Patrones meso-sinópticos asociados a eventos extremos de lluvias en las cuencas del Chillón, Rímac y Lurín

Abstract

Las cuencas Chillón, Rímac y Lurín (CHIRILU), principales fuentes de agua para Lima, son altamente vulnerable a eventos extremos de lluvias que generan inundaciones, erosión y desabastecimiento. Debido a la problemática descrita, el presente estudio tiene como objetivo determinar un modelo conceptual asociado a los eventos extremos de lluvias en el CHIRLU, mediante la identificación de patrones sinópticos y mesoescalares asociados. Por lo tanto, para desarrollar el objetivo principal, se analizaron eventos extremos de lluvias entre diciembre a marzo, desde 1965 a 2023, que hayan ocurrido en al menos el 40% de las estaciones de la cuenca media y baja del CHIRILU, para luego, mediante el método clústeres K-Means, y utilizando variables atmosféricas clave como viento, divergencia, vorticidad, temperatura superficial del mar (TSM), anomalías de TSM y agua precipitable, detectar los patrones mesosinópticos asociados. Los resultados indicaron que, en niveles altos de la tropósfera (250 hPa), la Alta de Bolivia favoreció la convección mediante la divergencia en altura. En niveles medios (500 hPa), los flujos del este generaron convergencia y advección de humedad, con vorticidad ciclónica como gatillador, mientras que en niveles bajos (850 hPa), los vientos del noroeste y el calentamiento de la TSM promovieron la convergencia e inestabilidad atmosférica, favorables a la convección de masas de aire. A nivel superficial, la circulación costera mesoescalar advectó humedad hacia la cuenca, facilitando el mayor desarrollo vertical de nubosidad. Se concluyó que la combinación de los factores anteriormente mencionados fueron determinantes para propiciar eventos extremos de lluvias en el CHIRILU, especialmente en eventos de El Niño Costero, lo cual nos proporcionó un modelo conceptual de eventos de lluvias extremas en el CHIRILU, que puede ser utilizado como referencia para los pronósticos meteorológicos y la alerta temprana ante eventos extremos de lluvias en las cuencas.

The Chillón, Rímac, and Lurín river basins (collectively referred to as CHIRILU), which constitute the main water sources for Lima, are highly vulnerable to extreme rainfall events that lead to flooding, erosion, and water supply disruptions. Given this critical context, the objective of the present study is to develop a conceptual model associated with extreme rainfall events in the CHIRILU basins, through the identification of related synoptic and mesoscale patterns. Therefore, to develop the main objective, extreme rainfall events were analyzed between December and March, from 1965 to 2023, which occurred in at least 40% of the stations located in the middle and lower CHIRILU basins. Then, using the K-Means clustering method and key atmospheric variables such as wind, divergence, vorticity, sea surface temperature (SST), SST anomalies, and precipitable water, the associated mesosynoptic patterns were identified. The results revealed that, at upper tropospheric levels (250 hPa), the Bolivian High favored convection through upper-level divergence. At mid-levels (500 hPa), easterly flows induced moisture advection and convergence, with cyclonic vorticity acting as a trigger mechanism, whereas at lower levels (850 hPa), northwesterly winds and SST warming promoted convergence and atmospheric instability, conducive to air mass convection. At the surface level, mesoscale coastal circulation advected moisture toward the basin, facilitating greater vertical development of cloudiness. It was concluded that the combination of the aforementioned factors was decisive in triggering extreme rainfall events in the CHIRILU basins, especially during Coastal El Niño episodes, which provided us a conceptual model of extreme rainfall events in CHIRILU, which can be used as a reference for weather forecasting and early warning of extreme rainfall events in the basins.