Ondas Kelvin

A lo largo de la costa de América del Sur, los vientos alisios del sudeste impulsan la corriente del Perú, forzando el agua superficial mar adentro y permitiendo que el agua fría y rica en nutrientes aflore en superficie. El impulso hacia el Oeste de los vientos alisios se mantiene sobre el Pacífico central y oriental. Según el modelo de Wyrtki el esfuerzo del roce resultante sobre la superficie del mar eleva el nivel de éste en el Pacífico Occidental , el agua se acumula hacia el oeste. El agua acumulada incrementa el espesor de la capa superficial caliente del océano; dicho de otra manera, profundiza la termoclina (intervalo de separación entre la capa superficial bien mezclada y las capas más frías y profundas. Frente a la costa de América del Sur, la termoclina comienza ya a los 50 metros de profundidad, lo que explica porque el agua que aflora es fría. En el Pacífico occidental, sin embargo no se inicia hasta los 200 metros de profundidad.

Los propios alisios del sudeste se deben, al gradiente de presión entre el sistema de alta presión del Pacífico sur y el sistema de baja presión sobre Indonesia y Australia. De aquí que el índice de oscilación del sur (que describe la diferencia de presión entre estos dos sistemas) sea también una medida de la intensidad de estos vientos. Cuando el índice es alto, el gradiente de presión es grande y los vientos intensos.

El Niño, viene anunciado por un brusco descenso del índice y el correspondiente debilitamiento de los vientos alisios en el Pacífico occidental. La relajación de los vientos alisios comienza generalmente en octubre o meses próximos. El agua caliente acumulada en el Pacífico occidental, que los vientos ya no retienen, fluye de vuelta hacia el Este, y el nivel del mar sube al este de la Línea Internacional de cambio de Fecha (que en la proximidad del Ecuador, sigue el meridiano 180º). La corriente adquiere forma de ondas, conocidas como ondas de Kelvin, que se propagan hacia el este en la banda ecuatorial, alcanzando las costas de América del Sur en dos o tres meses (170 Km/día).

Las ondas de Kelvin (ondas gravitatorias atrapadas en el ecuador por la rotación terrestre)  producen dos efectos: generan corrientes anómalas hacia el Este y deprimen la termoclina.

Ambos efectos tienden a calentar la superficie del mar, el primero aportando agua caliente del oeste y el segundo impidiendo el afloramiento de agua fría procedente de la termoclina o subyacente a ésta. El afloramiento que reviste mayor importancia, aparece muy destacado frente a sudamérica, donde la termoclina suele ser poco profunda. La superficie del mar comienza a calentarse allí en diciembre o enero, cuando las primeras ondas de Kelvin llegan a la costa. 

A medida que El Niño se va desarrollando, los vientos alisios continúan debilitándose cerca de indonesia, para acabar sustituidos por vientos superficiales del oeste; las ondas de Kelvin intensificadas que desencadenan éstos deprimen todavía más la termoclina a la altura de América del Sur. Aunque los vientos alisios del Sudeste que barren la costa sudamericana no colapsan y, por tanto, continúan impulsando el afloramiento, el agua que aflora ya no es fría, sino caliente (pobre en nutrientes). En consecuencia la corriente del oeste frente a la parte ecuatorial de América del Sur no sólo queda debilitada por el impuso hacia el Este de las ondas de Kelvin, sino que, además, es mucho más caliente que antes. El calentamiento de la superficie del mar, por tanto, comienza a extenderse en dirección al Oeste a lo largo del Ecuador.

La circulación normal de vientos a lo largo del Ecuador puede invertir su curso durante un episodio de El Niño. Cuando los alisios del Este alcanzan el Ecuador, lo atraviesan y transportan aire progresivamente más cálido y húmedo hacia el sistema de bajas presiones situado sobre Indonesia. Allí convergen con los vientos superficiales del oeste. El aire caliente asciende, la humedad se condensa y se producen abundantes precipitaciones. El aire desprovisto de su humedad, avanza hacia el Este en la alta tropósfera (a una altura variable entre 9 y 12 kilómetros), se enfría y desciende luego sobre la región central y oriental del Pacífico ecuatorial, donde predomina un tiempo seco y asoleado.

Según el modelo de Wyrtki, la dirección del flujo en esta celda de circulación se invierte durante El Niño por una acción de realimentación positiva entre la atmósfera y la superficie del mar. Los vientos del oeste que se desarrollan al Este de Indonesia desencadenan ondas de Kelvin que calientan el Pacífico central; como el aire asciende cuando está sobre agua caliente, la superficie del mar, anormalmente caliente, impulsa la rama ascendente de la celda de circulación hacia el Este. Los vientos del Oeste vienen detrás, intensificando y desencadenando nuevas ondas de Kelvin. Finalmente, la rama ascendente se desvía hacia el Pacífico central y oriental, produciendo fuertes lluvias en esa región normalmente seca. El aire se mueve hacia el oeste, y no hacia el este, en la alta tropósfera y desciende sobre Indonesia; sobreviene allí un tiempo seco que no es habitual. 

Las ondas Kelvin se forman cerca de las costas de Indonesia y viajan hacia el este en la dirección a Sudamérica. Una onda Kelvin típica tiene temperaturas mayores que las aguas circundantes. Ellas pueden existir solamente en el sector ecuatorial debido a la rotación de la tierra. la amplitud de la ondas Kelvin alcanza algunas decenas de metros a lo largo de la zona de termoclina y la longitud de sus ondas son hasta de miles de kilómetros. 

Existen dos tipos de ondas Kelvin: costera y ecuatorial. Ambas son manejadas por la gravedad y por factores de dispersión nula. Frecuentemente dichas ondas son estimuladas por cambios abruptos en la dirección e intensidad de los vientos. Las ondas ecuatoriales Kelvin se propagan hacia el este en el hemisferio norte utilizando las características de la línea ecuatorial como guía. Las ondas costeras Kelvin se propagan hacia el hemisferio norte en sentido antihorario, aprovechando la línea costera como guía. estas ondas especialmente las superficies se desplazan de manera rápida con velocidades promedio de 2.5 m/seg.

La llegada de una onda Kelvin no siempre significa que puede suceder lo peor, normalmente se manifiesta quizá con pequeñas lluvias o aumentos pasajeros de temperatura. Sin embargo, es necesario poner mucha atención a estas manifestaciones porque existe la posibilidad que  encubra un fenómeno intenso de  El Niño. De la fatales experiencias del Fenómeno del Niño en 1982-1983, países como Estados Unidos, Japón y Francia han dispuesto alrededor de 70 boyas a lo largo del Pacífico ecuatorial. A este conjunto de boyas se le conoce como Red-TAO (Tropical Atmospheric Ocean), y su función consiste en supervisar la temperatura del agua a una profundidad de 500 metros, así como los vientos, temperatura atmosférica, y la humedad relativa.  La Red-TAO es uno de los sistemas más confiables para advertirnos la presencia del Niño, se cuenta también con el satélite franco-americano TOPEX-Poseidón, que puede medir la altura de la superficie del océano con el radar a bordo con que cuenta. Ambas tecnologías (Red TAO y TOPEX-Poseidón) han rastreado las últimas ondas Kelvin desde la que se formó cerca de Indonesia en diciembre del 2001, y que cruzando el Pacífico en enero llegó hasta las costas de Sudamérica en febrero.