A fin de estudiar las características de la oscilación cuasi-bienal (QBO) en el ozono, en función de la región de la estratósfera considerada, se analizaron los datos del ozono, durante el período 1978-2003, considerando 8 capas diferentes, que varían entre 40 hPa y 1 hPa. El análisis se efectuó sobre latitudes tropicales y subtropicales. El comportamiento de la oscilación  es similar en latitudes bajas y en el ecuador, para todas las capas consideradas, encontrándose picos en la amplitud de la señal, coincidentes con la fase descendente del ciclo solar en los ciclos 21 y 22. En latitudes medias, el comportamiento es diferente para cada hemisferio, la señal cuasi bienal presenta un máximo local de la oscilación, solo en el hemisferio norte, en la fase descendente del ciclo solar 21 y 22. En todos los casos analizados la amplitud de la periodicidad es notablemente menor en el ciclo 23

Fernández de Campra, Patricia

Zossi de Artigas, Marta

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Características de la QBO en el Ozono Estratosférico 
 
Patricia Fernández de Campra
1 
y Marta Zossi de Artigas
2,3
 
(1) Departamento de Ciencias de la Computación, Facultad de  Ciencias Exactas y Tecnología, 
Universidad Nacional de Tucumán pfernandez@herrera.unt.edu.ar 
(2) Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad 
Nacional de Tucumán mzossi@herrera.unt.edu.ar 
(3) CONICET 
 
 
RESUMEN: A fin de estudiar las características de la oscilación cuasi-bienal (QBO) en el ozono, en 
función de la región de la estratósfera considerada, se analizaron los datos del ozono, durante el período 
1978-2003, considerando 8 capas diferentes, que varían entre 40 hPa y 1 hPa. El análisis se efectuó sobre 
latitudes tropicales y subtropicales. El comportamiento de la oscilación  es similar en latitudes bajas y en 
el ecuador, para todas las capas consideradas, encontrándose picos en la amplitud de la señal, 
coincidentes con la fase descendente del ciclo solar en los ciclos 21 y 22. En latitudes medias, el 
comportamiento es diferente para cada hemisferio, la señal cuasi bienal presenta un máximo local de la 
oscilación, solo en el hemisferio norte, en la fase descendente del ciclo solar 21 y 22. En todos los casos 
analizados la amplitud de la periodicidad es notablemente menor en el ciclo 23. 
 
 
1    INTRODUCCION 
 
La oscilación cuasi-bienal (QBO) es una de las 
oscilaciones más importantes en la atmósfera. Fue 
descubierta en los vientos zonales en la baja 
estratósfera tropical, con un periodo 
aproximadamente de 27 a 30 meses, entre 10 hPa 
y 100 hPa, constituyendo también un rasgo 
característico de muchos procesos en la 
atmósfera. Se manifiesta como un viento 
descendente de regimen easterly (desde el este) 
que alterna con un viento de régimen westerly 
(desde el oeste), con período variable (Ebdon, 
1960; Baldwin et al, 2001). 
Los estudios teóricos se enfocaron 
inicialmente en la estructura vertical  del 
fenómeno sobre el ecuador (Reed et al., 1961; 
Lindzen and Holton, 1968; Holton and Tan, 
1980). Las primeras señales de la QBO en el 
ozono, se obtuvieron de observaciones en dos 
estaciones subtropicales (Funk and Garham, 
1962). Desde la década del 70 las observaciones 
satelitales del ozono han mostrado que el 
fenómeno de la QBO es global (Lait et al, 1989; 
Bowman, 1989; Chandra and Stolarski, 1991, 
Randel and Cobb, 1994, Randel and Wu, 1996; 
Kane, 1994, Echer et al, 2004). 
La cantidad de ozono total sobre la superficie de 
la tierra varía espacial y temporalmente a lo largo 
del globo, como consecuencia de la dinámica 
estratosférica. Es de esperar que el nivel de ozono 
sea mayor en los trópicos que en las regiones 
polares ya que es allí es donde se producen los 
procesos que lo generan. Pero la distribución del 
ozono no es un simple balance entre la 
producción y la pérdida ya que los vientos 
estratosféricos pueden transportar el ozono fuera 
de la región de producción, modificando la 
distribución del mismo. La variación en altura del 
ozono también es un resultado  de  la  lenta 
circulación que eleva el ozono desde la troposfera 
hasta la estratosfera. El aire troposférico pobre en 
ozono es enriquecido en la estratosfera mediante 
el proceso fotolítico de las moléculas de oxígeno, 
el cual es favorecido por la radiación solar. A 
medida que el aire sube en los trópicos, 
progresivamente va ganando ozono. Así, la mayor 
cantidad, se presenta entre los 16 y los 50 
kilómetros , con una máxima concentración entre 
los 19 y 35 kilómetros, 
 
A pesar que la QBO ecuatorial ha sido estudiada 
extensamente, el conocimiento acerca  de  su 
efecto global aún es incompleto. En particular 
poco se sabe acerca de la dependencia en altura 
en latitudes medias y altas (Sitnov, 2004) 
 
El objetivo de este trabajo es analizar la variación 
temporal de la QBO en el ozono, considerando 
distintas capas de la estratosfera, 
aproximadamente entre 25 y 50 km, en latitudes 
medias y bajas. 
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2    DATOS Y METODOS DE ANÁLISIS 
 
Se  consideraron  para  el  análisis promedios 
mensuales del contenido de ozono zonal en el 
ecuador y a latitudes medias, hasta 30° norte y 
sur,   considerando   8   capas   diferentes   de   la 
estratosfera   (Tabla   1).   Los   datos   de   ozono 
corresponden a las mediciones efectuadas por el 
satélite Earth Probe con el sensor TOMS (Total 
Ozone Mass Espectrometer), en su versión 7, a 
través de la página  web,  
http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozoneother.html, 
los datos están en unidades Dobson.  El período 
de análisis fue durante los años 1978-2003, con 
un período sin datos, en los años 1995-1996. 
Tabla 1. Distintas capas analizadas y rango de 
alturas de cada una de ellas 
 
Capa Rango de altura (hPa) 
3 40,33 - 25,45 
4 25,45 - 16,06 
5 16,06 - 10,13 
6 10,13 - 6,393 
7 6,393 - 4,034 
8 4,034 - 2,545 
9 2,545 - 1,606 
10 1,606 - 1,013 
 
Con el objeto de identificar la oscilación cuasi 
bienal se empleó el método de onditas (wavelets), 
técnica de gran difusión en la actualidad, que 
representa una alternativa cuando los aspectos 
espectrales son dependientes del tiempo, ya que 
permite obtener información sobre la ubicación 
temporal de las frecuencias. La esencia de la 
transformada de wavelet está basada en la idea de 
descomponer la señal en “bloques” de forma 
constante, pero diferente tamaño (Daubechies, 
1990). Se realizó un análisis de multiresolución, 
en el cual dada una señal S, esta se descompone 
en sucesivos niveles de aproximaciones y 
detalles. En cada nivel se reduce a la mitad el 
número de datos. Si denominamos Ao a la señal 
original, y si j indica el nivel, Aj representa la 
aproximación j-ésima que considera las 
frecuencias bajas, mientras que Dj (detalle j- 
ésimo) muestra las frecuencias altas. 
 
 
S = A1 + D1, 
= A2 + D1 + D2 
= A3 + D1 + D2+D3 
 
obteniéndose la descomposición de la señal en 
diferentes bandas de frecuencia. La 
descomposición de la serie se llevó a cabo usando 
la función de  Daubechies, una de  las más 
utilizadas para el análisis discreto (Daubechies, 
1988, 1992). Los cálculos se efectuaron usando 
la Wavelet Toolbox del MATLAB. Se consideran 
los coeficientes correspondientes al detalle 4, D4, 
que representan el período de tiempo entre 2 y 3 
años, correspondientes a la periodicidad cuasi 
bienal. 
 
3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 
 
Del análisis de datos de TOMS, distintos 
investigadores (Bowman, 1989, Lait et. al, 1989, 
Chandra and Stolarski, 1991, Randel and Cobb, 
1994), observaron que la QBO en el contenido 
total de ozono presenta cerca del ecuador (± 10° 
latitud) una variación en fase con el viento 
ecuatorial a 30 hPa y fuera de fase con la señal 
en los trópicos (Randel and Wu, 1996). Echer et 
al. (2004) al estudiar la dependencia latitudinal de 
la QBO en el ozono total encontraron que el 
ozono está casi en fase, con la QBO en el viento 
ecuatorial (0°-5° y 5°-10°) y está fuera de fase en 
latitudes más altas. 
En la Figura 1, se muestran valores promedios 
mensuales del índice Rz, que se calcula en 
función del número de manchas solares, y da una 
medida de la actividad en la parte visible del sol, 
la cual incide sobre la producción de ozono en la 
estratosfera. El periodo mostrado corresponde al 
estudiado en este trabajo y comprende parte del 
ciclo solar 21, el 22 completo y parte del ciclo 
23. 
 
 
 
 
Figura 1. Serie de valores del índice Rz, en el 
intervalo 1978-2003. 
 
En la figura 2 representamos los valores de la 
componente D4, a 30° (a, e) y a 10° (b, d) en 
ambos hemisferios y en el ecuador (c). Como el 
patrón es similar para las distintas capas, se 
graficaron solo las dos capas más altas y más 
bajas y una intermedia, medidas en Unidades 
Dobson (D. U.). 
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Observamos un comportamiento similar en las 
latitudes comprendidas entre ± 10°, con valores 
máximos en la amplitud de la oscilación, 
coincidentes con la fase descendente del ciclo 
solar para los ciclos 21 y 22, resultados que 
difieren con los de encontrados por Echer et al 
(2004). Quienes analizando la QBO en el ozono 
total encuentra que el máximo en la amplitud de 
la oscilación se da entre 0° y 5°,  decreciendo 
hasta un mínimo entre 10° y 15°, aumentando 
nuevamente su amplitud hasta un máximo 
alrededor de 35°. Si consideramos las distintas 
capas vemos que la señal presenta picos de 
amplitud en las capas 3 y 4. Fadnavis et al.(2008) 
reportaron un estructura de doble pico en la 
amplitud de la QBO del ozono cerca del ecuador, 
con máximos cerca de 9 hPa y 22 Pa, atribuyendo 
esto a la circulación meridional inducida por la 
QBO. Al analizar latitudes medias observamos 
que, en el hemisferio norte, Fig. 2a), se presentan 
valores máximos, coincidentes con la fase 
descendente de los ciclos 21 y 22, en los otros 
años considerados la amplitud es notablemente 
inferior. Sitnov (2004), estudiando el ozono 
extratropical, observa máximos locales en la 
estructura vertical de la QBO del ozono, en 
latitudes medias del hemisferio norte, estos 
máximos se encuentran a 12, 20 y 30 km; los 
valores obtenidos en este trabajo muestran mayor 
amplitud de la señal en las capas 3 y 4 (alrededor 
de los 30 km). Si observamos la Fig. 2 e), la 
amplitud de la señal a los 30° del hemisferio sur 
es notablemente inferior a los otros valores 
observados, en todo el período analizado. Es 
sabido que  ambos hemisferios muestran 
diferencias en la dinámica atmosférica en la alta 
troposfera y baja estratosfera de latitudes medias 
altas, siendo la actividad de las ondas 
atmosféricas mucho más baja en el hemisferio 
sur que en el hemisferio norte (Labitzke and van 
Loon, 1999). 
 
 
Del análisis de  los valores obtenidos podemos 
concluir que el aporte a la amplitud de la señal 
cuasi bienal en el contenido total de ozono no es 
uniforme, es mayor el correspondiente a  las 
capas más altas. La amplitud de la señal de la 
QBO varia hasta en un orden de magnitud entre la 
capa 3 y la 10, esto estaría relacionado con la 
concentración de ozono en las mismas y con la 
dinámica atmosférica. 
 
Figuras 2. Componente D4, del promedio 
mensual del contenido  de ozono,  considerando 
distintas capas de la estratósfera ( 3, 4, 6, 9 y 10), 
y distintas latitudes, entre 1978 y 2003. 
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4 REFERENCIAS 
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21 | Capítulo III 


Características de la QBO en el Ozono Estratosférico.

http://ediblio.unsa.edu.ar/79/1/Caracter%C3%ADsticas_de_la_QBO_en_el_Ozono_Estratosf%C3%A9rico.pdf

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