenómeno El Niño-Oscilación Sur
(ENOS) desde los años 70s. Turner (2004) en su trabajo de revisión presenta una amplia gama de
estudios que avalan la teleconexión entre altas latitudes del Hemisferio Sur (HS) y el Pacífico
tropical del sistema atmósfera/océano. Para altas latitudes, el hielo marino resulta relevante por su
implicancia en los procesos radiativos, energéticos y de intercambio de masa. Usualmente las
anomalías de hielo marino son interpretadas como respuesta a las anomalías de la atmósfera y el
océano, en especial las de temperatura. Sin embargo, como las anomalías de hielo marino pueden
perdurar por un tiempo prolongado del orden de meses, ellas potencialmente tienen la facultad de
afectar la circulación atmosférica, al clima y también a las condiciones del océano.
Entre los pioneros, Carleton (1988) encontró relación entre Concentración de Hielo marino
(CHM) en el área norte del Mar de Weddell y el ENOS. Chiu (1983) realizó un estudio preliminar
de variación de hielo marino utilizando registros satelitales y fue de los primeros en encontrar
relación con el Indice de Oscilación (IOS) Sur. Posteriormente, utilizando información satelital, se
realizaron gran número de trabajos, la gran mayoría teniendo en cuenta la extensión de hielo marino
dada por el borde de hielo marino que muestra marcados cambios intermensuales a interanuales
(Harangozo, 1997). Entre los modos dominantes de variabilidad temporal fue identificada por
White y Peterson (1996) la Onda Circumpolar Antártica (OCA) de periodicidad alrededor de 4-5
años. Su propagación hacia el este fue caracterizada por Jacobs y Mitchell (1996) quien observo una
variación coherente con la Temperatura Superficial del Mar (TSM). Gloersen (1995) encuentra la
señal casi-bianual y casi-cuadrienal asociadas con la señal ENOS en las fluctuaciones de hielo
marino en Antártica. Simmonds y Jacka (1995) analizaron en particular el Mar de Ross y de
Weddell encontrando relación con el ENOS sólo en el Océano Índico y aparentemente ninguna
relación en el Océano Atlántico. Yuan y Martison (2000) encuentran periodicidades de 2 y 5 años
en la extensión de hielo marino alrededor de la Antártica y la máxima variación temporal la ubican
entre el Mar de Amundsen/Bellingshausen (A/B) y el Mar de Weddell que muestran variabilidad en
fase opuesta a la que llamaron Dipolo Antártico (DPA). Venegas et. al (2001), encuentra que la
señal del ENOS se manifiesta principalmente en el Pacífico oriental (Mar de A/B).
Recientemente, Liu et al (2004) encuentran que el hielo marino decreció en el Mar de
Bellingshausen y oeste del Mar de Weddell y que el ENOS modula parte de la variabilidad temporal
y otra parte es debida a la Oscilación Antártica (Thompson y Wallace, 2000) que es un modo de
variabilidad de la circulación atmosférica entre latitudes altas y medias del HS.
La identificación y caracterización de los modos dominantes de variabilidad en el hielo
marino alrededor de la Antártica y la determinación de teleconexiones con latitudes medias y bajas
es esencial para entender la variabilidad climática global y sus mecanismos farsantes. Por ello en
este trabajo se realiza un cuidadoso análisis regional de la conexión entre la señal tropical y la
variabilidad temporal de la CHM. Mediante la subdivisión del área con hielo marino en regiones de
relativa homogeneidad para el sector entre el meridiano de Greenwich y 120º O, se realiza el
estudio de teleconectividad para cada una de ellas. Se investiga la influencia que pueda tener la
TSM aún en bajas latitudes sobre la ocurrencia de anomalías de CHM y también la posibilidad de
que determinadas anomalías de CHM puedan relacionarse con la posterior ocurrencia de anomalías
de TSM en el Pacífico ecuatorial. Finalmente, se discuten los resultados en especial para aquellas
áreas que se ven influenciadas por el ENOS así como la retroalimentación que las anomalías de
CHM producen en el ENOS.
DATOS Y METODOLOGÌA
Para evaluar las condiciones de hielo marino se utilizan la base de dato provista por la
NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), en proyección estereográfica polar. La información es
derivada del Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR) y Special Sensor Microwave
/ Imager (SSM/I) usando el algoritmo NASA Team designado para producir series consistentes de
tiempo de Concentración de Hielo marino (CHM) – fracción de área del océano cubierta por hielo
de mar- en un enrejado de 25 x 25 km. para los 22 años comprendidos desde 1979 al 2000.
(Cavalieri, D., C. Parkinson, P. Gloerson, and H.J. Zwally. 1999, updated 2002. Sea Ice
Concentrations from Nimbus-7 SMMR and DMSP SSM/I Passive Microwave Data. Boulder, CO,
USA: National Snow and Ice Data Center. CD-ROM).
Previamente al análisis se obtuvieron las series de anomalías de CHM (ACHM) respecto al
ciclo anual removiendo las medias mensuales de largo término (del período 1979 al 2000). A la
matriz de correlación - entre las 22.000 series de ACHM del área comprendida entre el meridiano
de Greenwich y 120º Oeste - se le aplicó análisis de Componentes Principales rotadas Varimax
(CP), ó Modo-S por corresponder a la correlación entre series temporales en cada punto de enrejado
(ó variables) que permite regionalizar áreas de relativo comportamiento temporal similar. Los
resultados principales de este análisis de CP comprenden tres grupos de datos, las componentes de
puntaje estandarizadas (ó también llamadas componentes principales CPs) que son series
temporales patrones del comportamiento temporal de la ACHM, las componentes de carga que
permiten obtener patrones espaciales los cuales definen las sub regiones de homogeneidad para las
concomitantes CPs y las varianzas explicadas por las CPs. Mayor información sobre la metodología
empleada puede obtenerse en Cattell , 1952 ; Harman, 1968; Richman , 1986 y Compagnucci et. al,
2001 entre otros.
El ACP es tomado sólo como el primer paso exploratorio para obtener las subregiones
homogéneas y las series tipo de ACHM. En un siguiente paso, para obtener patrones temporales
más realísticos, se calcularon las series de composición de los cinco puntos de enrejado en el
entorno de la latitud/longitud de mayor valor absoluto de la componente de carga para una
determinada CP. En lugar de las tradicionales componentes de puntaje, son discutidas estas series
compuestas estandarizadas ó tipos. A su vez, las áreas homogéneas son redefinidas mediante los
campos de correlación para los patrones temporales dados por las series compuestas.
La relación entre la variabilidad temporal de ACHM y las condiciones de Temperatura
Superficial del Mar (TSM) se analiza para cada uno de los patrones temporales mediante
correlaciones desfasadas desde +14 a - 14 meses donde desfasajes positivos/negativos indican
valores de TSM en meses previos/posteriores a los valores de ACHM, utilizando la información de
la NOAA de TSM.
REGIONES HOMOGÉNEAS Y PATRONES TEMPORALES DE VARIABILIDAD DE
ACHM
El análisis de Componentes Principales de ACHM para el sector comprendido entre el
meridiano de Greenwich y 120º Oeste determina que las seis primeras CP que explican alrededor de
31% de la varianza, regionalizan el área en nueve subregiones de relativa homogeneidad en la
variabilidad temporal.
En la figura 1 se muestran las componentes de carga para las primeras seis CPs rotadas
Varimax en orden decreciente de varianza. Los valores de carga mayores a +0.2 están sombreados
en rojo y los inferiores a –0.2 en azul y representan las áreas con series de tiempo similares (ó
inversas) a los patrones temporales dados por las CPs ó componentes de puntaje que no se
muestran. En cambio, se las reemplaza por las composiciones de las series reales para los cinco
puntos en el entorno de los valores de componentes de carga máximos/ mínimos para las áreas
positivas-rojas / negativas-azules que resultan patrones con significado físico más evidente que las
PCs en sí mismas.
Las áreas definidas por las componentes mayormente no muestran superposición y cubren
aproximadamente toda la región bajo estudio, por ello se consideró que las seis CPs retenidas en la
rotación son suficientes para explicar la variabilidad del área.
Las CPs 1º, 3º y 4º representan posibles modos de oscilación entre el Océano Atlántico/Mar
de Weddell y el Océano Pacífico/Mar de Amundsen/Bellingshausen (A/B). La 2º PC corresponde
al centro del Mar de Weddell, la 5ºPC a la parte oriental del Mar de Weddell y la 6º al sector central
y sur de A/B que sería coherente con el sector noroeste del Mar de Weddell. Por lo tanto, estas seis
PCs discriminan un total nueve sub-áreas de relativa homogeneidad en el sector analizado.
a) 1º Componente de carga (8.7 %)
d) 4º Componente de carga (5. 8 %)
b) 2º Componente de carga (7. 4 %)
e) 5º Componente de carga (5. 1 %)
c) 3º Componente de carga (5. 9 %)
f) 6º Componente de carga (4. 4 %)
Figura 1: Análisis de Componentes Principales rotadas Varimax - Componentes de carga de las
primeras seis CPs en orden decreciente de varianza explicada – Valores de componente de carga
positivas en rojo y negativos en azul.
Para el análisis de la variabilidad temporal en cada una de las sub-áreas se presentan como
patrones a las series de composiciones de ACHM estandarizadas y a los campos de correlación
entre dichos patrones y las series del Océano Antártico para cada una de las áreas determinadas
previamente por cada PC. De este modo, además de estipular el grado de homogeneidad y ajustar
las áreas en la región entre el meridiano de Greenwich y 120º Oeste, se establece el grado de
conexión que esta región tiene con el resto de las ACHM para todo el Hemisferio Sur.
Las áreas de correlaciones de las series compuestas, tanto para el centro ubicado en el Mar
de Weddell en 57º 7´ S 45º O (figura 2 panel superior derecho) como el correspondiente al Mar de
A/B en 65º 43´ S 118º 51´ O (figura 2 panel inferior derecho), coinciden con las áreas que tienen
componentes de carga mayores que 0.2 (rojas) y menores que –0.2 (azules) en la figura 1 a) que
determina el alcance espacial del comportamiento de la 1ºPC. La similitud entre los campos de
correlación y las componentes de carga indican por un lado la fidelidad de los resultados de esta CP
al campo físico y por el otro la real existencia de este dipolo de variabilidad de CHM. Dado que los
valores de correlación fuera del sector Greenwich a 120º Oeste no superan en módulo a 0.3, puede
considerarse que este patrón de oscilación se halla restringido sólo al área del Mar de A/B centrado
en 65º S y en la parte exterior del Mar de Weddell centrado en 60º S. La correlación entre las series
de referencia de ambos núcleos del dipolo es de –0.33 indicando débil relación en contra fase. Yuan
y Martinson (2000) llamaron a esta forma característica de anomalías de HM, Dipolo Antártico
(DPA) y encontraron que es el patrón dominante en la variabilidad interanual de la temperatura y
del borde externo de HM para en Océano Antártico.
1º PC : serie compuesta - área positiva
(57º7´S 45º O)
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Ene-79
Ene-80
Ene-81
Ene-82
Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
Ene-87
Ene-88
Ene-89
Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
-0,5
-1
1ºPC : serie compuesta - área negativa
(65º 43´S 118º 51´O )
6
4
2
0
-2
-4
Ene-79
Ene-80
Ene-81
Ene-82
Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
Ene-87
Ene-88
Ene-89
Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
-6
Figura 2: Regionalización dada por la 1º PC. Paneles a la izquierda: Composición de series de
tiempo reales para el área con componente de carga máxima positiva (superior) y mínima negativa
(inferior) en figura 1a, y la tendencia polinomial de quinto orden en rojo. Paneles a la derecha:
campo de correlación con la serie de los correspondientes patrones de anomalías, tanto para los
máximos positivos como los mínimos negativos.
La serie de composiciones, para el centro del DPA ubicado en el borde externo del Mar de
Weddell se presenta en el panel izquierdo superior de la figura 2 (patrón 1p). La tendencia de la
serie de composición es negativa, o sea disminución de CHM. Los máximos y mínimos
corresponden al período primavera-verano, máximos en menor número pero superiores a los
mínimos. Son notorios los máximos de 1980, 1987 y 1995. La serie de composición para el otro
centro del DPA ubicada en el Mar de A/B (patrón 1n, figura 2-panel izquierdo inferior) presenta
mayor variabilidad y la tendencia indicaría un ciclo de casi 10 años y con aumento de CHM en los
últimos años.
Yuan y Martison (2001), relacionan la variabilidad del DPA con el ciclo ENOS. También,
Hao et al. (1990) sugieren que las fases del ENOS son precursoras de la extensión de hielo marino.
Ellos encontraron en el Mar de Weddell correlaciones negativas de extensión de hielo marino con
eventos cálidos en 1-2 años previos y correlaciones positivas 3-4 años previos para anomalías de
TSM en el Pacífico tropical oriental. Por otra parte, Chiu (1983) investigó la posibilidad de que el
ENOS tuviera su origen en la Antártida y encontró asociación significativa entre el Indice de
Oscilación Sur de Marzo-Abril y el hielo marino para el siguiente Julio-Diciembre.
En las figuras 3 y 4 se presentan las correlaciones desfasadas entre la TSM y las series
representativas de ambos centros del DPA, para los meses de mayor correlación con desfasajes
positivos y negativos y para desfasaje nulo.
a) Correlación: desfasaje + 8 meses
b) Correlación: desfasaje + 2 meses
c) Correlación sin desfasaje
Figura 3: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 1p (centro del dipolo en el Mar de
Weddell)
Las correlaciones entre la serie del patrón 1p y la TSM, desfasadas desde + 14 meses a – 14
meses, no presentan valores significativos de correlación (significativos al 95% con test de dos
colas para 22 años, valores mayores en módulo a 0.4). Sin embargo, aquí se muestran los campos
con mayores valores de correlación que corresponden a desfasaje +8 en figura 3 a) a sin desfasaje
en figura 3c). Se observa que la relación con la SST del Pacífico ecuatorial ocurridas en ocho meses
previos a las ACHM es mayor que la que ocurre simultáneamente y es del mismo signo lo que
implica anomalías positivas de TSM en el área niño 3+4 se relacionan con anomalías positivas de
CHM ocurridas ocho meses después en el Mar de Weddell exterior y viceversa. También puede
verse que en meses previos (valores mayores en +2) se observan anomalías positivas de TSM en el
Mar de A/B y negativas al oeste y norte de la península Antártica, configurando un dipolo de
temperatura. Esto indicaría la influencia de la anomalía de TSM en las cercanías del dipolo de
ACHM que relaciona bajas TSM a aumento de hielo y altas TSM a disminución de CHM.
Mientras que el sector exterior del Mar de Weddell tiene valores positivos de ACHM el Mar
de A/B presenta valores negativos de ACHM y viceversa. Este resultado es consistente con las
correlaciones negativas entre el patrón 1n correspondiente al área del Mar de A/B y la TSM en el
Pacífico ecuatorial en la figura 4.
a) Correlación: desfasaje +12 meses
b) Correlación sin desfasaje
c) Correlación: desfasaje -12 meses
Figura 4: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 1 n (centro del dipolo en el Mar A/B)
Las correlaciones entre TSM y ACHM resultan inversas y significativas (inferiores a –0.4)
en el Pacífico ecuatorial para el área niño 3+4 desde el desfasaje +12 a +8 meses. También, se
observa correlación negativa significativa en el Mar de A/B, el máximo ocurre para +4 meses (no se
muestra). El signo de la relación sin desfasaje implica que mientras las ACHM son positivas en el
Mar de A/B, las anomalías de TSM son negativas al igual que en el Pacífico ecuatorial y son
positivas en Atlántico sur al norte del Mar de Weddell, donde por la existencia del DPA ocurrirían
anomalías de CHM de signo opuesto a las de A/B, o sea negativas. Por otra parte, las anomalías de
TSM muestran correlaciones significativas positivas con las condiciones de ACHM previas en el
Mar de A/B para desfasajes de –12 ó menos meses. A su vez, para un desfasaje entre ocho meses a
un año, valores positivos de ACHM al oeste de la Península Antártica estarían relacionados con la
posterior ocurrencia de anomalías de TSM positivas en el área niño 3+4 y viceversa.
Por lo tanto, la relación entre el DPA dado por la 1º PC y la señal de TSM sobre el Pacífico
ecuatorial, es mayor en el polo ubicad sobre el Mar de A/B que sobre el del Mar de Weddell donde
resulta prácticamente nula. Condiciones de El Niño en el verano previo inducirán menor CHM
sobre A/B. A su vez estas condiciones en el mar contribuirían a generar condiciones de La Niña en
el verano posterior lo cual implicaría al siguiente año anomalías positivas de hielo marino que
contribuirían en El Niño del año posterior. De esta manera se manifiesta una relación no lineal de
retroalimentación en un ciclo de casi cuatro años, con un desfasaje de casi doce meses entre ambas
señales. Estos resultados son concordantes con la Onda Circumpolar Antártica (OCA) que implica
anomalías positivas/negativas de TSM en el Océano Antártico con ciclo de casi 4 años y que se la
relaciona con la señal ENOS (Peterson y White, 1998; Venegas, 2003 entre otros). Por otra parte,
así como la relación entre ambos centros del dipolo es sólo parcial y relativa, la relación entre CHM
en el Mar de Weddell con la TSM en el Pacífico ecuatorial, es muy débil, pero se mantiene
consistente con el esquema de interacción previamente determinado para el centro ubicado en el
Mar de A/B.
2º PC : serie compuesta- 71º 5´S 30º 8´O
Ene-79
Ene-80
Ene-81
Ene-82
Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
Ene-87
Ene-88
Ene-89
Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
Figura 5: Regionalización dada por la 2º PC. Panel de la izquierda: Composición de series de
tiempo reales para el área con componentes de carga máxima positiva en figura 1b, tendencia
polinomial de quinto orden en rojo. Panel de la derecha: campo de correlación entre la serie de
composiciones (patrón 2p) y las otras series de ACHM del Océano Antártico.
La 2º PC (figura 1 b) define el centro del Mar de Weddell como otra de las áreas
homogéneas. En este caso no existe posibilidad de oscilación bipolar ya que sólo se muestra un
centro positivo y no existen áreas con componentes de carga negativas. En la figura 5 panel
izquierdo se muestra la composición de series reales en el entorno a 71º S 30º O. La variabilidad de
la serie está dada por máximos y mínimos que ocurren principalmente en otoño. A partir de 1990 se
observa un cambio a mayor frecuencia de ACHM positivas cuyos valores son superiores a los
previos. Los años 1991 y 1994 son los máximos de la serie. La correlación entre el patrón 2p y las
series de ACHM (figura 5 panel derecho) indica falta total de conectividad con algún otra área del
Océano Antártico, solo existen unos pequeños núcleos de correlación negativa con valores algo
menores a –0.2 en el Mar de A/B.
En la figura 6 se muestran las correlaciones del patrón 2p de ACHM y la TSM. En el caso
de desfasajes positivos de ACHM sólo para +4 (figura 6 a) las correlaciones son mayores que 0.3,
aunque sólo para un área pequeña del Pacífico ecuatorial en el entorno de 180˚ Oeste. Las
correlaciones no desfasadas (figura 6.b) vuelven a mostrar valores de correlación mayores que 0.3
para el Pacífico ecuatorial y también muestra otro núcleo en el Pacífico sur donde las correlaciones
sólo son mayores que 0.2. Por lo tanto, aunque parecería que anomalías de TSM en el Pacífico
ecuatorial preceden a ACHM en el Mar de Weddell central, ambas con el mismo signo, es riesgoso
utilizar la señal del ENOS como precursor de ACHM en el área por ser muy bajos los valores de
correlación. Además debe considerarse que para desfasajes mayores a +8 meses la relación es en
módulo menor a 0.2, o sea prácticamente inexistente (figuras no mostradas). Por otra parte, los
desfasajes negativos que indicarían influencia de las ACHM en la ocurrencia del ENOS, también
muestran valores bajos de correlación. Sin embargo, es de destacar, que los mayores valores de
correlación se encuentran sobre el área del niño 3+4 y son positivos con valores mayores que 0.2
desde el desfasaje +8 a –14 meses. En este caso se podría decir que la retroalimentación con
respecto a la TSM del Pacífico ecuatorial es siempre positiva, mayores TSM inducirían ACHM
positiva y a su vez estas ayudarían a forzar anomalías positivas de TSM.
a) Correlación: desfasaje +4 meses
b) Correlación sin desfasaje
c) Correlación: desfasaje -14 meses
Figura 6: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 2p (centro-este del Mar de Weddell)
La tercer región discriminada por el ACP corresponde a otro dipolo (figura 2.c) y está
definida por la 3º CP. En la figura 7 panel izquierdo se muestra la composición de las series reales
(patrón 3p) para el área de núcleo positivo en figura 2c situada sobre el Mar de Weddell exterior.
Si la comparamos con el área de la 1º PC que corresponde al anterior dipolo, esta está
ubicada hacia el sector oriental desplazada unos 40º al este. A su vez, el centro de anomalías en el
Mar de A/B también se halla desfasada hacia el este y la serie de composiciones (patrón 3n) se halla
en el panel izquierdo inferior. Podría pensarse que las anomalías en las áreas determinadas en la 1º
PC tienen la misma señal temporal que el de las del área de la 3º PC y que solamente se hallan
desfasadas en un número de meses, siendo producto del desplazamiento hacia el este del DPA
(Venegas y otros, 2001). La correlación entre las series patrón 1n en 118º Oeste y la patrón 3n en
88º O sectores occidental y oriental del mar de A/B respectivamente, tiene valores que oscilan entre
–0.2 y 0.06 para desfasajes entre + 8 y – 8 meses.
Las curva de tendencias para ambas series muestran que la contra fase es parcial. El
coeficiente de correlación –0.34 entre ambos centros del potencial dipolo similar al obtenido para el
dipolo definido por la 1º PC. Sin embargo, los campos de correlación para cada una de las series
patrón (figura 7 paneles a la derecha) tienen una estructura totalmente distinta que las previas para
la 1º PC, aquí los núcleos de correlación negativa, que indican el alcance espacial del polo opuesto
en la oscilación, son muy pequeños no mostrando el comportamiento de una auténtica estructura
bipolar.
La relación entre la TSM y el patrón 3p que corresponde al área externa oriental del Mar de
Weddell se muestra en la figura 8. Los mayores valores de correlación para los desfasajes positivos
se dan sobre el Pacífico ecuatorial para +12 y +10 meses pero son sólo algo mayores a 0.2. Existen
también valores de correlación algo mayores a 0.2 en el Mar de Ross/Amundsen para desfasajes de
+4 y +2 meses, mientras que sobre el Mar de Weddell exterior hay altas correlaciones negativas.
Por lo cual, las condiciones de TSM precedentes a las ACHM del área están sólo levemente
asociadas (ó no están asociadas, dependiendo del nivel de significancia elegido), excepto para el
área del Mar de Weddell en sí misma, considerando antelaciones de 2 a 4 meses.
3ºPC : serie com puesta - área positiva
( 56º 37´S 7º 9´O)
Ene-79
Ene-80
Ene-81
Ene-82
Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
Ene-87
Ene-88
Ene-89
Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
3ºPC : serie com puesta - área negativa
( 65º 43´S 88º 37´O)
6
4
2
0
-2
-4
Ene-79
Ene-80
Ene-81
Ene-82
Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
Ene-87
Ene-88
Ene-89
Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
-6
Figura 7: Regionalización dada por la 3º PC. Paneles a la izquierda: Composición de series de
tiempo reales para el área con componentes de carga máxima positiva (patrón 3p) y mínima
negativa (patrón 3n) en figura 1c, la tendencia polinomial de quinto orden en rojo. Paneles a la
derecha: campos de correlación para la serie de los patrones positivo (patrón 3p, arriba) y
negativo (patrón 3n, abajo)
Las correlaciones con desfasaje negativo de la serie de ACHM no se muestran por no
presentar valores fuera del rango +0.1, -0.1 para ningún área o desfasaje considerado, infiriéndose
que las anomalías de CHM en esta área no resultan forzantes de anomalías de TSM en ninguna
latitud o longitud.
a) Correlación: desfasaje +10 meses b) Correlación: desfasaje +4 meses
c) Correlación sin desfasaje
Figura 8: Correlación entre TSM y la serie del patrón 3p (sector oriental externo del MW)
a) Correlación: desfasaje +10 meses b) Correlación: sin desfasaje
c) Correlación: desfasaje - 4 meses
Figura 9: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 3n (Mar de A/B oriental)
Para el área ubicada en el sector oriental del Mar de A/B, la serie patrón 3n ubicada 65º S
88º O, las correlaciones con la TSM (figura 9) para desfasajes positivos son negativas inferiores a –
0.2 sobre el Pacífico ecuatorial y sobre el Pacífico Sur en altas latitudes centradas en 120º Oeste,
con máximos absolutos a los +10 meses. Esto implica que condiciones de Niña en los 10 a 6 meses
previos inducen sobre el área de A/B anomalías de CHM positivas y viceversa para El Niño. A
partir del desfasaje +6 las correlaciones con el Pacífico ecuatorial cambian de signo y se vuelven
positivas y cada vez mayores. Con desfasaje nulo el valor de máxima correlación es del orden de
0.4 y las correlaciones en bajas latitudes presentan la misma estructura que las anomalías de TSM
para las fases maduras de El Niño ó La Niña. El signo de la correlación indica que a la vez que se
ocurren las ACHM de primavera-verano positivas/negativas sobre esta área del Mar de A/B las
anomalías de TSM ecuatoriales corresponden a ocurrencia de El Niño (positivas)/La Niña
(negativas). Si volvemos a los resultados para el sector occidental del Mar de A/B (figura 3) vemos
que el escenario es opuesto, o sea, a la vez que se dan las ACHM positivas/negativas en primaveraverano, ocurren anomalías de TSM en el área ecuatorial que indican La Niña (negativas)/El Niño
(positivas).
Pero es de destacar que para desfasajes negativos las correlaciones entre A/B para el sector
ecuatorial son positivas indicando que mayor CHM induce El Niño ó al menos contribuye a
aumenta su potencia. Las mayores correlaciones positivas se observan en este caso a los 4 meses
posteriores de las ACHM, las correlaciones luego disminuyen llegando a 0.2 a los 12 meses y luego
vuelven a aumentar superando 0.3 a los 16 meses.
4ºPC : serie com puesta - área positiva
62º 48´S 38º 35´O
6
4
2
0
-2
-4
Ene-79
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Ene-00
-6
4ºPC : serie com puesta - área negativa
68º 12´ S 115º 5´O
6
4
2
0
-2
-4
-6
Ene-79
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Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
Ene-87
Ene-88
Ene-89
Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
-8
Figura 10: Regionalización dada por la 4º PC. Paneles a la izquierda: Composición de series de
tiempo reales para el área con componentes de carga máxima positiva (panel superior: patrón 4p)
y mínima negativa (panel inferior: patrón 4n) en figura 1d, la tendencia polinomial de quinto orden
en rojo. Paneles a la derecha: campos de correlación para la serie de los patrones positivo (patrón
4p, arriba) y negativo (patrón 4n, abajo).
Las series de referencia de la regionalización dada por la 4ºPC indican estructura bipolar
entre la variabilidad del Mar de Weddell y A/B como anteriormente ocurrió con la 1ºPC. El
coeficiente de correlación entre los centros del Mar de Weddell a 62º 48´ S 38º 35´ O y el Mar de
A/B a 68º 12´ S 115º 5´ O es de sólo –0.27, sin embargo la estructura de los campos de correlación
para ambas series (Figura 10 panel derecho superior e inferior) es consistente con una estructura de
variación bipolar, en especial para la serie patrón 4n ubicada en A/B. La tendencia polinomial
muestra variación de baja frecuencia en antifase, y el los últimos años (aproximadamente 1997 al
2000) tendencia a disminución de CHM en Weddell y a aumento en A/B. La figura 11 muestra la
relación entre las series ubicadas en los centros del dipolo y la TSM.
a) Correlación: desfasaje +12 meses b) Correlación: sin desfasaje
c) Correlación: desfasaje - 6 meses
Figura 11: Correlación entre TSM y la serie del patrón4p (sector del Mar de Weddell)
Desde los 20 meses previos la TSM en el Pacífico ecuatorial se correlaciona positivamente
con las ACHM. Los valores máximos de correlación, que alcanzan valores superiores a 0.3 en una
pequeña área, se dan para el desfasaje de +12 meses (figura 11 a) ó sea con un año de anticipación
respecto a la ACHM para el sector del Mar de Weddell. El patrón de relación entre TSM ecuatorial
y ACHM permanece hasta el desfasaje nulo (Figura 11 b). También existen correlaciones positivas
superiores a 0.3 sobre el área del Mar de A/B indicando anomalías de temperatura positiva a la vez
que aumenta la CHM en el Mar de Weddell, donde las correlaciones son negativas ó sea que
presenta a la vez anomalías negativas de temperatura. Esta estructura de las anomalías de TSM en
altas latitudes refuerza el esquema bipolar de las ACHM. Para desfasajes negativos las
correlaciones son, en módulo, menores que 0.1 (figura 11 c).
a) Correlación: desfasaje +12 meses b) Correlación: sin desfasaje
c) Correlación: desfasaje - 6 meses
Figura 12: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 4n (Mar de A/B occidental)
El otro centro del dipolo, ubicado en el Mar de A/B sector occidental, presenta correlaciones
negativas con la TSM del Pacífico ecuatorial para los desfasajes positivos, con valores inferiores a –
0.2 entre +14 a +6 meses implicando que condiciones de El Niño preceden en un año la ocurrencia
de mayor cantidad de CHM y lo inverso ocurre para La Niña (figura 12). Las correlaciones para
desfasaje nulo indican ausencia de correlación entre la CHM y las condiciones en latitudes medias a
bajas, sólo existen valores de correlación de relativa significancia sobre el Mar de A/B. Para
desfasajes negativos, la relación con la TSM en el Pacífico ecuatorial se vuelve positiva y los
valores mayores, que no superan a 0.2, están en el entorno de –6 meses.
5ºPC serie com puesta - 59º 34´S 10º 53´O
6
4
2
0
-2
-4
Ene-79
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Ene-82
Ene-83
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Ene-85
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Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
-6
Figura 13: Regionalización dada por la 5º PC. Panel a la izquierda: Composición de series de
tiempo reales para el área con componentes de carga máxima positiva en figura 1e (patrón 5p), la
tendencia polinomial de quinto orden en rojo. Panel a la derecha: campo de correlación para el
patrón 5p.
La 5º PC discrimina el área occidental del Mar de Weddell, el patrón 5p corresponde a la
composición de las series centradas en 59º 34´ S y 10º 53´ O, los valores máximos y mínimos de la
serie (Figura 13 panel izquierdo) pertenecen al período agosto a febrero, se observa fluctuaciones de
baja frecuencia y la tendencia polinomial indica que la media permanece casi constante durante
todo el período. En el panel derecho de la figura 13 el campo de correlación para la serie de
referencia indica relación negativa con valores algo menores a –0.2 en el Pacífico sur sector
occidental y parte del Océano Indico. Este sector del Weddell escapa del comportamiento bipolar
con el Mar de A/B.
Las correlaciones para desfasajes entre +12 y –12 meses entre el patrón 5p correspondiente
al área del mar de Weddell oriental y las TSM confirman la ausencia de relación entre las ACHM y
la TSM en el área tropical tanto del Océano Pacífico como del Atlántico. En la figura 14.a) puede
verse valores de correlación negativos en el Atlántico sur, para desfasaje +2 meses que implican
condiciones de anomalías de TSM negativas previas a CHM superiores a la media y viceversa. Para
las correlaciones sin desfasaje, y con desfasajes negativos los valores de correlación se mantienen
en módulo inferiores a 0.1, lo que implica ausencia de influencia de las ACHM en el área sobre las
posteriores anomalías de TSM.
a) Correlación: desfasaje +2 meses b) Correlación: sin desfasaje
c) Correlación: desfasaje - 2 meses
Figura 14: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 5p (Mar de Weddell oriental)
La última sub-área corresponde a la regionalización dada por la 6ºPC corresponde al sector
occidental y austral del Mar de A/B y el noreste del Mar de Weddell. La serie de referencia
pertenece a las composiciones centradas en 68º 32´ S 91º 36´ O. Los máximos y mínimos
corresponden a meses de otoño-invierno y la serie muestra un abrupto cambio en 1989 que
determina predominio de anomalías negativas de CHM a partir de esa fecha. La tendencia
polinomial refleja este cambio como curva con tendencia negativa. Un cambio similar pero de signo
opuesto, es decir a anomalías positivas de CHM a partir de 1989, se presenta en el mar de Weddell
sector central (ver figura 5) pero en este caso el cambio se revierte a mediados de los 90s.
6ºPC serie com puesta - 68º 32´S 91º 36´O
8
6
4
2
0
-2
Ene-79
Ene-80
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Ene-82
Ene-83
Ene-84
Ene-85
Ene-86
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Ene-90
Ene-91
Ene-92
Ene-93
Ene-94
Ene-95
Ene-96
Ene-97
Ene-98
Ene-99
Ene-00
-4
-6
Figura 15: Regionalización dada por la 6º PC. Panel a la izquierda: Composición de series de
tiempo reales para el área con componentes de carga máxima positiva en figura 1f (patrón 6p), la
tendencia polinomial de quinto orden en rojo. Panel a la derecha: campo de correlación para el
patrón 6p.
Las correlaciones desfasadas desde +14 a –14 meses entre la TSM y las anomalías de CHM
para el sector oriental central del Mar de A/B representadas por el patrón 6p (figura 15 panel
izquierdo) sólo muestran valores algo superiores en módulo a 0.1 para áreas aisladas, indicando
falta de relación entre ambas variables. En la figura 16 se muestran los desfasajes que presentan
mejores valores de correlación. Con anticipación de 12 meses la TSM del Pacífico ecuatorial tiene
una débil señal opuesta a las ACHM, que 6 meses después desaparece. A su vez, 6 meses antes de
las ACHM en el sector del Mar de Ross y área occidental del Mar de A/B, las TSM serían opuestas
a las ACHM es decir menores temperaturas precederían a anomalías positivas de CHM. Como
puede verse, para desfasaje nula es inexistente la correlación entre TSM y ACHM.
a) Correlación: desfasaje +12 meses b) Correlación: desfasaje + 6
c) Correlación: sin desfasaje
Figura 16: Correlación entre la TSM y la serie del patrón 6p (Mar de A/B oriental)
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
La información satelital del período 1979 al 2000 de concentración de hielo marino
promedio mensual cada 25km por 25km proporciona una adecuada base de información para el
estudio de la variabilidad temporal de hielo marino. Dado el gran número de series temporales es
necesario pre procesarlas a fin de obtener regiones de comportamiento relativamente homogéneo y
definir series temporales que resulten patrones de dicha variabilidad. El Análisis de Componentes
Principales (ACP), rotadas Varimax y con matriz de entrada del Modo-S, permite determinar subáreas de relativa homogeneidad de la variabilidad temporal. Dado que el ciclo anual influye en los
valores de CHM haciendo incomparable la variabilidad intermensual, este es removido extrayendo
las medias mensuales de largo término. Aplicando el ACP a las series de ACHM, el área
comprendida entre el meridiano de Greenwich y 120º O, que incluye los mares de Weddell y
Amundsen/Bellingshausen ubicados respectivamente en los sectores oriental y occidental de la
península Antártica, es subdividida en 9 regiones correspondientes a las 6 primeras componentes.
A fin de obtener los patrones temporales para cada región, se calcula la composición de las
cinco series localizadas en el centro de las regiones y que corresponden a los puntos de mayor valor
absoluto de componente de puntaje. Los campos de correlación para las nueve series de referencia
resultantes y las series de ACHM re-definen las regiones de homogeneidad.
Uno de los resultados más relevantes es la bipolaridad existente entre los mares de
Amundsen/Bellingshausen y Weddell llamada dipolo antártico por Yuan y Martinson (2000). Los
autores encontraron la señal analizando el comportamiento del borde de hielo que se extiende hacia
menores latitudes en uno de los mares a la vez que se contre a mayores latitudes en el otro. Al
analizar toda el área cubierta de hielo marino, nosotros encontramos que esta señal es localizable en
el sector externo del mar de Weddell en el entorno a 60º S y en el sector occidental externo del mar
de Amundsen/Bellingshausen, como puede verse en los resultados del llamado patrón 1 (figura 2) y
en menor medida en el patrón 4 (Figura 10). En ambos casos al correlacionar uno de los centros del
dipolo con toda el área surgen correlaciones negativas en el área del otro sector del dipolo. Sin
embargo, para el caso del patrón 3 que también parecería contribuir al comportamiento bipolar entre
ambos mares, el campo de correlación de la serie patrón ubicada en el sector oriental del mar de
Amundsen/Bellingshausen, no produce señal opuesta (correlaciones negativas) en el mar de
Weddell. Lo mismo ocurre con la zona ubicada en el sector sur-oriental del mar de
Amundsen/Bellingshausen (patrón 6-figura 15). A su vez, el área centro oriental del mar de
Weddell, patrón 2 (Figura 5), que resulta muy importante por ser el sector en donde se abren los
hielos y penetran los buques para alcanzar las bases, tampoco presenta relación con lo que ocurre en
el mar de Amundsen/Bellingshausen. Evidentemente, el área ubicada en el borde de la CHM, sobre
todo en el sector occidental de Amundsen/Bellingshausen, es quien presenta un comportamiento
relativamente opuesto al borde ubicado en el sector occidental del mar de Weddell. Fuera de la
señal llamada dipolo Antártico, que como vemos se limita sólo a parte del área de ambos mares y
que explica poca varianza de la variabilidad observada, el comportamiento temporal en cada uno de
los mares, es complejo y varia de acuerdo al sector al que nos remitamos.
La relación entre la variabilidad temporal de CHM y la señal El Niño/ La Niña en el Pacífico
ecuatorial, se evaluó mediante campos de correlación desfasados desde +14 a –14 meses entre las
series patrones de CHM y la TSM. Aquí también la relación no resulta simple y varia de acuerdo al
área considerada. Nuevamente es la zona del borde de hielo marino la que resulta más sensible al
ENOS. Además, es en el mar de Amundsen/Bellingshausen, que los coeficientes de correlación
resultan relativamente significantes. Para el área determinada por el patrón 1 y el patrón 3 que
conjuntamente corresponden al entorno de 65º S entre 60º a 150º O, los desfasajes positivos y en
especial aquellos entre +12 y +10 muestran correlaciones positivas con la TSM del Pacífico
ecuatorial, mientras para desfasajes negativos y en especial entre –4 a –12 meses, las correlaciones
son positivas, aumentando en la medida que aumenta el número de meses del desfasaje y
disminuyendo para desfasajes que superen a 12 meses. Esta relación implica que señal de El
Niño/La Niña ayuda a inducir al año (12 meses) anomalías negativas/positivas de hielo marino en
B/A en el borde externo de hielo. A su vez, para desfasajes nulos, en el sector occidental de A/B se
mantiene la misma relación, es decir que mientras ocurren condiciones de El Niño se observan
anomalías negativas de hielo marino y viceversa para La Niña. Sin embargo, para el sector oriental
de B/A la relación ya se invierte desde desfasajes positivos de sólo +2 ó +1 meses en que El
Niño/La Niña implican anomalías positivas/negativas de CHM coincidiendo este último resultado
con Harangozo (2000). Para desfasajes negativos, en todo el sector exterior de hielo marino de A/B,
las correlaciones positivas indican que la ocurrencia de anomalías positivas/negativas de CHM
ayudan a inducir en aproximadamente un año anomalías positivas/negativas de TSM en el Pacífico
ecuatorial coincidiendo con lo postulado por Chiu (1983). Este proceso de realimentación entre las
condiciones del mar de Amundsen/Bellingshausen y el Pacífico ecuatorial compone un ciclo de
aproximadamente cuatro años periodicidad encontrada por White y Peterson (1996) y llamada Onda
Circumpolar Antártica.
Contrariamente a lo que sugiere Hao y otros (1990), el mar de Weddell no muestra relación
entre la CHM y la TSM en el área del Pacífico ecuatorial, sólo en el sector central occidental
(patrón 2- figura 6) existe una débil señal para desfasaje-0 entre la TSM y la CHM positivas
indicando ocurrencia simultánea de El Niño/ La Niña y CHM positivas/negativas.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue financiado parcialmente por los subsidio CONICET PIP Nº428/98,
UBACYT 01X002 y 01X095 de la Universidad de Buenos Aires y por el Servicio Meteorológico
de la Armada Argentina. Se agradece al Nacional Show and Ice Data Center, University of
Colorado, Boulder, USA por proveer los datos de concentración de hielo marino utilizados para
realizar este trabajo. Agradecemos a la Lic. Estela González por la edición de las figuras y al Sr.
Federico Orquera por su generosa donación de parte del hardware utilizado para realizar este
trabajo.
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los mares de Weddell, Bellinghausen y Amundsen. XIII Congreso Brasilero de Meteorología, 28
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