Una inmersión profunda en el efecto del Gran Lago Salado

El Gran Lago Salado es el cuerpo de agua más grande en el oeste contiguo de los Estados Unidos y el lago salado más grande del hemisferio occidental. Es un lago terminal sin salida, por lo que su elevación y área cambian debido a las variaciones y tendencias en el clima, incluidas las nevadas, las corrientes de agua y la evaporación, así como las desviaciones de agua para las actividades humanas. Los niveles históricos en Saltair en la costa sur han sido tan altos como 4211.6 pies en 1986 y tan bajos como 4190.4 en 2021, aunque los datos preliminares indican que el lago cayó por debajo de este nivel durante el verano o 2022 (las elevaciones de la superficie del lago se basan en las observaciones del USGS). sitio en Saltair Boat Harbor (1001000) y basado en National Geodetic Vertical Datum de 1929 (NGVD 1929. Las elevaciones al norte de la calzada del ferrocarril de enrocamiento de Union Pacific pueden diferir después de la finalización de su construcción en 1959). En consecuencia, el área del lago ha sido tan grande como 3,300 millas cuadradas y

tan pequeño como 950 millas cuadradas (Figura 1).

Debido a la acumulación de cloruro de sodio y otras sales, el Gran Lago Salado es hipersalino y mucho más salado que el agua del océano. Hay un marcado contraste de salinidad entre las mitades norte y sur del lago, que están separadas por una calzada de ferrocarril llena de rocas que limita la mezcla entre las dos mitades. La mitad norte recibe muy poca afluencia de agua dulce y normalmente tiene una salinidad cercana al 27%. La mitad sur recibe la mayor parte del flujo de entrada de agua dulce y tiene una salinidad que ha sido tan baja como 6 % durante los lagos más altos, pero desde 2010 ha variado entre 10 y 18 %. En comparación, el agua del océano tiene una salinidad promedio de 3.5%. La salinidad del lago puede ser localmente baja cerca de las entradas de agua dulce.

El Gran Lago Salado también es muy poco profundo. A una altura de 4200 pies, tiene una profundidad promedio de 16 pies y una profundidad máxima de 33 pies. Como resultado, la temperatura de la superficie del lago responde con relativa rapidez a los cambios en la temperatura del aire asociados con los frentes y otros sistemas meteorológicos. También se calienta rápidamente en la primavera, lo que contrasta con los lagos más grandes y profundos, como los Grandes Lagos del este de América del Norte, que tienden a calentarse o enfriarse más lentamente en respuesta a los sistemas climáticos y los cambios estacionales. Durante el invierno, debido a su salinidad, el Gran Lago Salado desarrolla poco hielo y puede alcanzar temperaturas bajas (cerca de 28˚F).

El Gran Lago Salado tiene influencias multifacéticas sobre el clima y los recursos hídricos del norte de Utah. Según lo indicado por el Departamento de Recursos Naturales de Utah y el Consejo Asesor del Gran Lago Salado, este informe resume la comprensión actual de la influencia de la precipitación por efecto lago generada por el Gran Lago Salado en la precipitación y el flujo de la corriente.

2. El efecto del Gran Lago Salado

una. ¿Qué es la precipitación por efecto lago?

La precipitación por efecto lago es la precipitación que se produce o aumenta cuando el aire frío pasa sobre un cuerpo de agua relativamente cálido. Esto ocurre debido a la transferencia de calor y humedad a la atmósfera, lo que desestabiliza la atmósfera y da lugar a circulaciones atmosféricas que inician y organizan las nubes y los sistemas de precipitación. La precipitación por efecto lago y por efecto marino u oceánico a menudo cae en forma de nieve, aunque puede caer en forma de lluvia, especialmente en otoño o primavera en elevaciones más bajas en climas más cálidos. Las nevadas con efecto lago más prolíficas ocurren en los cinturones de nieve cerca de los Grandes Lagos del este de América del Norte y en la región de fuertes nevadas de Japón cerca del Mar de Japón, donde ocurren frecuentes brotes de aire frío sobre grandes masas de agua. Las tormentas de efecto lago menos prolíficas pero a veces perturbadoras también pueden ser producidas por cuerpos de agua más pequeños, incluidos el Gran Lago Salado, el Lago Utah, el Lago Bear, el Lago Pyramid y el Lago Tahoe. El agua que cae en estas tormentas se remonta tanto a la atmósfera río arriba como a la evaporación de la superficie del lago. Para los lagos pequeños, la humedad aguas arriba suele ser crítica para el desarrollo del efecto lago.

b. Características del efecto Gran Lago Salado

La precipitación por efecto del Gran Lago Salado ocurre con mayor frecuencia durante los brotes de aire frío que siguen al paso de un frente frío cuando el flujo es del oeste, noroeste o norte. El desarrollo, la intensidad y la cobertura de la precipitación por efecto del lago dependen de varios factores, como la temperatura y la salinidad del lago, la temperatura y la humedad del aire, la dirección y la velocidad del viento y otros factores. Además, la convergencia del flujo de bajo nivel frecuentemente inicia y organiza las nubes y la precipitación con efecto de lago. Tal convergencia puede ser producida por interacciones de flujo con la topografía o brisas terrestres de las costas del lago (Figura 2).

Figura 2: Representación esquemática de la convergencia de brisas terrestres y el desarrollo de una tormenta con efecto de lago sobre el Gran Lago Salado. Fuente: Steenburgh (2014). © Prensa de la Universidad de Colorado.

La mayoría de los períodos de precipitación por efecto del Gran Lago Salado están desorganizados y producen precipitaciones dispersas o generalizadas (Figura 3a). A veces se organizan en bandas estrechas que producen fuertes nevadas localizadas con tasas que pueden acercarse a las 3 pulgadas por hora (Figura 3b). También es posible que el efecto lago mejore u ocurra simultáneamente con otras características de precipitación (Figura 3c). Por esta razón, no es posible separar completamente la precipitación con efecto lacustre y la precipitación sin efecto lacustre.

Figura 3. Imágenes de radar de a) precipitación generalizada con efecto lago, b) precipitación con efecto lago en bandas yc) precipitación con efecto lago con otras características de precipitación. Fuente: Alcott et al. (2013). © Sociedad Meteorológica Americana.

La capacidad de identificar y monitorear la precipitación por efecto del Gran Lago Salado aumentó significativamente en 1994 con la instalación de un radar de la NOAA/Servicio Meteorológico Nacional en Promontory Point. Las características que se describen a continuación se basan en períodos de efecto lago identificados durante las estaciones frías de 1998 a 2010 (16 de septiembre a 15 de mayo). Durante este período de estudio, el área del Gran Lago Salado se redujo de 1750 a 1200 millas cuadradas, lo que corresponde a casi el promedio (1700 millas cuadradas) y aproximadamente a la mitad entre el promedio y el mínimo histórico (950 millas cuadradas).

Durante este período de estudio, hubo un promedio de 13 períodos de efecto lago por estación fría con tan solo 3 en 2005 y hasta 20 en 2010. Muchos de estos períodos fueron de corta duración, con períodos menos frecuentes pero intensos responsables de la mayoría de la acumulación de precipitaciones (ver apartado 2c). Los períodos de efecto lago fueron más comunes desde mediados de octubre hasta mediados de diciembre y principios de abril. El pico de principios de abril es inusual en comparación con otros cuerpos de agua que son más profundos y tienden a ser fríos en la primavera. Por el contrario, la poca profundidad del Gran Lago Salado le permite calentarse rápidamente, lo que le permite generar precipitaciones con efecto lago en la primavera cuando se produce un brote de aire frío después de un período cálido.

C. Contribución de los períodos de efecto lago a la precipitación de estación fría

Estimar la contribución de los períodos de efecto lago a la precipitación y la capa de nieve de la estación fría no es sencillo. Para las estimaciones a continuación, identificamos los períodos del efecto del lago utilizando imágenes de radar de las estaciones frías de 1998–2009 y determinamos la cantidad de precipitación que produjeron en las estaciones de telemetría de nieve acumulada (SNOTEL) del Servicio Nacional de Conservación de Recursos (NRCS). Las estimaciones incluyen algunas precipitaciones que no son de efecto lago, ya que hay momentos en que el efecto lago aumenta u ocurre con la precipitación producida por otros sistemas meteorológicos. Por otro lado, es posible que el lago influya o mejore algunas tormentas de nieve en las montañas de maneras que no se identifican fácilmente en el radar.

Durante el período de estudio, la precipitación durante los períodos de efecto lago fue mayor en las estaciones SNOTEL en Cottonwood Canyons y Oquirrh Mountains (Figura 4a). En Cottonwood Canyons, la precipitación promedio equivalente en agua en la estación fría durante los períodos de efecto lago fue de 2.06 y 2.38 pulgadas en las estaciones SNOTEL Mill D North (Big Cottonwood Canyon) y Snowbird (Little Cottonwood Canyon), respectivamente. En las montañas Oquirrh fue de 2,12 y 2,37 pulgadas en las estaciones SNOTEL de Rocky Basin-Settlement (Settlement Canyon) y Dry Fork (Butterfield Canyon), respectivamente. En Wasatch Range, la precipitación equivalente líquida promedio de la estación fría durante los períodos de efecto lago generalmente disminuyó hacia el norte de Cottonwood Canyons con 1.46, 1.61, 1.59 y 1.01 pulgadas en las estaciones SNOTEL de Parleys Summit, Lookout Peak, Farmington y Ben Lomond Peak. , respectivamente. Los valores en otras estaciones oscilaron entre 0,33 y 1,32 pulgadas, el último en la estación Payson Ranger al sureste del lago Utah. En algunos de estos sitios, especialmente aquellos en Bear River Range y el oeste de Uintas, gran parte de esta precipitación fue producida por características de precipitación sin efecto de lago que ocurrieron simultáneamente con la precipitación con efecto de lago.

Figura 4. a) Equivalente en agua de la precipitación durante los períodos de efecto lago de estación fría (16 de septiembre – 15 de mayo) durante los años hidrológico 1998–2009. b) Fracción de precipitación de estación fría producida durante los períodos de efecto lago durante los años hidrológico 1998–2009. Orillas de los lagos basadas en rodales altos y bajos durante el período de estudio con anotaciones en las cuencas de los ríos Bear, Weber y Jordan-Provo. Datos de Yeager et al. (2013).

La fracción promedio de la precipitación total de estación fría producida durante los períodos de efecto lago fue de 8,4 % y 6,3 % en Dry Fork y Rocky Basin-Settlement en las montañas Oquirrh y de 5,9 % y 5,1 % en Mill D North y Snowbird en Cottonwood Canyons ( Figura 4b). Las montañas Oquirrh son más secas que los Cottonwoods durante los períodos sin efecto lago, lo que produce las fracciones más altas. Las fracciones más bajas se encuentran en las estaciones Ben Lomond Peak y Trail SNOTEL en el norte de Wasatch (2,0% y 1,6% respectivamente).

Las observaciones de Snowbird brindan información adicional sobre las características de los períodos del efecto del lago. Durante el período de estudio de 12 estaciones frías, solo 13 períodos de efecto lago, o alrededor del 10 % de los períodos, produjeron el 50 % de la precipitación por efecto lago en Snowbird. Por lo tanto, aproximadamente una gran tormenta por año fue responsable de la mitad de la precipitación por efecto lago en Snowbird, lo que equivale a aproximadamente 1,2 pulgadas de agua. De un año a otro, la cantidad de precipitación en la estación fría durante los períodos de efecto lago en Snowbird varió desde 5,04 pulgadas en el año hidrológico 2002 (alrededor del 12 % de la precipitación en esa estación fría) hasta 0,51 pulgadas. en el año hidrológico 2003 (alrededor del 1% de la precipitación en la estación fría). Una oscilación tan amplia en años consecutivos ilustra que las variaciones de un año a otro en el efecto del lago no pueden explicarse únicamente por los cambios en el área del lago. La meteorología, especialmente la frecuencia y las características de los pasajes de frentes fríos y los brotes de aire frío asociados, también juegan un papel importante. Sin embargo, el área del lago podría tener implicaciones a más largo plazo para la precipitación, como se analiza en la sección 2e.

d. Contribución de los períodos de efecto lago al caudal

Para el norte de Utah y las principales cuencas de drenaje del Gran Lago Salado, entre el 50 % y el 80 % del caudal anual se produce durante el período de cuatro meses de deshielo (de abril a julio), pero incluso durante los períodos de bajo caudal, el agua de los arroyos es predominantemente compuesto de nieve derretida que recarga las aguas subterráneas y se libera lentamente durante el año. El porcentaje varía de una cuenca a otra y de un año a otro dependiendo de muchos factores que incluyen la altitud, el aspecto y otras características geográficas y ecológicas de la cuenca, el almacenamiento de agua subterránea anterior, la cantidad de precipitación que cae en forma de nieve y se retiene en la capa de nieve al final de la temporada, y si es una temporada alta o baja de nieve.

Hasta donde sabemos, no hay estudios revisados ​​por pares que calculen la contribución de la precipitación por efecto del lago al flujo de la corriente en ninguna cuenca hidrológica del norte de Utah. Las estimaciones en la sección 2c son la contribución de los períodos de efecto lago a precipitación, que no es equivalente a la contribución al caudal. Con estas advertencias en mente, proporcionamos una discusión a continuación como guía general, pero enfatizamos que se necesita más investigación.

Como se discutió en la sección 2c, la cantidad de precipitación producida durante los períodos de efecto lago es mayor en Cottonwood Canyons y Oquirrh Mountains. Sin embargo, es probable que el porcentaje de precipitación por efecto del lago que se convierte en flujo fluvial sea mayor en Cottonwoods, donde hay mayor altitud, terreno orientado al norte y la climatología favorece una mayor precipitación y una capa de nieve más profunda. Estos factores favorecen una mayor conversión de la precipitación en caudal. Por lo tanto, anticipamos que el efecto lago contribuye a una mayor volumen de caudal en Little y Big Cottonwood Creeks que en los arroyos que salen de las montañas Oquirrh. Sin embargo, es posible que el efecto lago contribuya en mayor medida fracción del flujo de la corriente a los arroyos que salen de las montañas Oquirrh donde la precipitación durante no lago-

períodos de efecto es menor que en los Cottonwoods.

Como se describe en la sección 2c, los períodos de efecto lago produjeron en promedio 5.1 a 5.9 % de la precipitación en los sitios de SNOTEL en Cottonwood Canyons durante las estaciones frías de 1998 a 2009. No se sabe si la contribución del efecto del lago al flujo de la corriente en Little y Big Cottonwood Creeks escala de manera similar, pero sugerimos que puede estar cerca. Incluso podría ser levemente más alto. Esto se debe a que las tormentas con efecto lago tienden a ser más frías, con niveles de nieve más bajos, lo que contribuye a una mayor fracción de la capa de nieve en elevaciones bajas. Además, la adición de nieve con efecto de lago puede aumentar el rendimiento del flujo de la corriente incluso sin efecto de lago al crear una capa de nieve más profunda. Por otro lado, estos números relativamente bajos ilustran que la precipitación sin efecto lago es el principal impulsor del caudal en Cottonwood Canyons.

La dificultad de relacionar las pequeñas cantidades de precipitación asociadas con las tormentas de efecto lago con el caudal surge principalmente de la alta variabilidad de un sitio a otro y de un año a otro en la eficiencia de la escorrentía. En Little Cottonwood Canyon, el caudal anual medio es el 63 % de la precipitación media anual, pero ese valor oscila entre el 45 % y el 80 % de un año a otro. En Big Cottonwood Canyon, el caudal anual medio es el 49 % de la precipitación media anual, pero los valores oscilan entre el 32 % y el 65 %. Por lo tanto, la variabilidad natural en la generación de caudales es significativamente mayor que el efecto del lago. Además, un clima más cálido está dando como resultado que el derretimiento de la nieve comience antes y sea menos eficiente en la generación de caudal/escorrentía. La nieve con efecto lago en la primavera también puede aumentar la cantidad de luz solar reflejada por la superficie de la nieve, lo que puede retrasar el derretimiento después de una tormenta. Este es probablemente un efecto pequeño, pero contribuiría a una mayor eficiencia

generación de caudales.

mi. Influencia del tamaño del lago en la precipitación

En un año determinado, la precipitación por efecto lago depende de las características del lago y meteorología. Durante el período de estudio de 1998 a 2009, cuando el área del Gran Lago Salado se redujo de 1750 a 1200 millas cuadradas, el área del lago explicaba mal las variaciones de año a año en la precipitación por efecto del lago. Las tres temporadas más grandes de efecto lago en Snowbird, por ejemplo, fueron 2002 cuando el área del lago estaba cerca del promedio de 1500 millas cuadradas para el período de estudio, 1998 cuando el área del lago estaba cerca del máximo de 1750 millas cuadradas para el período de estudio y 2009 cuando el área del lago estaba cerca del mínimo de 1200 millas cuadradas para el período. Esto se debe a que las características de los brotes de aire frío que ocurren cada estación fría, especialmente aquellos que contribuyen a los intensos períodos de efecto lago, también afectan la precipitación por efecto lago. Esto oscurece la señal del área del lago si se examina un período relativamente corto de alrededor de una década.

Sin embargo, es probable que el área del lago influya en las características de las tormentas con efecto de lago y que esto sea detectable durante un registro más largo de varias décadas o podría ilustrarse utilizando modelos climáticos regionales. No tenemos conocimiento de ningún estudio revisado por pares que haya intentado hacer esto. Además, sugerimos que puede haber puntos de inflexión en los que un pequeño cambio en la elevación (y el área) del lago produzca un cambio significativo en las características del efecto del lago. La elevación del lago no solo afecta el área sino también la forma, lo que a su vez influye en las características de las tormentas con efecto de lago. En altura (4211 pies) y elevaciones de 4200 pies, el Gran Lago Salado ocupa las bahías de Farmington y Bear River (Figura 5). Sin embargo, cerca y debajo de la base histórica baja (4291 pies), el lago está confinado a una región alargada a lo largo del eje de los brazos norte y sur. En estos niveles, el lago es bastante angosto, lo que reduce potencialmente el rango de direcciones de flujo que pueden generar efectivamente el efecto del lago. Para niveles más bajos del lago, la disminución de la precipitación por efecto del lago podría ser mayor, por ejemplo, en las montañas del área de Bountiful que en las montañas Oquirrh. Se necesita investigación para explorar estos efectos.

Figura 5. Cobertura del Gran Lago Salado a 4211 pies (nivel alto), 4200 pies (promedio histórico), 4191 pies (nivel bajo), 4180 pies y 4170 pies. Fuente batimétrica del Gran Lago Salado: Tarboton, D. (2017). Batimetría del Gran Lago Salado, HydroShare, http://www.hydroshare.org/resource/582060f00f6b443bb26e896426d9f62a. Fuentes de sombreado: Esrii, USGS, FAO, NOAA.

F. Influencias de la salinidad del lago en las nevadas.

La salinidad reduce la transferencia de agua del lago a la atmósfera a través de la evaporación. La reducción aumenta con la salinidad, especialmente a salinidades altas como las que se encuentran en la mitad norte del lago. Debido al contraste de salinidad, la transferencia de agua del lago a la atmósfera a través de la evaporación tiende a ser mayor en la mitad sur del lago que en la mitad norte.

Los científicos han incorporado estos efectos en simulaciones de modelos informáticos de tormentas con efecto lago. Para un evento, la salinidad produjo una reducción del 17 % en las nevadas en comparación con una simulación con agua dulce. Es probable que los aumentos en la salinidad que acompañan a la reducción del Gran Lago Salado, que ocurriría principalmente en la mitad sur del lago, reducirían aún más la precipitación por efecto del lago.

3. Fuentes y bibliografía

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