Καταιγίδα: Συνθήκες για καταιγίδα στη Θεσσαλονίκη.

Οι καταιγιδες αποτελουν ένα εντυπωσιακο αλλά και πολλες φορες καταστρεπτικο φαινομενο, κυριως λογω του μεγαλου ογκου νερου που πεφτει σε μικρο χρονικο διαστημα λογω μεγαλων ραγδαιοτητων που προκαλουν πλημμυρικα φαινομενα, των κεραυνων που είναι ακρως επικινδυνοι για την σωματικη ακεραιοτητα των ανθρωπων, των χαλαζοπτωσεων καθως και των μεγαλων ανεμων που συνοδευουν πολλες φορες μια καταιγιδα ειτε λογω καθοδικων ανεμων, ειτε λογω δημιουργιας ενός από τα βιαιοτερα καιρικα φαινομενα, των σιφωνων (ανεμοστροβιλων). Ποιές είναι όμως τελικά οι συνθήκες για να εκδηλωθεί μία καταιγίδα στη Θεσσαλονίκη.

Καταιγίδα ονομαζεται το καιρικο φαινομενο σε μια περιοχη, που προκαλειται από συννεφα τυπου σωρειτομελανια στα οποια υπαρχει ηλεκτρικη δραστηριοτητα που είναι στην εμβελια αυτης της περιοχης. Αν δηλαδη πανω από μια περιοχη υπαρξει συννεφια(με σωρειτομελανιες) και υπαρξουν αστραπες ή κεραυνοι τοτε ακομα και χωρις να υπαρξει βροχη μπορουμε να πουμε ότι αυτή η περιοχη πληγηκε από καταιγιδα.

Για την δημιουργια μιας καταιγιδας χρειαζονται ΠΑΝΤΑ 3 γενικοι παραγοντες. Αν ενας τουλαχιστον λειπει, τοτε δεν είναι δυνατον να αναπτυχθει καταιγιδα. Αυτοι οι παραγοντες είναι:
1) Υπαρξη ασταθειας στην ατμοσφαιρα, απαραιτητη δηλαδη η υπαρξη μιας ασταθους αεριας μαζας.
2) Υπαρξη αρκετης υγρασιας, κυριως στο οριακο στρωμα εδαφους, αλλά και στην τροποσφαιρα.
3) Ενας μηχανισμος ανυψωσης της αεριας μαζας από το εδαφος, πχ με θερμανση από τον ηλιο, με
ψυχρο/θερμο μετωπο, ανωτερη τραφ, λογω ορεογραφιας(βουνων), συγκλισης ανεμων, κλπ.

 

 

Εάν μαζι με τους 3 αυτους παραγοντες υπαρχει και καποια διατμηση(αλλαγη κατευθυνσης ή ταχυτητας του ανεμου με το υψος) τοτε δυναται να αναπτυχθει το ισχυροτερο και καταστρεπτικοτερο ειδος καταιγιδας η υπερκυτταρη(Supercell).

Κοινο γνωρισμα ολων των καταιγιδων είναι η υπαρξη μιας δυναμικης δομης κυκλοφοριας κατακορυφης αναπτυξης η οποια ονομαζεται κυτταρο(cell). Ένα καταιγιδοφορο νεφος(σωρειτομελανιας) μπορει να αποτελειται από πολλαπλα κυτταρα σε διάφορα σταδια αναπτυξης.
Μια μονοκυτταρη καταιγιδα είναι η λιγοτερη βιαια και καταστρεπτικη μορφη που μπορει να παρει, εκτεινεται σε μικρη περιοχη, διαρκει μιση εως μια ωρα και τα ανοδικα της ρευματα είναι το πολύ εως 10 m/s.
Μια πολυκυτταρη καταιγιδα από την άλλη μπορει να διαρκεσει πολλες ωρες, εκτεινεται σε μεγαλη επιφανεια, μπορει να εκτεινεται ακομη και σε δεκαδες ή και εκατονταδες χιλιομετρα, μπορει να προκαλεσει σφοδρους ανεμους, ανεμοστροβιλους, πλημμυρες, χαλαζι, γραμμες λαιλαπας, μπορει να απαπτυχθει σε MCS(Mesoscale Convective System), κλπ.
Μια υπερκυτταρη καταιγιδα είναι το πιο καταστρεπτικο ειδος καταιγιδας και συνηθως προκαλει, ισχυροτατα καιρικα φαινομενα, από ραγδαιες βροχοπτωσεις με πλημμυρες, ανεμοστροβιλους, σφοδρους καθοδικους ανεμους και μεγαλο σε μεγεθος χαλαζι, ενώ μπορει να διαρκεσει επισης πολλες ωρες.

Υπερκυτταρη καταιγιδα.

 

Η ασταθεια της ατμοσφαιρας, δηλαδη το ποσο εντονες είναι οι κατακορυφες ανοδικες κινησεις, μπορει να κατανοηθει αν παρατηρησουμε ένα απλο θερμοδυναμικο διαγραμμα Θερμοκρασιας-Υψους. Η υγρη αδιαβατικη θερμοβαδμιδα(Γs) είναι η θερμοκρασια που εχει μια ανερχομενη κορεσμενη από υδρατμους μαζα αερα, αναλογως με το υψος, και είναι πεφτει περιπου 6 °C ανα 1000 μετρα ανοδου ή και λιγοτερο από 6 °C, ενω η ξηρη αδιαβατικη θερμοβαδμιδα(Γd) είναι η θερμοκρασια που εχει μια ανερχομενη μη κορεσμενη από υδρατμους μαζα αερα, αναλογως με το υψος, και πεφτει περιπου 9.8 °C ανα 1000 μετρα ανοδου στην ατμοσφαιρα.
Επειδη μια κορεσμενη μαζα αερα όταν ανεβαινει σε υψος, και αφου θεωρητικα εχουμε πτωση της θερμοκρασιας καθ υψος, συναντα μικροτερες θερμοκρασιες οποτε εχουμε συμπυκνωση αρα απελευθερωνεται λανθανουσα ενεργεια από τους υδρατμους του αεριου νερου, οποτε εχουμε αυξηση της θερμοκρασιας της ανυψουμενης αεριας μαζας, οποτε η υγρη θερμοβαθμιδα είναι μικροτερη από την ξηρη θερμοβαθμιδα.

Ετσι με βαση τις 2 αυτές θερμοβαθμιδες εχουμε τις διάφορες καταστασεις της ατμοσφαιρας συγκρινοντας τις με την καμπυλη θερμοκρασιας του περιβαλλοντος(γ). Ετσι εχουμε:
1) Αν γ < Γs τοτε η ατμοσφαιρα είναι απολυτα ευσταθης.
2) Αν γ > Γd τοτε η ατμοσφαιρα είναι απολυτα ασταθης.
3) Αν Γs < γ < Γd τοτε η ατμοσφαιρα είναι υπο συνθηκη ασταθης.

Απολυτη ευσταθια. Η δημιουργια καταιγιδων δεν είναι δυνατη.

Απολυτη ασταθεια. Η δημιουργια καταιγιδοφορου νεφους είναι σιγουρη παρουσια υγρασιας.

Υπο συνθηκη ασταθεια. Η δημιουργια καταιγιδας θα εξαρτηθει αν υπαρχει αρκετη υγρασια στην τροποσφαιρα και αν υπαρχει μηχανισμος ανυψωσης.

Όταν υπαρχει απολυτη ευσταθεια δεν υπαρχουν γενικα ανοδικες κινησεις οποτε δεν μπορουν να αναπτυχθουν καταιγιδες.
Όταν υπαρχει απολυτη ασταθεια σημαινει ότι η ατμοσφαιρα είναι εξαιρετικα ασταθης και θα υπαρχουν ανυψωτικες κινησεις οποτε και δημιουργια καταιγιδας.
Συνηθως βεβαια όταν υπαρχει ασταθεια, υπαρχει ασταθεια υπο συνθηκη. Δηλαδη εξαρταται από την ποσοτητα υδρατμων(σχετικη υγρασια) που υπαρχουν στην ατμοσφαιρα(κυριως στα κατω στρωματα). Και σε κατασταση υπο συνθηκης ασταθειας οσο μικροτερη είναι η σχετικη υγρασια της ατμοσφαιρας τοσο μικροτερη είναι η ασταθεια και η πιθανοτητα αναπτυξης καταιγιδας.

Για την μελετη της ασταθειας χρησιμοποιουμε διάφορα θερμοδυναμικα διαγραμματα (Skew-T, τεφιγραμμα, κλπ) και βλεπουμε την θεωρητικη κινηση ενός ανερχομενου αεριου δειγματος.

Η αερια μαζα για να ανυψωθει προς τα πανω θελει έναν μηχανισμο που να την ωθησει προς τα πανω. Οι μηχανισμοι διακρινονται σε 2 μεγαλες κατηγοριες.
Σε α)ανυψωση λογω (διαβατικης) θερμανσης του εδαφους από τον ηλιο και σε β)εξαναγκασμενη ανυψωση λογω πχ ορεογραφιας, λογω περασματος θερμου/ψυχρου μετωπου ή τραφ, συγκλισεως ανεμου, κ.α

Στην (α) περιπτωση ο ηλιος θερμαινει το εδαφος και αυτό με την σειρα του τον αερα πανω από αυτό. Αυτος ως θερμοτερος του περιβαλλοντος ανυψωνεται και ψυχεται οσο ανεβαινει σε υψος. Σε καποια στιγμη θα υπαρξει συμπυκνωση και δημιουργια νεφων. Το αν θα συνεχιστει η ανυψωτικη κινηση και η εκ νεου συμπυκνωση εξαρταται από το πόσο αυτή η αερια μαζα που θερμανθηκε από το εδαφος φτασει σε μια ορισμενη θερμοκρασια(convective temperature) Τc.
Αν η θερμοκρασια αερα στο εδαφος φτασει την Τc τοτε θα υπαρξει ανυψωση του αερα, αυτός θα υγροποιηθει και θα εξακολουθησει να ανυψωνεται ακολουθωντας την υγρη αδιαβατικη, αρα θα εχουμε την δημιουργια νεφων κατακορυφης αναπτυξης.

Στην (β) περιπτωση η ελευση ενός θερμου ή ψυχρου μετωπου ή μιας τραφ(αυλωνα), ή η συγκλιση αεριων μαζων, εξαναγκαζει τον αερα να κινηθει προς τα πανω. Ή καθως ο αερας κινειται οριζοντια και συνανταει ένα βουνο τοτε αναγκαζεται να κινηθει προς τα πανω(ορογραφικη ανυψωση για αυτό τα ορεινα εχουν πολύ περισσοτερες περιπτωσεις καταιγιδων και νεφωσεων) και να συμπυκνωθει.

Αυτοι είναι οι κυριοι μηχανισμοι ανυψωσης.

Για την μελετη του (α) εχουμε ορισει μια σταθμη συμπυκνωσης(υγροποιησης/νεφοποιησης) λογω ανοδικης μεταφορας λογω ηλιου, την CCL.
Αυτή μπορει να βρεθει σε ένα Skew-T πχ, αν από το σημειο δροσου στο εδαφος(μπλε διακεκομμενη γραμμη) ακολουθησουμε την ισόυγρη(την γραμμη οπου παραμενει σταθερη η απολυτη υγρασια-γαλαζιες διακεκομμενες γραμμες) ωσπου να συναντησουμε την καμπυλη θερμοκρασιας περιβαλλοντος.
Ενώ η Τc μπορει να βρεθει αν από το CCL ακολουθησουμε την ξηρη αδιαβατικη ως το εδαφος(πρασινο στο παρακατω σχημα).
Οποτε αν η θερμοκρασια εδαφους σε μια ημερα είναι ιση ή παραπανω απο την Tc τοτε θα υπαρξει ανυψωση εως το CCL οπου είναι το υψος οπου θα υπαρξει και συμπυκνωση(νεφοποιηση), και από εκει και πανω, εφοσον υπαρχει ασταθεια, ελευθερη ανυψωση με ταυτοχρονη νεφοποιηση, δημιουργια δηλαδη καταιγιδοφορου κυτταρου.

 

Για την μελετη του (β) εχουμε ορισει μια σταθμη συμπυκνωσης(υγροποιησης/νεφοποιησης) λογω εξαναγκασμενης ανοδικης μεταφορας(λογω καποια από τις προαναφερθεισες αιτιες) , την LCL.
Αυτή μπορει να βρεθει σε ένα Skew-T, αν βρουμε το σημειο τομης της ισόυγρης από το σημειο δροσου στο εδαφος με την ξηρη αδιαβατικη από το εδαφος(παιρνοντας την θερμοκρασια του αερα στο εδαφος δηλαδη και ανεβαινοντας προς τα πανω με ξηρη αδιαβατικη). Εκει που τεμνονται αυτές οι 2 καμπυλες εχουμε την σταθμη του LCL οπου θα συντελεστει νεφοποιηση λογω εξαναγκασμενης ανοδικης κινησης.
Επισης εχουμε ορισει μια σταθμη ελευθερης ανοδικης μεταφορας LFC οπου αν φτασει μια αερια μαζα εως εκει(στις εκει συνθηκες) τοτε θα κινηθει προς τα πανω, χωρις δηλαδη να είναι απαραιτητος καποιος εξωτερικος μηχανισμος όπως ψυχρο μετωπο, θερμανση λογω ηλιου, κλπ, και θα υπαρξει δημιουργια κατακορυφης νεφωσης. Το LFC βρισκεται όταν από το LCL, παμε προς τα πανω μεσω μιας υγρης αδιαβατικης και συναντησουμε για 1η φορα την καμπυλη της θερμοκρασιας περιβαλλοντος.

Ο συνηθέστερος μηχανισμος καταιγιδων στην Θεσσαλονικη είναι με μεγαλη διαφορά ο (β). Ετσι λοιπον εχει ενδιαφερον να δουμε ένα παραδειγμα για το πώς αναλυουμε ένα θερμοδιαγραμμα ειτε από μια προβλεψη ενός μοντελου πχ για προγνωστικους λογους, ειτε από μια ραδιοβοληση. Η αναλυση θα γινει για εξαναγκασμενη ανοδικη κινηση από το εδαφος.

Εχουμε λοιπον μια προσφατη περιπτωση θερμοδιαγραμματος προβλεψης του μοντελου GFS για 27 Ιουλιου 2017 ωρα 15:00 για την Θεσσαλονικη.

Βλεπουμε ότι εχουμε τα προαναφερθεντα επιπεδα των LCL και LFC, η κοκκινη γραμμη είναι η θερμοκρασια του περιβαλλοντος ανα υψος και η μπλε διακεκομμενη το σημειο δροσου ανα υψος, ενώ η σκουρη κοκκινη γραμμη η πορεια που θα εχει μια μαζα αερα (που θα εξαναγκαστει μεσω ενός από τους μηχανισμους του (β)) κατά την ανοδο της στην ατμοσφαιρα εως την σταθμη EL οπου από εκει και περα σταματαει η κατακορυφη αναπτυξη του νεφους(και εχουμε το γνωστο απλωμα των νεφων το λεγομενο αμονι).

Στην επομενη εικονα βλεπουμε ότι αναμεσα στην θερμοκρασια περιβαλλοντος και την πορεια της αεριας μαζας εχουμε καποιες περιοχες να σχηματιζονται οι οποιες εχουν χρωματιστει. Με μπλε όταν η θερμοκρασια περιβαλλοντος είναι δεξια και με κοκκινο όταν είναι αριστερα της καμπυλης της πορειας της αεριας μαζας.

Τα εμβαδα αυτά μας δειχνουν το πόσο ευκολα ή δυσκολα η αερια μαζα μπορει να κινηθει προς τα πανω.
Η περιοχη με κοκκινο χρωμα μας δειχνει πόση διαθεσιμη ενεργεια υπαρχει για να κινηθει η αερια μαζα προς τα πανω εφοσον φτασει στο LFC. Και οσο μεγαλυτερο εμβαδον τοσο μεγαλυτερη η διαθεσιμη ενεργεια που θα ωθησει την μαζα προς τα πανω εφοσον αυτή φτασει στο LFC.
Η περιοχη με μπλε χρωμα μας δειχνει πόση διαθεσιμη ενεργεια πρεπει να δαπανηθει ώστε η αερια μαζα να φτασει στο LCL και μετα στο LFC για να κινηθει μονη της μετα προς τα πανω. Και οσο μεγαλυτερο εμβαδον τοσο μεγαλυτερη η ενεργεια που πρεπει να δαπανηθει για να φτασει η μαζα στο LFC.

Το εμβαδον της περιοχης με κοκκινο αντιστοιχει και είναι αναλογο με το λεγομενο CAPE, που δειχνει την δυνητικα διαθεσιμη ενεργεια για κατακορυφη μεταφορα(ανοδικη μεταφορα) και είναι από τα πιο σημαντικα στοιχεια στην προβλεψη μιας καταιγιδας αφου δειχνει το ποσο εντονες ανοδικες κινησεις μπορουν να υπαρξουν. Οσο πιο μεγαλο CAPE τοσο εντονοτερες ανοδικες κινησεις μπορουν να υπαρξουν.
Ενώ το εμβαδον της περιοχης με μπλε αντιστοιχει και είναι αναλογο με το λεγομενο CIN, που δειχνει την ενεργεια που πρεπει να ξοδευτει για να υπαρξει κατακορυφη μεταφορα της αεριας μαζας εως το LFC.

Πρεπει να αναφερθει ότι αν για να βρουμε το LCL, βρισκουμε το σημειο τομης της ισόυγρης από το σημειο δροσου στο εδαφος με την ξηρη αδιαβατικη από το εδαφος, παιρνοντας δηλαδη την θερμοκρασια του αερα στο εδαφος και ανεβαινοντας προς τα πανω με ξηρη αδιαβατικη. Αν παρουμε το CAPE με βαση αυτό το LCL τοτε μιλαμε για το SB-CAPE.
Αν παρουμε όμως για να βρουμε το LCL, το σημειο τομης της ισόυγρης από τον μεσο όρο του σημειου δροσου του στρωματος 50 hPa ή 100 hPa, με την ξηρη αδιαβατικη από την τιμη της μεσης τιμης της θερμοκρασιας του στρωματος 50 hPa ή 100 hPa τοτε παιρνουμε το ML-CAPE με βαση αυτό το LCL.

Για την Θεσσαλονικη στα μοντελα GFS και ECMWF πιο αντιπροσωπευτικο της ασταθειας είναι να κοιταμε το SBCAPE συνηθως. Και παλι βεβαια συνηθως τα μοντελα υποεκτιμουν την σχετικη υγρασια στο εδαφος για την περιοχη της Θεσσαλονικης, οποτε η ασταθεια είναι συνηθως μεγαλυτερη από οσο την δειχνουν.

Ετσι εχουμε ότι διαγραμματα με μεγαλο CIN δινουν μεγαλυτερη δυσκολια στην ανυψωση της αεριας μαζας στο LFC οπου εκει αρχιζει η αερια μαζα και κινειται μονη της. Οποτε χρειαζεται ο μηχανισμος ανυψωσης(μετωπα, συγκλιση κλπ) να υπερπηδησει και να αντισταθμισει αρκετα μεγαλη ενεργεια.
Αντιθετα μικρο CIN σημαινει μεγαλη ευκολια στο να φτασει η αερια μαζα στο LFC και να αρχισει η αναπτυξη του καταιγιδοφορου νεφους.
Βεβαια οι ισχυροτερες καταιγιδες γινονται με την υπαρξη αρκετα μεγαλων τιμων CIN παρα με μικροτερων τιμων. Η υπαρξη μηδενικου πχ CIN, εξασφαλιζει ότι (αν υπαρχει βεβαια και CAPE) θα δημιουργηθει καταιγιδοφορο νεφος και καταιγιδα, αλλα εκτος αν ολοι οι αλλοι παραγοντες δεν είναι τοσο ισχυροι, δεν θα είναι τοσο ισχυρη.
Τιμες CIN αναμεσα στο 0 J/kg – 50 J/kg δειχνουν μικρο CIN, τιμες αναμεσα στο 51 J/kg – 199 J/kg δειχνουν μετριο CIN ενώ τιμες πανω από 200 J/kg δειχνουν μεγαλο CIN.
Για την Θεσσαλονικη, στατιστικα, τιμες CIN πανω από 150 J/kg στην γυρω περιοχη της Κεντρικης Μακεδονιας, συνηθως δεν υπερνικιουνται και δυσκολευουν την αναπτυξη ή διελευση καποιας καταιγιδας. Χωρις αυτό να αποτελει και απαγορευτικο κανονα αφου εχουν υπαρξει και καταιγιδες με πολύ μεγαλα CIN.

Αντιθετα τα πραγματα είναι πολύ πιο απλα με το CAPE, οπου οσο πιο μεγαλη τιμη τοσο πιο εντονες οι ανοδικες κινησεις θα είναι(πανω από το LFC).
Ενας γενικος οδηγος είναι ότι τιμες CAPE εως 1000 J/kg είναι σχετικα μικρες και δινουν μικρη πιθανοτητα για ισχυρες καταιγιδες, τιμες από 1000 J/kg εως 2500 J/kg είναι μεγαλες και δινουν μεγαλη πιθανοτητα για ισχυρες καταιγιδες, ενώ τιμες πανω από 2500 J/kg είναι εξαιρετικα μεγαλες και δινουν μεγαλη πιθανοτητα για ισχυρες καταιγιδες(πχ και υπερκυτταρες) και χαλαζοπτωσεις.
Δηλαδη:
CAPE < 1000 J/kg δημιουργια μετριων καταιγιδων
1000 J/kg <= CAPE <= 2500 J/kg δημιουργια ισχυρων καταιγιδων
2500 J/kg < CAPE δημιουργια πολύ ισχυρων καταιγιδων (με πιθανους ανεμοστροβιλους, υπερκυτταρικες,
μεγαλου χαλαζιου κλπ).

Ενω για την περιοχη της Θεσσαλονικης ισχυει ότι οταν τα μοντελα δινουν CAPE από 600 J/kg (φυσικα παντα μιλαμε παρουσια μηχανισμου ανυψωσης για να φτασουμε στο LFC) και πανω τοτε η πιθανοτητα εκδηλωσης καταιγιδας, ακομα και ισχυρης, είναι μεγαλη. Και αυτό διοτι ενώ γενικα για κάθε περιοχη η προβλεψη του CAPE από τα μοντελα είναι δυσκολη και εχει ένα σφαλμα ±500 J/kg, για την περιοχη της Θεσσαλονικης το σφαλμα πιθανοτατα είναι ακομα μεγαλυτερο και μαλιστα είναι παντα στο μειον, δηλαδη υποεκτιμουν το CAPE, αφου τα μοντελα υποεκτιμουν την σχετικη υγρασια της Θεσσαλονικης αλλά και γενικα των περιοχων δυτικοτερα και πλησιον της Θεσσαλονικης.
Το δε σφαλμα στην υποεκτιμηση του CAPE είναι μεγαλυτερο στο Ευρωπαικο(ECMWF) μοντελο αφου εχει μεγαλο προβλημα στην υποεκτιμηση του τους θερινους μηνες.

Το μεγαλο σφαλμα στο CAPE, προερχεται από την δυσκολια να προβλεψουν με ακριβεια την σχετικη υγρασια εδαφους μιας περιοχης και το CAPE είναι ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ ευαισθητο στην σχετικη υγρασια αλλά και στην θερμοκρασια του εδαφους ή του οριακου στρωματος των πρωτων 50 hPa ή 100 hPa όπως φαινεται στις παρακατω εικονες. Στη δε Θεσσαλονικη η σχετικη υγρασια τις περισσοτερες φορες υποεκτιμαται πολύ από τα μοντελα.

Πχ εδώ εχουμε μια τυπικη κατασταση με SBCAPE = 1157 J/kg για σχετικη υγρασια εδαφους 50%.

Αν αλλαξουμε την σχετικη υγρασια σε μολις 5% πανω, δηλαδη σε 55% τοτε το CAPE γινεται 1731 J/kg
Δηλαδη ανεβηκε σχεδον 600 J/kg !!

 

Και μιας και τα σφαλματα της σχετικης υγρασιας τους καλοκαιρινους μηνες από τα μοντελα είναι ακομα και 20% υποεκτιμησεις, καταλαβαινει κανείς τα σφαλματα στην προβλεψη του CAPE για την περιοχη της Θεσσαλονικης αλλά και για ολοκληρη την περιοχη της Μακεδονιας βασικα.

 

Αλλοι δεικτες για την προβλεψη σοβαροτητας μιας καταιγιδας είναι:

Το κανονικοποιημενο CAPE (NCAPE) που δειχνει την κατακορυφη κατανομη του CAPE. Οσο πιο «λεπτο» δηλαδη είναι το εμβαδον του CAPE τοσο λιγοτερο εντονες ανοδικες κινησεις και τοσο λιγοτερο βιαιοτερες καταιγιδες εχουμε. Οσο πιο «παχυ» τοσο βιαιοτερες καταιγιδες πρεπει να περιμενουμε. Τιμες NCAPE από 0.1 m/s^2 και κατω δειχνουν μικρο NCAPE, ενώ από 0.3 m/s^2 και πανω δειχνουν μεγαλο NCAPE και εντονοτερα/βιαιοτερα φαινομενα, σε συνδιασμο παντα με τους αλλους δεικτες.
Στην κεντρικη Μακεδονια τιμες NCAPE πανω από 0.2 m/s^2 συνοδευουν τις ισχυρες καταιγιδες της.

Ο δεικτης ΤΤ(TotalTotals) δειχνει την βιαιοτητα των καταιγιδων παροτι στην προβλεψη ισχυρων καταιγιδων για την Θεσσαλονικη, εμπειρικα δεν τα παει και τοσο καλα. Για την περιοχη της κεντρικης Μακεδονιας τιμες πανω από 44 συνηθως συνοδευουν τις ισχυρες καταιγιδες με μεσο ορο το ΤΤ=49 για τις ισχυρες καταιγιδες της.
Ετσι ισχυουν γενικα:
ΤΤ < 44 Δυσκολο να υπαρξουν καταιγιδες,
44 <= Τ <= 50 Πιθανες καταιγιδες
50< ΤΤ <= 52 Πιθανες καταιγιδες και πιθανη υπαρξη μεμονωμενων ισχυρων καταιγιδων και πιθανων σιφωνων
52< ΤΤ <= 56 Καταιγιδες και πιθανη υπαρξη διασπαρτων ισχυρων καταιγιδων και πιθανων σιφωνων
56< ΤΤ Διασπαρτες πολύ ισχυρες καταιγιδες και πολύ πιθανοι σιφωνες

(Κ-Index) δειχνει την πιθανοτητα αναπτυξης καταιγιδων. Για την Θεσσαλονικη τιμες πανω από 20 συνηθως συνοδευουν τις καταιγιδες.
Ισχυουν γενικα:
15 <= ΚΙ <= 25 Μικρη πιθανοτητα καταιγιδας
25 < ΚΙ <= 30 Καλη πιθανοτητα καταιγιδας
30 < ΚΙ <=40 Μεγαλη πιθανοτητα καταιγιδας
40 < ΚΙ Πολύ μεγαλη πιθανοτητα καταιγιδας

0-6 km bulk shear(BSHR0-6) είναι μια ποσοτητα που δειχνει την διατμηση των ανεμων και είναι καλος οδηγος στο τι ειδους αναπτυξη καταιγιδων θα εχουμε σε συνδιασμο με μεγαλες τιμες CAPE. Ετσι:
BSHR0-6 < 10 m/s μετρια πιθανοτητα για αναπτυξη πολυκυτταρων καταιγιδων και συνηθως αναπτυξη μονοκυτταρων καταιγιδων
10 m/s <= BSHR0-6 < 20 m/s αναπτυξη πολυκυτταρων καταιγιδων και πιθανοτητα ακομα και για υπερκυτταρη καταιγιδα
20 m/s <= BSHR0-6 πιθανοτητα για αναπτυξη υπερκυτταρων καταιγιδων

0-3 km storm relative helicity (SRH0-3) είναι μια ποσοτητα που επισης δειχνει την διατμηση του ανεμου και μαζι με τον BSHR0-6 είναι καλος οδηγος στο τι ειδους αναπτυξη καταιγιδων θα εχουμε (παντα σε συνδιασμο με μεγαλες τιμες CAPE και υπαρξη ανυψωτικου μηχανισμου βεβαια).
Ετσι για τιμες SRH0-3 πανω από 150 m^2/s^2 η πιθανοτητα αναπτυξης υπερκυτταρων καταιγιδων αυξανεται.

0-1 km storm relative helicity (SRH0-1) είναι μια ποσοτητα που επισης δειχνει την διατμηση του ανεμου στο 1ο χιλιομετρο από το εδαφος και είναι καλος οδηγος στην πιθανοτητα για ανεμοστροβιλους (παντα σε συνδιασμο με μεγαλες τιμες CAPE και υπαρξη ανυψωτικου μηχανισμου βεβαια).
Ετσι για τιμες SRH0-1 από 100 m^2/s^2 εως 150 m^2/s^2 η πιθανοτητα αναπτυξης ανεμοστροβιλων είναι μεγαλη.

Εν δυναμει υετισιμο νερο, είναι μια ποσοτητα που δινει το ποση υγρασια υπαρχει στην ατμοσφαιρα και μπορει με την καταιγιδ ανα πεσιε. Υψηλες τιμες ευνοουν πλημμυρικα φαινομενα. Τιμες πανω από 30 mm ευνοουν την δημιουργια οργανωμενων ισχυρων πολυκυτταρων καταιγιδων.

Η πιθανοτητα να σχηματιστει πολυκυτταρη ή υπερκυτταρη καταιγιδα, εκτός από τους πιο πανω δεικτες μπορει να βρεθει και με την μελετη των ανεμων σε έναν οδογραφο.
Εδώ φαινεται και η μορφη σε κάθε περιπτωση:

Όταν υπαρχει καποια καμπυλοτητα στους ανεμους από κατω προς τα πανω με την διευθυνση να αλλαζει σταθερα(εδώ αλλαζει αντικυκλωνικα) αλλά και την ενταση τους να αυξανεται από κατω προς τα πανω, τοτε η πιθανοτητα για υπερκυτταρες καταιγιδες(παρουσια ισχυρου CAPE-ασταθειας) είναι μεγαλη.

Όταν δεν υπαρχει αυτή η καμπυλοτητα αλλά η ενταση των ανεμων αυξανει από κατω προς τα πανω ενώ στα πανω στρωματα υπαρχει μικρη αλλαγη της διευθυνσης των ανεμων, τοτε εχουμε μεγαλη πιθανοτητα για δημιουργια πολυκυτταρων καταιγιδων. Χωρις αυτό να αποκλειει και το ενδεχομενο αναπτυξης και υπερκυτταρης καταιγιδας.

Όταν δεν υπαρχει καποιο συγκεκριμενο πατερν διατμητικου ανεμου από πανω προς τα κατω, και στην ενταση των ανεμων και στην κατευθυνση τους, τοτε οι καταιγιδες είναι μονοκυτταρες ως επι το πλειστον.

Μπορει οι δεικτες προβλεψης να φαινονται πολλοι αλλά στην ουσια μόνο 3 χρειαζονται για την προβλεψη της βιαιοτητας μιας καταιγιδας, το CAPE(ισως και το CIN αν είναι πολύ μεγαλο οποτε αποτελει ανατρεπτικο παραγοντα ενεργοποιησης του CAPE), η υπαρξη καλης υγρασιας στα κατωτερα στρωματα(στο οριακο στρωμα) οπου είναι αυτή που κυριως θα τροφοδοτησει την καταιγιδα με υγρασια και η διατμηση του ανεμου(BSHR0-6 και SRH0-3).
Το αν θα εκδηλωθει καταιγιδα βεβαια, είναι άλλο θεμα και εξαρταται από την υπαρξη μηχανισμους ανυψωσης.

Για την Θεσσαλονικη κυριοι παραγοντες δημιουργιας θερινων(θερινης περιοδου Μαιος-αρχες Οκτωβριου- διοτι οι χειμερινες είναι σχετικα σπανιες) καταιγιδων είναι η ελευση ενός αυλωνα ή ψυχρης λιμνης(κλειστο ανωτερο χαμηλο) στα δυτικα, βορεια, ΒΔ ή στα ΒΑ της Ελλαδας. Σπανιοτερες είναι οι περιπτωσεις με ψυχρη λιμνη στα ΝΔ της Ελλαδας.
Στις περιπτωσεις οπου η ψυχρη λιμνη(ή ο αυλωνας επηρεασμου) είναι στα δυτικα, ΒΔ ή βορεια συνηθως προκαλει καποια μεταφορα θετικου στροβιλισμου στα ανω στρωματα πραγμα που βοηθαει την παραγωγη ανοδικων κινησεων και ως μηχανισμος ανυψωσης αυξανει τις πιθανοτητες δημιουργιας καταιγιδας. Επισης κάθε ελευση ψυχρης λιμνης δημιουργει πιθανα ψυχρα μετωπα ή ανωτερες τραφ οποτε οι μηχανισμοι ανυψωσης αυξανονται. Εξαλλου κάθε ελευση αυλωνα ή ψυχρης λιμνης φερνει ψυχρες αεριες μαζες στα ανωτερα στρωματα οποτε διαμορφωνει το προφιλ της ανω τροποσφαιρας καθιστωντας το ασταθες, οποτε το μόνο που επιπλεον χρειαζεται είναι ένα οριακο στρωμα χαμηλα που να είναι θερμο ή υγρο. Και μιας και την θερινη περιοδο εχουμε συνηθως ζεστη στην επιφανεια, ενώ και η Θεσσαλονικη και η γυρω περιοχες λογω του Θερμαικου εχουν συνηθως υψηλες σχετικες υγρασιες, εχουμε όλα τα συστατικα για την δημιουργια καταιγιδων.

Εάν η ψυχρη λιμνη είναι στα ΝΔ τοτε συνηθως υπαρχει μια συγκλιση κατω στα ποδια της Χαλκιδικης και κατω από τον Θερμαικο οποτε και παλι εχουμε έναν μηχανισμο ανυψωσης. Αν δε, η κινηση της ψυχρης λιμνης γινει προς τα ΒΑ, δημιουργουνται μεσα στο βορειο Αιγαιο καποιες ανωτερες τραφ που λογω ευνοικου στριμ(συνηθως ΝΑ με την λιμνη εκει) επηρεαζουν την περιοχη της Θεσσαλονικης. Και μιας και οι ψυχρες λιμνες κινουνται συνηθως προς τα ανατολικα ή προς τα ΒΑ(ακομα καλυτερα) οι εισερχομενες ψυχρες αεριες μαζες ψηλα δημιουργουν ασταθες προφιλ στα ψηλα στρωματα. Αρα εξασφαλιζετια και η υπο συνθηκη ασταθεια. Οποτε και παλι λογω του ότι μιλαμε για θερινη περιοδο και ζεστη στο εδαφος και λογω των ιδιαιτεροτητων της Θεσσαλονικης και των περιοχων γυρω από αυτην με την υγρασια να είναι αφθονη, και παλι εχουμε πιθανοτητες αναπτυξης καταιγιδων.

Στις περιπτωσεις οπου η λιμνη είναι στα ΒΑ μας και κανει μια μικρη κινηση προς τα δυτικα ή προς τα ΝΔ, τοτε ο μηχανισμος ανυψωσης γινεται η ορεογραφια στα ΒΑ της Θεσσαλονικης και τα ψυχρα μετωπα ή τραφ που συνηθως κατρακυλανε από Ρουμανια-Βουλγαρια φτανοντας εως και τα ορεινα της Χαλκιδικης προτου εκφυλιστουν. Με τους αλλους 3 παραγοντες παρομοιους όπως και πιο πανω.
Αυτές οι καταιγιδες με ΒΑ στριμ φερνουν συνηθως μεγαλες καταιγιδες στα ανατολικα και στο εσωτερικο του νομου Θεσσαλονικης και επηρεαζουν τα ανατολικα προαστια του κεντρου με πολύ καλες πιθανοτητες. Το κεντρο αρκετες φορες επηρεαζεται αλλά όχι με την αρχικη βιαιοτητα των καταιγιδοπυρηνων.

Αλλοι παραγοντες μηχανισμου ανυψωσης είναι οι διάφορες συγκλισεις μεσα στον Θερμαικο που πολύ συχνα συντελουνται λογω της υπαρξης της κοιλαδας του Αξιου που φερνει τον ανεμο Βαρδαρη τη στιγμη που η βαροβαθμιδα δινει αλλους ανεμους. Αυτό σημαινει ότι ενώ η βαροβαθμιδα δινει ΒΑ ανεμο από τα βορεια και νοτιους γενικα ανεμους από τα νοτια, λογω καναλισμου πνεει ο διευθυνσης ΒΒΔ Βαρδαρης και κανει συγκλιση μεσα στον Θερμαικο οποτε με υπαρξη ασταθειας(η υγρασια φυσικα δεν λειπει) εχουμε ισχυροτατες καταιγιδες και πολλες φορες επιμονες οσο διαρκει η συγκλιση. Από τα πιο προσφατα και αξιοπροσεκτα παραδειγματα είναι η μεγαλη καταιγιδα στην περιοχη στις 6 Σεπτεμβριου 2016 οπου πχ στην Νεα Μηχανιωνα Θεσσαλονικης εριξε 300-350 χιλιοστα μεσα σε 12 ωρες!
Αλλοι παραγοντες είναι φυσικα οι ορεογραφια γυρω από την Θεσσαλονικη με πολλα ορη ΝΔ, δυτικα, ΒΔ και ΒΑ που προκαλουν ανυψωση των αεριων μαζων με καταιγιδες που πολλες φορες επιβιωνουν ως το κεντρο Θεσσαλονικης.
Άλλος παραγοντας υποβοηθησης δημιουργιας καταιγιδων είναι η αυρα από τον Θερμαικο που όπως είναι γνωστο εισχωρει ακομα και 20-30 χιλιομετρα μεσα στην στερια και στο τελος αυτης της εισχωρησης ο αερας κινειται ανοδικα προκαλωντας την δημιουργια σωρειτομορφων νεφωσεων. Ή ακομα και σε συγκλισεις αυτης της αυρας με τους καταλληλους ανεμους κυριως με την συγκρουση με τους ΒΒΔ.
Επίσης λογω σχηματος του Θερμαικου κοπλου σε καποιες ιδιαιτερες περιπτωσεις η θαλασσια αυρα κανει τους ανεμους να συγκλινουν σε συγκεκριμενο σημειο δημιουργωντας ανυψωτικες κινησεις.

Οι ισχυροτερες καταιγιδες στο κεντρο της Θεσσαλονίκης είναι κυριως με στριμ βορειο, ΒΔ, ή δυτικο ή ΝΔ, δυτικων δηλαδη διευθυνσεων.
Με ΒΔ στριμ όμως πρεπει να υπαρχει αρκετα ισχυρο αιτιο ανυψωσης(πχ τραφ ή μετωπο ή συγκλιση) γιατι αλλιως δυσκολα η καταιγιδα φτανει στο κεντρο. Και μιας και με ΒΔ στριμ περναει η καταιγιδα μεσα από τον Θερμαικο ισχυει ότι σε περιοδους οπου ο Θερμαικος είναι ακομη ψυχρος, τοτε κατά την διελευση της από εκει εξασθενει και διαλυεται. Αυτό συμβαινει κυριως στους μηνες, Μαιο και Ιουνιο. Από Ιουλιο και μετα όμως συμβαινει το αντιστροφο δηλαδη αν μπει μεσα στον Θερμαικο τοτε γιγαντωνεται πολύ γρηγορα και βλεπει η Θεσσαλονικη από τις βιαιοτερες καταιγιδες στον Ελλαδικο χωρο.
Γενικα οι θερινες καταιγιδες στην Θεσσαλονικη με ΑΝΑ εως ΝΑ στριμ(κινουμενοι αντικυκλωνικα) είναι σπανιες. Πολύ προσφατα βεβαια στις 10 Μαιου 2018 μια τετοια καταιγιδα με Α στριμ επληξε το κεντρο της Θεσσαλονικης προκαλωντας πλημμυρικα φαινομενα με τον σταθμο του Αριστοτελειου πανεπιστημιου Θεσσαλονικης να καταγραφει 68 χιλιοστα σε περιπου 1 ωρα και 72 χιλιοστα συνολικα και ο σταθμος meteothes.gr να καταγραφει σε 20 λεπτα 42.8 χιλιοστα!

Η καταιγιδα εκεινη δεν μεταφερθηκε από καποια γειτονικη περιοχη αλλά δημιουργηθηκε στις ακτες του Θερμαικου πλησιον του κεντρου. Και αυτό το γεγονος με ανατολικο στριμ εχει ξαναγινει 3-4 άλλες φορες, ενώ γενικα η δημιουργια κυτταρου(πυρηνα) καταιγιδας στο κεντρο της πολης είναι γενικα σπανιο. Στην δε εν λογω καταιγιδα, ενώ η δημιουργια της ηταν λιγο δυτικα του κεντρου μεσα στην θαλασσα του Θερμαικου πλησιον των ακτων του κεντρου, και το στριμ ηταν ανατολικο δηλαδη την απομακρυνε από το κεντρο, ωστοσο το propagation της προς τα ανατολικα ηταν τοσο εντονο που επληξε βιαια το κεντρο.

Γενικα δηλαδη μια ελευση ψυχρης λιμνης ή αυλωνα στην θερινη περιοδο οπου η εισχωρηση της είναι τοση ώστε να επηρεαζει την κεντρικη Μακεδονια, φερνει πιθανοτητες καταιγιδας και η προβλεψη γινεται ψαχνοντας να βρουμε πιθανους μηχανισμους ανυψωσης και μελετωντας ένα θερμοδιαγραμμα όχι απαραιτητως της περιοχης που θελουμε να μελετησουμε αφου η καταιγιδα μπορει να ερθει από κοντινες περιοχες οποτε αναλογως το στριμ μελεταμε και αυτές για δημιουργια καταιγιδων, οπου στο θερμοδιαγραμμα παρατηρουμε την υπαρξη ή όχι καλου CAPE, το ποσο μεγαλο CIN υπαρχει και αν ο μηχανισμος ανυψωσης καταφερει να υπερπηδησει το CIN, την μορφη του CAPE(ένα «λεπτο» CAPE δεν είναι και τοσο ενθαρυντικο, αντιθετα ακομα και ένα μικροτερο CAPE οπου είναι «παχυ» κατω είναι καλυτερο), και φυσικα την υπαρξη αρκετης υγρασιας στο κατωτερο οριακο στρωμα(διαφορά θερμοκρασιας-σημειου δροσου κατω από 8 °C είναι γενικα καλα για θερμοκρασιες πανω από 25 °C), αλλά και στο ανωτερο οπου οσο πιο κοντα είναι το σημειο δροσου με την θερμοκρασια τοσο καλυτερα, το LCL(η βαση των νεφων) βεβαια δεν πρεπει να είναι πολύ ψηλο(πανω από 1500 μετρα είναι κακο κατω από 800 μετρα ειναι ευνοικο για την αναπτυξη ανεμοστροβιλων παρουσια φυσικα και των αλλων παραγοντων).

Σε περιπτωσεις όμως οπου η εισχωρηση της ψυχρης λιμνης δεν είναι μεγαλη προς την Ελλαδα, ώστε να επηρεαζει αρκετα την βορεια Ελλαδα, το κεντρο της Θεσσαλονικης εχει έναν αποτρεπτικο παραγοντα στην δημιουργια καταιγιδων και αυτος δεν είναι άλλος από τον Βαρδαρη. Αν λοιπον δεν εχουμε αρκετα νοτια κινηση της ψυχρης λιμνης, τοτε τις περισσοτερες φορες αντι για καταιγιδα βγαινει μια βαροβαθμιδα που ευνοει την εμφανιση βορειων ανεμων οπου για την Θεσσαλονικη είναι ο γνωστος ΒΒΔ ανεμος Βαρδαρης ο οποιος λογω του ότι είναι ξηρος, αρα φερνει χαμηλες σχετικες υγρασιες, οποτε και εξανεμιζει εως και μηδενιζει την ασταθεια αρα και την πιθανοτητα για καταιγιδες.
Σε αντιθεση δηλαδη με τις περιπτωσεις οπου βοηθαει να γινει συγκλιση μεσα στον Θερμαικο και βοηθαει για βροχες στην Θεσσαλονικη, και σε μεγαλη αντιθεση με το ότι τον χειμωνα είναι μαγικος ανεμος αφου λογω του Βαρδαρη η Θεσσαλονικη(μαζι με Κιλκις, ενώ και για Ορεστιαδα ισχυει αυτό εξαιτιας αλλου ανεμου φυσικα) χιονιζεται με πολύ πολύ υψηλοτερες θερμοκρασιακες συνθηκες ψηλα(πολύ πολύ εκυολοτερα δηλαδη), από οσο θελουν οι υπολοιπες περιοχες της Ελλαδας (εξαιρειται η εξαιρεση των συνθηκων εγκλωβισμου), αοφυ φερνει αμεσα ψυχρες αεριες μαζες από τα Σκόπια, σε περιπτωσεις οπου η ψυχρη λιμνη δεν κατεβαινει αρκετα νοτια, με την ξηρανση της κατω ατμοσφαιρας που φερνει ο Βαρδαρης και επισης επειδη οι ανεμοι που φερνει ο ΒΒΔ είναι αποκλινοντες, συντελειται καταστροφη των συνθηκων που θελει μια καταιγιδα(καταστροφη της ασταθειας) οποτε αρκετες φορες γυρω από την Θεσσαλονίκη βρεχει και η πολη μενει απαθης, μόνο με ανεμο.

Εδώ ένα θερμοδιαγραμμα από ραδιοβοληση για την Γερμανια στις 23 Ιουνη 2017 οπου προκαλεσε σφοδροτατες υπερκυτταρες καταιγιδες με ανεμοστροβιλους και προκαλεσε μεγαλες ζημιες και 2 θανατους.

Βλεπουμε το μεγαλο CAPE 1500 J/kg που προσφερει μεγαλη διαθεσιμη ενεργεια για ανοδικες κινησεις και αναπτυξη πυρηνων, BSHR0-6 με τιμη 17.7 m/s πολύ μεγαλη δηλαδη, και SRH0-3 με τιμη
232 m^2/s^2 που είναι εξαιρετικα μεγαλη για δημιουργια υπερκυτταρων καταιγιδων όπως και εγινε, ενώ και η τιμη SRH0-1 ηταν 117 m^2/s^2 πραγμα που σημαινει ότι η πιθανοτητα ανεμοστροβιλων ηταν πολύ μεγαλη όπως και εγινε επισης.

Γερμανια 23/06/2017

Ο διεθνής διαστημικός σταθμός ξεκινάει έρευνες για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις

Ένα νέο επιστημονικό παρατηρητήριο μεταφέρθηκε και μόλις τοποθετήθηκε στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), έξω από το διαστημικό εργαστήριο «Κολόμβος» του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA). Πρόκειται για το Παρατηρητήριο των Αλληλεπιδράσεων Ατμόσφαιρας-Διαστήματος (Atmosphere-Space Interactions Monitor-ASIM), γνωστό και ως «Διαστημικός Κυνηγός Καταιγίδων».

Το, βάρους 314 κιλών, παρατηρητήριο μεταφέρθηκε στον ISS με την τελευταία πτήση του αμερικανικού μεταγωγικού σκάφους Dragon της Space X και η τοποθέτησή του στην κατάλληλη θέση έξω από τον ISS έγινε με τη βοήθεια ενός ρομποτικού βραχίονα μήκους 16 μέτρων.

Το ASIM θα στοχεύει συνεχώς στη Γη και θα παρατηρεί τους κεραυνούς και τις άλλες ισχυρές ηλεκτρικές εκκενώσεις στην ατμόσφαιρα, οι οποίες συμβαίνουν πάνω από τις καταιγίδες, φαινόμενα που δεν έχουν μελετηθεί επαρκώς μέχρι σήμερα.

Ο ISS αποτελεί το ιδανικό «μπαλκόνι» για να συλλέξει κανείς πληροφορίες για αυτά τα φαινόμενα, καθώς κινείται περίπου 400 χιλιόμετρα πάνω από τον πλανήτη μας και μπορεί να δει από ψηλά τις καταιγίδες. Τα στοιχεία του ASIM θα μεταδίδονται στη Γη μέσω τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων.

Το ASIM μπορεί με τις δύο κάμερες και τα φωτόμετρά του να τραβήξει εικόνες των καταιγίδων στο υπέρυθρο και στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος, ενώ διαθέτει επίσης ανιχνευτές ακτίνων-Χ και ακτίνων-γ. Οι καταιγίδες είναι θεαματικά φυσικά φαινόμενα, αλλά οι άνθρωποι από την επιφάνεια της Γης μπορούν να δουν μόνο ένα μέρος του τι πράγματι συμβαίνει. Στο ανώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας, στη μεσόσφαιρα και στη στρατόσφαιρα, λαμβάνουν χώρα περίεργα, αν όχι μυστηριώδη, πράγματα για τα οποία δεν υπάρχει μια βέβαιη επιστημονική εξήγηση.

Αυτά τα ασυνήθιστα «παροδικά φωτεινά συμβάντα» (transient luminous events), όπως λέγονται, παρατηρήθηκαν τυχαία για πρώτη πρώτη φορά το 1989, όταν ένας αμερικανός επιστήμονας που δοκίμαζε μια τηλεοπτικά κάμερα, «έπιασε» πάνω από ένα μακρινό νέφος καταιγίδας φωτεινές στήλες φωτός, οι οποίες έμοιαζαν με κεραυνούς-πυραύλους ή ανοδικούς κεραυνούς.

 

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ

Μετεωρολογικοί σταθμοί

Για την κατανοηση του καιρου, η επιστημη της μετεωρολογιας χρησιμοποιει διαφορες φυσικες ποσοτητες. Οι κυριοτερες απο αυτες ειναι η θερμοκρασια αερα (ξηρου θερμομετρου), η σχετικη υγρασια, η ταχυτητα (ενταση) του ανεμου, η ατμοσφαιρικη πιεση, η ποσοτητα υετου, η ενταση της ηλιακης ακτινοβολιας, η θερμοκρασια υγρου θερμομετρου, το σημειο δροσου, η απολυτη υγρασια, οπως και παρα πολλες αλλες φυσικα.

Για την μετρηση αυτων χρησιμοποιουνται ειδικα οργανα. Για τις περισσοτερες κοινες φυσικες ποσοτητες, υπαρχουν εδω και παρα πολλα χρονια ειδικοι σταθμοι που ειναι δυνατον να τις μετρησουνε με σχετικα πολυ καλη ακριβεια. Η πρωτη προσπαθεια καταγραφης μιας καιρικης μεταβλητης (μετεωρολογικης φυσικης ποσοτητας) ηταν απο την αρχαιοτητα ακομα, οπου ενα βαθμονομημενο δοχειο χρησιμοποιουνταν για την μετρηση της ποσοτητας υετου (βροχης).

Πλεον βεβαια ο καθενας μπορει να αγορασει εναν μετεωρολογικο σταθμο. Κυριως βεβαια του λεγομενου τυπου «αυτοματων μετεωρολογικων σταθμων» που οι μετρησεις τους γινονται αυτοματα και καταγραφονται συνεχως χωρις την παρεμβαση μας. Και οι οποιοι σταθμοι εχουν τιμες πλεον που ειναι προσβασιμες για το ευρυ κοινο ενω και η ακριβεια τους ειναι πολυ καλη φτανοντας και σε επαγγελματικα standards.

Ενδεικτικα εδω διαφορες τιμες αυτοματων μετεωρολογικων σταθμων αναλογως και με τον λογο χρησης τους:

Ας τα παρουμε με την σειρα

Οι παρακατω μοναδες μετρησης των φυσικων ποσοτητων ειναι αυτες που προτεινονται απο τον WMO ως αυτες που πρεπει να χρησιμοποιουνται:
Θερμοκρασια: Βαθμοι Κελσιου με συμβολο °C ή βαθμοι Κελβιν με συμβολο Κ (273.15 K = 0 °C).
Ατμοσφαιρικη πιεση: Χεκτοπασκαλ με συμβολο hPa ενω η μοναδα μετρησης μιλιμπαρ με συμβολο mbar (1 mbar = 1 hPa) πρεπει να αποφευγεται συμφωνα με τον WMO.
Ταχυτητα (ενταση) ανεμου: Μετρα ανα δευτερολεπτο με συμβολισμο m/s.
Κατευθυνση ανεμου: Σε μοιρες στο διαστημα [0° , 360°) με τις 0° να αντιστοιχουν σε βορειο ανεμο, τις 90° σε ανατολικο, τις 180° σε νοτιο, τις 270° σε δυτικο και αναλογως οι υπολοιπες τιμες.
Σχετικη υγρασια: Με μια ποσοτητα Χ % οπου Χ μια τιμη στο διαστημα [0 , 100].
Ποσοτητα υετου: Σε χιλιοστα με συμβολο mm, ή λιτρα ανα τετραγωνικο μετρο με συμβολισμο L / m^2 και ισχυει (1 mm = 1 L/m^2).
Ενταση ποσοτητας υετου: Σε λιτρα ανα τετραγωνικο μετρο ανα δευτερολεπτο με συμβολισμο (L/ m^2) /s ή σε χιλιοστα ανα ωρα με συμβολισμο mm/h.
Ενταση ηλιακης ακτινοβολιας: Σε watt ανα τετραγωνικο μετρο με συμβολισμο W/m^2

Μετρηση θερμοκρασιας

Ο WMO οριζει την θερμοκρασια σε βαθμους Κελβιν, ως εκεινη την φυσικη ποσοτητα που ειναι αναλογη με την μεση κινητικη ενεργεια των μοριων του αερα ως προς τις τυχαιες κινησεις τους και οχι με βαση καμια συνολικη κινηση που κανουν. Ετσι σε 2 σωματα με διαφορετικες θερμοκρασιες, εαν αυτα ερθουν σε επαφη θα υπαρχει ροη ενεργειας απο το σωμα με την υψηλοτερη θερμοκρασια προς αυτο με την μικροτερη.
Η μετρηση της θερμοκρασιας γινεται απο οργανα που ονομαζονται θερμομετρα.
Επισης οριζει την θερμοκρασια αερα ως την θερμοκρασια που αναφερει ενα θερμομετρο οταν τοποθετηθει μεσα στην μαζα αυτου του αερα και οντας προφυλαγμενο απο την ηλιακη και καθε αλλου ειδους ακτινοβολια.

Οποτε πχ ενα υδραργυρικο θερμομετρο, απο μονο του δεν μπορει να μετρησει με κανεναν τροπο την σωστη θερμοκρασια αερα σε συνθηκες ηλιου, αφου εαν τοποθετηθει στον ηλιο, η αμεση εκθεση του στην ηλιακη ακτινοβολια θα το κανει να δειχνει πολυ υψηλοτερες τιμες θερμοκρασιας απο την θερμοκρασια αερα που υπαρχει, ενω αν τοποθετηθει σε σκια απο δεντρο, τοιχο και οποιοδηποτε αντικειμενο, δεν θα μετρησει την πραγματικη θερμοκρασια αερα αλλα την θερμοκρασια αερα της περιοχης κοντα και μεσα στην σκια του αντικειμενου, η οποια και ειναι μικροτερη απο την πραγματικη θερμοκρασια αερα(ή μεγαλυτερη εαν ο τοιχος εχει θερμανθει και εκπεμπει θερμικη ακτινοβολια(υπερυθρη κυριως)).

Οποτε η συνηθεστερη πρακτικη ειναι να χρησιμοποιουμε ενα υδραργυρικο και οχι μονο βεβαια θερμομετρο, πχ θερμογραφο, ηλεκτρικο θερμομετρο(συνηθεστερα πλεον, πχ θερμομετρα ηλεκτρικης αντιστασης), κλπ, τοποθετωντας το μεσα σε μια ειδικη κατασκευη που να διασφαλιζει 4 πραγματα:
1) να προστατευει απο την ηλιακη ακτινοβολια το θερμομετρο.
2) να διασφαλιζει την ελευθερη καιτελεια κυκλοφορια αερα, προσφεροντας καθε στιγμη στο θερμομετρο αερα τετοιον ωστε να εχει την ιδια θερμοκρασια με τον εξωτερικο αερα που θελουμε να μετρησουμε την θερμοκρασια του.
3) να μην η ιδια κατασκευη αποτελει πηγη θερμικης ακτινοβολιας
4) να προστατευει απο καθε αλλου ειδους ακτινοβολια το θερμομετρο.

Αυτη η κατασκευη ονομαζεται κλωβος, πχ παρακατω ειναι ο κλασικος κλωβος Stevenson screen:

-Τα υδραργυρικα θερμομετρα βασιζονται στην ιδιοτητα του υδραργυρου να διαστελλονται γραμμικα σε σχεση με την μεταβολη της θερμοκρασιας.
Ισχυει δηλαδη μια σχεση της μορφης για πχ κυλινδρικο δοχειο που περιεχει τον υδραργυρο:

Οπου α ενας συντελεστης διαστολης, Vo ο αρχικος ογκος σε μια καθορισμενη θερμοκρασια Το και ΔΤ = Τ – Το με Τ την θερμοκρασια του αερα.
Ενω Δμ = μ-μο με μ το μηκος/υψος της στηλης που εφτασε ο υδραργυρος, μο μια πολυ μικρη ποσοτητα με το υψος που ειναι για θερμοκρασια Το, και r η ακτινα του κυλινδρικου θερμομετρου.

Ο χρονος αποκρισης (Κ) ειναι περιπου 30 δευτερολεπτα οποτε μιας και η θερμοκρασια Τ για χρονο t δινεται απο το (οπου Τα η θερμοκρασια αερα που θελουμε να μετρησουμε):

Θα ισχυει οτι μετα απο 3Κ περιπου η μεταβολη της θερμοκρασιας θα ειναι περιπου 99% ως προς το Το-Τα αρα για μια ενδειξη της θερμοκρασιας του αερα θελουμε περιπου παρατηρηση 1.5 λεπτου μεσω υδραργυρικου θερμομετρου.
Η ακριβεια των υδραργυρικων θερμομετρων φτανει στις περισσοτερες περιπτωσεις τους 0.2 °C, παροτι η βαθμονομηση τους πολλες φορες ειναι ανα 0.1 °C οπου ομως αυτο δεν πρεπει να μεταφραζεται και ως ακριβεια 0.1 °C.

-Τα θερμομετρα ηλεκτρικης αντιστασης βασιζονται στην ιδιοτητα των μεταλλων να αλλαζει η αντισταση τους με την μεταβολη της θερμοκρασιας. Ειναι πολυ πιο ακριβη απο τα υδραργυρικα θερμομετρα.
Και ισχυει

οπου α,β ειδικοι συντελεστες της θερμικης αντιστασης του θερμομετρου οι οποιοι εξαρτωνται απο την φυση του καθε μεταλλου που χρησιμοποιουνται.

Η ακριβεια των θερμομετρων ηλεκτρικης αντιστασης φτανει και στους 0.05 °C ειναι δηλαδη εξαιρετικα ακριβη ενω η τυπικη ακριβεια κυμαινεται μεταξυ 0.05 °C και 2 °C.
Ο χρονος αποκρισης μπορει να ειναι και εξαιρετικα μικρος με χρονους αποκρισης 0.04 δευτερολεπτα να ειναι υπαρκτοι.

Θερμοστοιχεια. Τα θερμομετρα που βασιζονται στα θερμοστοιχεια αποτελουνται απο 2 μεταλλα ενωμενα μεταξυ τους, και η αρχη λειτουργιας τους ειναι οτι η διαφορα δυναμικου που αποκτανε ειναι αναλογη με την θερμοκρασια που βρισκονται. Εκμεταλλευομενοι αυτο το γεγονος και με βαση καθορισμενες σχεσεις μεταξυ διαφορα δυναμικου του θερμοστοιχειου και θερμοκρασιας που βρισκεται, που καθοριζονται επ ακριβως απο 3 διαφορετικα φαινομενα(Seebeck-Peltier and Thomson effect), μπορουμε να βρουμε την θερμοκρασια του αερα με βαση το δυναμικο του θερμοστοιχειου. Η ακριβεια αυτου του τυπου των θερμομετρων ειναι σχεδον παντα πανω απο τον 1 βαθμο Κελσιου αν και μικροτερες ειναι υπαρκτες. Εχουν ομως πολλα πλεονεκτηματα οπως το πολυ χαμηλο κοστος και το μεγαλο ευρος θερμοκρασιων που μπορουν να μετρησουν.

Τhermistor. Τα θερμομετρα thermistor ειναι ημιαγωγοι που η αντισταση τους μεταβαλλεται εκθετικα με την θερμοκρασια οποτε γνωριζοντας τον ακριβη τροπο και τους συντελεστες με τους οποιους μεταβαλλεται μπορουμε να βρισκουμε μετρωντας την αντισταση, την θερμοκρασια. Εχουν πολυ μικρο χρονο αποκρισης απο 1 εως 10 δευτερολεπτα περιπου ή και λιγοτερο.

Μετρησης σχετικης υγρασιας

Η σχετικη υγρασια RH ειναι ο λογος του πραγματικου λογου αναμειξης του αερα(W), προς τον λογο αναμειξης κορεσμου του(Wsat) στην ιδια πιεση και θερμοκρασια και ειναι με μεγαλη ακριβεια ιση με τον λογο της πραγματικης πιεσης υδρατμων(e) προς την πιεση υδρατμων κορεσμενου αερα(esat):

Μετριεται με τα υγρομετρα. Διαφοροι τυποι υγρομετρων ειναι πχ:
-Υγρομετρο τριχας που εχει μικρη ακριβεια και εκμεταλλευεται την ιδιοτητα της τριχας των ζωων να αλλαζει μηκος με τις μεταβολες της σχετικης υγρασιας.

-Τα ψυχρομετρα, οπου χρησιμοποιουν μετρησεις 2 θερμομετρων ενος ξηρου και ενος υγρου θερμομετρου βρισκοντας ετσι την σχετικη υγρασια με βαση πινακες ή πχ τον ακολουθο τυπο:

Οπου Τa ειναι η θερμοκρασια αερα(θερμοκρασια ξηρου θερμομετρου) σε βαθμους κελσιου, Twb η θερμοκρασια υγρου θερμομετρου σε βαθμους κελσιου και RH η σχετικη υγρασια, ενω p η ατμοσφαιρικη πιεση σε hPa.

-Υγρομετρα ψυχρου καθρεφτη. Απο τα πιο ακριβη υγρομετρα με ακριβεια μετρησεων 0.1 °C σημειου δροσου(ισοδυναμη ποσοτητα με την σχετικη υγρασια). Χρησιμοποιωντας εναν καλως γυαλισμενο καθρεφτη με εναν μηχανισμο ψυξης, και με ενα θερμομετρο που να μετραει την θερμοκρασια της επιφανειας του καθρεφτη, ενας οπτικος μηχανισμος αναγνωρισης, διακρινει τον σχηματισμο παγου/δροσου πανω στον καθρεφτη οταν η θερμοκρασια λογω του μηχανισμου ψυξης φτασει στο σημειο δροσου. Επειτα μεσω της παρακατω σχεσης πχ ή πινακων, βρισκεται η σχετικη υγρασια(θερμοκρασιες σε βαθμους Κελσιου):

-Διαφοροι τυποι μοντερνων υγρομετρων χρησιμοποιουν τεχνικες οπου η μεταβολη της συγκεντρωσης των ατμων του νερου μεταβαλλει και καποιες ιδιοτητες(πχ ηλεκτρικη αντισταση) καποιων ουσιων. Εχουμε δηλαδη καποιον αισθητηρα που αποτελειται απο μια μια επιστρωση ενος λεπτου φιλμ καποιας ουσιας κυριως διηλεκτρικων πολυμερων, και με βαση την αλληλεπιδραση των ατμων του νερου με την επιφανεια του φιλμ που μεταβαλλει με γνωστο τροπο καποιες συγκεκριμενες και μετρησιμες ιδιοτητες του φιλμ που μετρωνται συνεχως ηλεκτρικα, βρισκουμε την σχετικη υγρασια. Λογω της φυσης των υλικων που χρησιμοποιουνται η απορροφηση του νερου απο το φιλμ ειναι πληρως αντιστρεψιμη και ετσι μπορει να χρησιμοποιειται διαρκως.
Τα υγρομετρα αυτης της μορφης ειναι σχετικα ακριβη(λιγοτερο ακριβη απο τα ψυχρομετρα ή τα υγρομετρα ψυχρου καθρεφτη), αλλα εχουν πολυ μικρους χρονους αποκρισης και μπορουν να μετρανε ταχυτατες μεταβολες της σχετικης υγρασιας. Το χαμηλο κοστος ειναι ενα μεγαλο πλεονεκτημα επισης.

Για το καλιμπραρισμα ενος υγρομετρου χρησιμοποιουμε διαφορα αλατα σε κορεσμο με νερο οπου καθε διαλυμα αλατος-ατμων νερου αποκτα συγκεκριμενη σχετικη υγρασια η οποια τις περισσοτερες φορες ειναι η ιδια για ενα μεγαλο ευρος θερμοκρασιων οποτε αυτο κανει ακομα πιο ευκολο το καλιμπραρισμα. Το κοινο αλατι πχ σε ενα μεγαλο ευρος θερμοκρασιων εχει σχεδον σταθερη σχετικη υγρασια στο διαλυμα του υπο κορεσμο με νερο, πχ απο 0 εως 20 βαθμους κελσιου εχει 76 % σχ.υγρασια και απο 20 εως 50 βαθμους κελσιου εχει 75 % σχετικη υγρασια.

Οποτε πχ παιρνοντας ενα κλειστο δοχειο(πχ ενα αεροστεγες σακουλακι) και τοποθετωντας μια κουταλια της σουπας αλατι βρεγμενο πληρως με νερο, τοσο ωστε ομως να ΜΗΝ διαλυθει καθολου αλατι, και βαζοντας εκει περα τον αισθητηρα υγρασιας και αφηνοντας το εκει αεροστεγες κλεισμενο για 10-20 λεπτα, θα πρεπει να δειξει ο αισθητηρας, σε θερμοκρασια δωματιου 25 βαθμων πχ, 75 % σχετικη υγρασια.

Μετρηση υετου

Η μετρηση του υετου γινεται με τα βροχομετρα. Μετρανε το ελευθερο υψος του νερου που θα προκυψει εαν αφησουμε τον υετο που επεσε μεσα απο μια επιφανεια Α πιο πανω, να ηρεμησει σε μια επιφανεια Α επισης.
Και ισχυει οτι ενα χιλιοστο υετου εαν πεσει σε μια περιοχη, ειναι ισοδυναμο με το να πεσει ενα λιτρο σε ενα τετραγωνικο μετρο. Ή περιπου ενα κιλο νερου ανα τετραγωνικο μετρο κατα μεγαλη ακριβεια.
Οποτε πχ 24 χιλιοστα υετου εαν πεσει σε μια περιοχη, ειναι ισοδυναμο με το να πεσουν 24 λιτρα σε ενα τετραγωνικο μετρο. Ή περιπου 24 κιλα νερου ανα τετραγωνικο μετρο κατα μεγαλη ακριβεια.

Οι 2 μεγαλες γενικες κατηγοριες βροχομετρων ειναι τα αναλογικα και τα «ηλεκτρονικα».
Τα αναλογικα βασιζονται για την μετρηση στον ιδιο τον ορισμο της ποσοτητας υετου, δηλαδη στην απλουστατη λογικη οτι ο,τι νερο πεφτει το μαζευουμε και μετραμε το υψος του σε ενα καταλληλο δοχειο. Ετσι, αναλογως με την επιφανεια του πανω στομιου και της μορφης του βροχομετρου διακρινουμε τα απλα αναλογικα βροχομετρα οπου οσο υψος νερου βλεπουμε τοσο ειναι και το υψος του υετου που επεσε και τα πολλαπλασιαστικα οπου χρησιμοποιωντας μεγαλυτερη επιφανεια για το πανω στομιο μπορουμε να μετρησουμε με μεγαλυτερη ακριβεια τον υετο που επεσε αλλα με αμεση συνεπεια του οτι ο ογκος(υψος) τους μεγαλωνει για οσο μεγαλυτερη ακριβεια θελουμε.

Τα ηλεκτρονικα βασιζονται σε καταλληλες μεθοδους που προσπαθουν να μετρησουν μια συγκεκριμενη ποσοτητα υετου(πχ 0.2μμ) με βαση διαφορες μεθοδους, με την μεθοδο του «διπλου κουταλιου»(tipping bucket) πχ οπου για καθε συγκεκριμενο αριθμο σταγονων που πεφτουν σε καθε πλευρα, αυτο γερνει λογω βαρους και με την βοηθεια ενος μαγνητη εφαρμοσμενου καταλληλα πανω, για καθε αλλαγη θεσης του διπλου κουταλιου μετριουνται οι αλλαγες θεσης, οποτε και ο υετος. Η ακριβεια των ηλεκτρονικων βροχομετρων ειναι μικροτερη των αναλογικων αν και τις τελευταιες δεκαετιες η ακριβεια τους ειναι πολυ καλη.

Τυπος βροχομετρου tipping bucket:

Σε καθε μορφη αναλογικου βροχομετρου με μια επιφανεια Α του στομιου πανω η οποια δεχεται το νερο, τα πραγματικα χιλιοστα υετου(μηκος στο βροχομετρο) που πρεπει να μετρηθουν ειναι εαν μεταφερουμε κατακορυφα(καθετα στην γη) την επιφανεια στο εδαφος, εαν εχουμε δηλαδη στερεο με γενετειρα την επιφανεια Α και υψος, το υψος του στομιου της επιφανειας Α απο το εδαφος και βαλουμε εκει μεσα ολο το νερο που επεσε και το αφησουμε να ηρεμησει.

Αν μαλιστα εχουμε το πανω στομιο, να ειναι κυκλος οπως συνηθως συμβαινει, τοτε τα πραγματικα χιλιοστα(μηκος) που πρεπει να μετρηθουν ειναι εαν εχουμε κυλινδρο με γενετειρα την επιφανεια Α και υψος, το υψος του στομιου απο το εδαφος και βαλουμε εκει μεσα ολο το νερο που επεσε και το αφησουμε να ηρεμησει.

Οπως πχ στο παρακατω σχημα.

Αρα εαν το σχημα δεν ειναι το στερεο αυτο(με γενετειρα την επιφανεια του πανω στομιου), τοτε πρεπει να παρουμε ολο τον ογκο του νερου που επεσε στο πραγματικο βροχομετρο που εχουμε και να το μεταφερουμε νοερα στο στερεο αυτο(κυλινδο αν ειναι κυκλος το πανω στομιο) με επιφανεια παντα Α και να βρουμε σε τι υψος θα βρισκοταν το νερο αν μεταφεροταν εκει.

Πχ, εαν εχουμε το παρακατω, ενα βροχομετρο με ΠΑΝΩ στομιο επιφανειας Α οπου στενευει και καταληγει σε ενα στερεο οπου εχει επιφανεια Β.
Τοτε εαν επεσαν x χιλιοστα στο βροχομετρο μας, τα πραγματικα χιλιοστα m, ειναι αυτα εαν μεταφερονταν σε ενα στερεο με γενετειρα την επιφανεια Α οπου αυτη θα μεταφερονταν κατακορυφα προς τα κατω εως το εδαφος.

Αρα ο πραγματικος ογκος V = Β·x του νερου που επεσε θα ειναι ισος με τον ογκο A·m που θα ειχε στο υποθετικο μας στερεο.

Ενω αν η επιφανεια Β εχει και αυτη κυκλικο δισκο ως γενετειρα δηλαδη ισχυει:

Τοτε θα ισχυουν αυτα στην παραπανω εικονα οπου βρισκω στο τελος και πως βρισκονται τα χιλιοστα(m) ενος πολλαπλασιαστικου βροχομετρου οπως λεγεται, οπου εχει μεγαλη ακριβεια διοτι πχ αν:

ακτινα κατω στομιου d= 5 cm και ακτινα πανω στομιου D = 20 cm τοτε m = x/16 αρα x = 16m αρα θα κατασκευαζαμε την αριθμηση ως εξης:
1 χιλιοστο πραγματικου υετου(m = 1 mm) θα αντιστοιχουσε σε 16 mm = 1.6 cm πραγματικης αποστασης στο βροχομετρο.
2 χιλιοστα πραγματικου υετου(m = 2 mm) θα αντιστοιχουσε σε 32 mm = 3.2 cm πραγματικης αποστασης στο βροχομετρο.

Αρα καθε 1.6 εκατοστα πραγματικης αποστασης στο βροχομετρο, μετραμε 1 χιλιοστο!! Και ειναι πολυ πιο ευκολο κ ευδιακριτο αυτο απο το να εοχυμε την πραγματικη αναλογια 1:1 δηλαδη για καθε ενα χιλιοστο να μετραμε 1 χιλιοστο αφου η αποσταση μικραινει(16 φορες για το παραδειγμα αυτο) και η ακριβεια(του ματιου) προφανως «χανεται» στο να διακρινουμε αναμεσα στα χιλιοστα.

Στην παρακατω εικονα εχουμε ενα διαφορετικου ειδους βροχομετρο οπου εχουμε πανω ενα κυκλικο στομιο με ακτινα D και προχωραει ελαττουμενο συμμετρικα ως κατω και καταληγει να εχει μικροτερη ακτινα d και η αποσταση των 2 επιφανειων(κυκλικων δισκων) να ειναι h, τοτε εαν επεσαν x χιλιοστα σε αυτο το βροχομετρο θα ισχυουν οι σχεσεις που δινονται για να βρεθουν τα πραγματικα χιλιοστα(σχεση (1)), ενω η σχεση (2) χρησιμοποιειται για να κατασκευαστει ενα βροχομετρο αυτου του τυπου.

Ενω, οπως συνηθως και συμβαινει, αν εχουμε το παραπανω τυπο βροχομετρου συνδεδεμενο με ενα αλλο δοχειο μεγαλυτερης ακτινας ανω στομιου θα ισχυουν οι αναλογοι τυποι:

Θεωρητικα τα αναλογικα βροχομετρα δειχνουν την απολυτη αληθεια οσον αφορα την ποσοτητα υετου και εινα οτι καλυτερο μπορουμε να κανουμε για να βρουμε την ποσοτητα υετου που επεσε σε μια περιοχη, αλλα ο ανεμος παιζει μεγαλο ρολο στο να εχουμε μια αντιπροσωπευτικη μετρηση του υετου που επεσε ή οχι. Ετσι σε συνθηκες ισχυρων ή και μετριων ανεμων ο υετος που καταγραφεται ειναι πολυ πιθανον να ειναι διαφορετικος απο την πραγματικη τιμη, διοτι η ιδια παρουσια του βροχομετρου προκαλει αυξηση της ταχυτητας του ανεμου πανω απο το στομιο και απομακρυνει ενα μερος σταγονων που υπο απουσια ανεμου θα επεφταν μεσα στο βροχομετρο. Τα δε ηλεκτρονικα βροχομετρα εκτος της περιπτωσης ισχυρων ή μετριων ανεμων, ειναι επιρρεπη σε λαθη και στην μετρηση υετου με μεγαλες ραγδαιοτητες οπου συνηθως χανουν χιλιοστα.

Μετρηση ατμοσφαιρικης πιεσης.

Η μετρηση της ατμοσφαιρικης πιεσης μετριεται με τα βαρομετρα. Αυτα διακρινονται σε υδραργυρικα, σε μεταλλικα, στους βαρογραφους, και σε αλλα. Τα υδραργυρικα ειναι τα πρωτα που κατασκευαστηκαν και στηριζονται στην αρχη οτι το βαρος του ατμοσφαιρικου αερα ισορροπει απο το βαρος του υδραργυρου σε μια καταλληλα βαθμονομημενη στηλη. Τα μεταλλικα βαρομετρα αποτελουνται απο εναν σχεδον κενο θαλαμο εφαρμοσμενο σε ενα μεταλλικο τυμπανο και εχουν ως αρχη λειτουργιας οτι η μεταβολη της ατμοσφαιρικης πιεσης μεταβαλει το σχημα του μεταλλικου τυμπανου οπου μεσω ενος συστηματος μοχλων οι μεταβολες πολλαπλασιαζονται.

Στους διαφορους συγχρονους μετεωρολογικους σταθμους η μετρηση της πιεσης γινεται απο εναν αισθητηρα δυναμης που την μετατρεπει σε πιεση και μεταβαλει τις τιμες της ηλεκτρικης αντιστασης ενος ημιαγωγου ή μεταλλου οπου μεσω καθορισμενων σχεσεων τις μετατρεπει σε τιμες πιεσης.
Οι μετεωρολογικοι σταθμοι δεν αναφερουν συνηθως την πραγματικη τιμη της ατμοσφαιρικης πιεσης σε μια περιοχη αλλα την ισοδυναμη ως προς την μεση σταθμη επιφανειας της θαλασσας και αυτο για να υπαρχει ευκολη συγκριση των ατμοσφαιρικων πιεσεων μεταξυ περιοχων με διαφορετικα υψομετρα. Ουσιαστικα δηλαδη σε ενα μερος με υψομετρο 670 μετρα πανω απο την μεση σταθμη επιφανειας της θαλασσας, στην πραγματικη τιμη της πιεσης λειπει η προσθετη πιεση του αερα απο την επιφανεια της θαλασσας εως τα 670 μετρα. Οποτε και αυτην προστιθεται.

Ο τυπος της αναγομενης ατμοσφαιρικης πιεσης Ps με βαση την πραγματικη Preal δινεται απο την σχεση (1). Ενω για να βρει κανεις την πραγματικη τιμη της πιεσης Preal σε σχεση με την αναγραφομενη στους σταθμους Ps μπορει να χρησιμοποιησει την σχεση (2).

Οπου h το υψος σε μετρα και ολες οι μοναδες στο SI με g= 9.8 m/s^2 περιπου ενω Τ η μεση θερμοκρασια του στρωματος απο επιφανεια θαλασσας εως το υψος h.
Ή για λιγο μεγαλυτερη ακριβεια(ολες οι μοναδες στο SI εκτος απο το φ οπου ειναι το γεωγραφικο πλατος σε μοιρες:

Μετρηση ταχυτητας ανεμου

Η μετρηση της εντασεως(ταχυτητας) του ανεμου γινεται με τα ανεμομετρα. Συνηθεστερη κατηγορια ειναι το κυπελλοφορο ανεμομετρο(cup anemometer) το οποιο αποτελειται απο 3 κωνικα κυπελλα ασσυμετρικα τοποθετημενα στο χωρο για να εξασφαλιζεται η συνεχης κινηση ανεξαρτητως κατευθυνσης ανεμου και τα οποια περιστρεφονται λογω του ανεμου και η γωνιακη ταχυτητα της περιστροφης μεταφραζεται με ηλεκτρομαγνητικες ή και αλλες μεθοδους σε ταχυτητα του ανεμου.

Γνωστα επισης ειναι τα ανεμομετρα ελικας που αποτελουνται απο μια ελικα και απο ενα πτερυγιο στο πισω μερος. Απο την ταχυτητα περιστροφης της ελικας μπορουμε να υπολογισουμε την ταχυτητα του ανεμου.
Το πτερυγιο μας δειχνει ταυτοχρονα και την κατευθυνση του ανεμου.

ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ σταθμου

Ο εκαστοτε μετεωρολογικος σταθμος πρεπει να τοποθετειται σε επιπεδο χωρις κλιση εδαφος, ουτε σε τρυπα/γουβα μεσα, για να ειναι αντιπροσωπευτικες οι μετρησεις για την περιοχη (εαν ενδιαφερομαστε για την θερμοκρασια πλαγιας βουνου ή γα την θερμοκρασια δολινης/γουβας, τοτε η τοποθετηση του εκει ειναι δεκτη).
Ο σταθμος πρεπει να ειναι μακρυα απο οποιοδηποτε αντικειμενο, οπως δεντρα, κτιρια, τοιχους, κλπ και να μην επηρεαζεται καθολου απο αυτα με κανεναν τροπο.
Το δε βροχομετρο πρεπει να βρισκεται οσο πιο κοντα στο εδαφος γινεται και πρεπει να βρισκεται μακρυα απο οποιοδηποτε αντικειμενο, σε αποσταση τουλαχιστον 4 φορες μεγαλυτερη απο την διαφορα υψους του αντικειμενου απο το υψος του βροχομετρου.
Το ανεμομετρο πρεπει να βρισκεται σε υψος 10 μετρων και μακρυα απο οποιοδηποτε αντικειμενο, σε αποσταση τουλαχιστον 10 φορες μεγαλυτερη απο το υψος του αντικειμενου.

Ο μηχανισμος μετρησης θερμοκρασιας(κλωβος με το θερμομετρο μεσα του) πρεπει να βρισκεται σε αποσταση τουλαχιστον 1.25 μετρων απο το εδαφος και οχι πανω απο 2 μετρα(η 2η συνθηκη ειναι λιγοτερο απαγορευτικη αν και καλο θα ειναι να τηρειται επισης). Το δε εδαφος απο κατω του, καλο θα ειναι να μην αποτελειται απο καποια επιφανεια με μεγαλη ανακλαστικη ικανοτητα(λεια πλακακια, καθρεφτες, τζαμι, κλπ) ή πηγη θερμοτητας(τσιμεντο, πισσα, νερο(εκτος και αν ενδιαφερομαστε για την μετρηση της θερμοκρασιας του αερα μιας περιοχης πανω απο νερο) κλπ).
Αυτονοητο ειναι απο τα παραπανω, οτι ο μηχανισμος μετρησης θερμοκρασιας(κλωβος με το θερμομετρο μεσα του) πρεπει να μην επικαλυπτεται απο οποιαδηποτε σκια και να βρισκεται σε συνεχη εκθεση στον ηλιο εφοσον υπαρχει ηλιοφανεια.
Το βαρομετρο μπορει να τοποθετηθει σχετικα με πιο ελευθερα κριτηρια αφου η ατμοσφαιρικη πιεση δεν παρουσιαζει ιδιαιτερος μεταβολες για μια μικρη περιοχη πχ ουτε μεγαλες αυξομειωσεις απο το εδαφος εως τα 10 μετρα πχ, οποτε μπορει να τοποθετηθει και σε κλειστο χωρο, πχ μεσα στο σπιτι.

Ο WMO δινει ως ενδεικτικα κριτηρια για τις διαφορες μετεωρολογικες φυσικες ποσοτητες ως προς πληρως αξιππιστες μετρησεις, τις παρακατω:

Εδω και ενας πινακας που να δειχνει τις διαφορες μεταξυ διαφορων αυτοματων σταθμων ως προς την ακριβεια κλπ.

Μια απο τις καλυτερες επιλογες αυτοματου μετεωρολογικου σταθμου με σχετικα προσιτη τιμη και με μεγαλη ακριβεια ειναι οι σταθμοι της DAVIS instruments, με 2 βασικες επιλογες τους DAVIS Vue για ακομα μικροτερη τιμη και DAVIS Vantage Pro 2 που ειναι πολυ καλυτεροι απο τους Vue σε παρα πολλα θεματα. Η προσιτη τιμη παντως ειναι θεωρητικη διοτι στην Ελλαδα αλλα και στην Ευρωπη οι τιμες ειναι ΚΑΤΑ ΠΟΛΥ(ακομα και 70% μεγαλυτερη!) ακριβοτερες απο τις αντιστοιχες στις ΗΠΑ. Για αυτο και η αγορα τους απο την Αμερικη ειναι ακρως συμφερουσα εαν βρεθει καποιο τρικ για να παρακαμφθει το «εμποδιο» των τελωνειακων δασμων.

Οι ασυρματοι σταθμοι DAVIS οταν εισαγονται απο την Αμερικη πρεπει να προσεχτει η συχνοτητα που εκπεμπουν για τα δεδομενα, διοτι χρησιμοποιουν την συχνοτητα 915 Mhz(αντι για την 433 MHz των ευρωπαικων) που σε ορισμενες περιπτωσεις χρησιμοποιειται απο διαφορες αρχες. Οποτε θα πρεπει να επιλεγεται το ευρωπαικο μοντελο.

Η ιστοσελιδα της DAVIS:

http://www.davisnet.com/weather-monitoring/

Οι σταθμοι της DAVIS μπορουν να χωριστουν στις παρακατω κατηγοριες:
Davis Vantage Pro2 , 24 hours fan aspirated.
Davis Vantage Pro2 , passive shield
Davis Vue

Η διαφορα των πρωτων 2 ειναι στο οτι ο 1ος εχει ανεμιστηρα για να εξασφαλιζεται η συνεχης ροη εξωτερικου αερα μεσα στον κλωβο, χωρις ομως αυτο να σημαινει οτι δειχνει και σωστοτερες μετρησεις παντα, διοτι συμβαινει αρκετες φορες, συμφωνα με μετρησεις με ακριβεστερα θερμομετρα, να υπαρχει μια χαμηλοτερη ενδειξη της θερμοκρασιας απο την πραγματικη λογω της παρουσιας τεχνητου ρευματος αερα. Ακομα πιο πολλες φορες παντως και κυριως σε απνοια με ηλιοφανεια, η παρουσια του ανεμιστηρα βοηθαει ωστε να εξασφαλιζεται οτι ο αερας δεν παραμενει μεσα στον κλωβο, οπου οταν συμβαινει αυτο οι θερμοκρασιες που αναφερει το θερμομετρο δεν ειναι αντιπροσωπευτικες της πραγματικης θερμοκρασιας αερα της περιοχης και ειναι ψηλοτερες. Ετσι ναι μεν αρκετες φορες η παρουσια τεχνητου αερισμου προκαλει λιγο χαμηλοτερες θερμοκρασιες που αναφερονται, αλλα σε ακομα περισσοτερες περιπτωσεις βοηθαει στον καλυτερο αερισμο, μιας και οι κλωβοι των DAVIS δεν ειναι και οι καλυτεροι δυνατοι, αποτρεποντας την αναγραφη υψηλοτερων θερμοκρασιων.

Φυσικα μια απο τις καλυτερες επιλογες κλωβου, ειναι ο κλασικος κλωβος Stevenson screen οπου ο φυσικος αερισμος του ειναι εξαιρετικα καλος και χωρις την χρηση τεχνητου συστηματος αερισμου(ανεμιστηρα).

Οι 2 πρωτοι σταθμοι επισης ειναι πολυ παραμετροποιησιμοι και μπορουν να καθαριστουν ευκολοτερα μιας και αποτελουνται απο αποσπωμενα κομματια, σε αντιθεση με τον Vue που ειναι μια μοναδα που τα εχει ολα πανω της.

Η μεγαλυτερη αδυναμια των σταθμων DAVIS ειναι η μετρηση του υετου, οπου θελει καλιμπραρισμα απο καιρο σε καιρο, οπως και την 1η φορα χρησιμοποιησης του σταθμου, για να μην υπαρχουν σχετικα μεγαλα σφαλματα. Παροτι οι προδιαγραφες του βροχομετρου μιλανε για 4 % μονο σφαλμα, αυτο πραγματι ισχυει αλλα με το σωστο καλιμπραρισμα στην αρχη.

Το καλιμπραρισμα γινεται ευκολα αφου ξερουμε οτι το ανω στομιο του κυλινδρου συλλογης υετου των DAVIS ειναι 16.51 εκατοστα σε διαμετρο. Αρα εαν ριξουμε μεσα 107 mL νερου, με την μεθοδο του μπουκαλιου με μια τρυπα οπου μια σταγονα να πεφτει καθε 40 δευτερολεπτα, θα πρεπει η ενδειξη να αναφερει (10^3)·107·(10^(-6))/(π·(16.51/200)^2) mm ~= 5 mm.
Παρομοια εαν ριξουμε μισο λιτρο νερο θα πρεπει να αναφερει η ενδειξη του βροχομετρου 23.4 μμ.

Εκτος απο τον σταθμο θα πρεπει να εξασφαλισουμε την μεταφορα των δεδομενων σε εναν υπολογιστη ή και την προβολη τους σε μια ιστοσελιδα online στο ιντερνετ αυτοματα, οποτε χρειαζομαστε και ενα WeatherLink ή WeatherLinkIP.

Για απαιτητικες μετρησεις ή για απαιτητικα περιβαλλοντα(ψηλα βουνα, ακραιες καιρικες συνθηκες, ανεμωδη μερη, κλπ), οι αυτοματοι μετεωρολογικοι σταθμοι της Campbell Scientific διακρινονται για την απιστευτα στιβαρη τους κατασκευη, για την πολυ μεγαλη ακριβεια μετρησεων τους και για την τεραστια δυνατοτητα παραμετροποιησης τους για αυτο και χρησιμοποιουνται απο πολλα πανεπιστημια, αεροδρομια, εταιρειες αιολικης ενεργειας, κλπ σε ολο τον κοσμο. Εκτος αυτου εχουν και μεγαλη αυτονομια λογω του οτι η ενεργεια που χρειαζονται για να λειτουργησουν ειναι πολυ μικρη. Το μονο αρνητικο η αρκετα μεγαλη τιμη τους. Για επαγγελματικες μετρησεις συνιστανται.

https://www.campbellsci.eu/weather-climate

Εκτος των σταθμων της Campbell, αλλες επιλογες επαγγελματικων απαιτησεων σε σταθμους ειναι απο τις 4 παρακατω εταιρειες:
http://www.vaisala.com/en/products/automaticweatherstations/Pages/default.aspx
http://www.metone.com/meteorology.php
http://www.emltd.net/products
http://www.youngusa.com/products/

Δείκτες PET και UTCI. Τι σημαίνουν και τι προσδιορίζουν για τον ανθρώπινο οργανισμό!

Μιας και τις επόμενες ημέρες η χώρα μας αλλα και μεγάλο μέρος της ανατολικής Ευρώπης και της Βαλκανικής χερσονήσου θα έρθει αντιμέτωπη με πολύ υψηλές θερμοκρασίες, που σε αρκετές περιοχές θα πληρούν τον όρο για να χαρακτηριστεί καύσωνας, αφου σε αρκετές περιοχές οι θερμοκρασίες θα ξεπεράσουν και τους 40 βαθμούς, ειναι καλή ευκαιρία να μάθουμε κάποια χρήσιμα στοιχεία. Όμως τι ακριβώς σημαίνει ο όρος καύσωνας και τι αντίκτυπο έχει στον ανθρώπινο οργανισμό; Σε γενικές γραμμές καύσωνας σημαίνει οταν η θερμοκρασία του αέρα ξεπερνάει την θερμοκρασία του σώματος, δηλαδη τους 37 βαθμους Κελσίου περίπου. Ενώ για κάθε περιοχή παίζει ρόλο και η διάρκεια που θα έχουν αυτές οι θερμοκρασίες, επίσης μεγάλο ρόλο παίζουν θερμοκρασίες που θα έχουμε κατα την διάρκεια της νύχτας, οι ελάχιστες τιμές δηλαδη, που συνήθως θα πρέπει να βρίσκονται πάνω απο τους 28 βαθμους, αλλα και η σχετική υγρασία, ο άνεμος, η νέφωση κτλ. Όλες αυτές οι παράμετροι λειτουργούν συνδυαστικά για να δώσουν την αίσθηση του καύσωνα σε κάθε άνθρωπο. Πως μπορούμε όμως να κατηγοριοποιήσουμε αυτές τις παραμέτρους, ώστε να μετρήσουμε όσο τον δυνατόν καλύτερη την θερμοκρασία που αισθάνεται ο ανθρώπινος οργανισμός όταν συνδυαστούν οι παραπάνω παράμετροι. Εδώ έρχονται οι δεικτες PET και UTCI που θα αναλύσουμε ευθύς αμέσως.

PET (Physiological Equivalent Temperature)

Η φυσιολογικά ισοδύναμη θερμοκρασία PET (Physiological Equivalent Temperature) ορίζεται ως εκείνη η θερμοκρασία στην οποία το ανθρώπινο σώμα έρχεται σε ισορροπία με το θερμικό του περιβάλλον. Ο υπολογισμός της πραγματοποιείται με εφαρμογή αναλυτικού μοντέλου το οποίο προσομοιώνει το ισοζύγιο θερμότητας του ανθρώπινου σώματος. Λαμβάνονται υπόψη οι επιδράσεις του ανέμου, της θερμοκρασίας, της τάσης των υδρατμών, του μεταβολισμού και του τρόπου ένδυσης.

UTCI (Universal Thermal Climate Index)

Ο UTCI (Universal Thermal Climate Index) είναι ο πιο σύγχρονος “σύνθετος” δείκτης θερμικής άνεσης, ο οποίος αναπτύχθηκε στα πλαίσια ενός πανευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος (COST Action 730, www.utci.org). Η ανάπτυξη του στηρίζεται στο ισοζύγιο θερμότητας του ανθρώπινου σώματος, ωστόσο διαφοροποιείται σημαντικά σε σχέση με τους προηγούμενους δείκτες. Η διαφοροποίηση έγκειται στο γεγονός πως ο UTCI αναπτύχθηκε, όπως δήλωνει άλλωστε και το όνομα του (universal), με βασικό κριτήριο τη δυνατότητα εφαρμογής του σε οποιοδήποτε περιβάλλον και κάτω από όλες τις δυνατές συνθήκες. Για το λόγο αυτό, αποτελεί ένα αρκετά χρήσιμο εργαλείο στην προσπάθεια πρόβλεψης της θερμικής άνεσης. Σε αντίθεση με τους προηγούμενους δείκτες, ο UTCI υπολογίζεται μέσα από πολυώνυμο πολύ μεγάλου βαθμού ως προς τις μετεωρολογικές παραμέτρους εισόδου. Παρά το γεγονός πως στηρίζεται σε θερμοφυσιολογικό μοντέλο και κάθε τιμή του αντιστοιχεί σε μοναδική θερμοφυσιολογική απόκριση, ο υπολογισμός του δεν απαιτεί τη γνώση προσωπικών παραμέτρων (π.χ. μεταβολισμός, τρόπος ένδυσης κ.α.), γεγονός που αποτελεί το συγκριτικό του πλεονέκτημα έναντι των προαναφερθέντων “σύνθετων” δεικτών. Πλεονέκτημα, το οποίο σχετίζεται κύρια με τη δυνατότητα εφαρμογής του συγκεκριμένου δείκτη σε συστήματα επιχειρησιακής πρόγνωσης του καιρού.

Πάμε να δούμε και σε γράφημα τώρα τι τιμές παίρνουν αυτοι οι δείκτες για την περιοχή της Θεσσαλονίκης ενα ανέφελο μεσημέρι της 1ης Ιουλίου. Οι μόνες παράμετροι που αλλάζουν εδωπερα ειναι η θερμοκρασία, η υγρασία και ο άνεμος. Ενω σαν δειγμα λαμβανεται ενας αντρας 35 ετων με υψος 1.75, στα 75 κιλα βαρος, με μετριο ρουχισμο και μετρια δραστηριότητα άσκησης, δηλαδη ενα χαλαρο περπάτημα ας πουμε.

PET, UTCI

Και πάμε να δούμε τώρα τις τιμές για αργα το βράδυ πως επηρρεάζονται:

PET, UTCI

Όπως βλέπουμε οταν εχουμε 30 βαθμους, με 20% υγρασία ο δείκτης PET έχει τιμή τους 48 βαθμούς και ο δεικτης UTCI τους 32. Με την ίδια θερμοκρασία αλλα με την υγρασία στο 85%, ο δείκτης PET αγγίζει τους 51 βαθμους και ο δεικτης UTCI τους 41.5, οπότε με αυτά τα κριτήρια άνετα χαρακτηρίζεται ημέρα καύσωνα μια ημέρα με αυτές τις συνθήκες, και ας εχει μονο 30 βαθμους. Οταν τώρα έχουμε άνεμο οι τιμές αυτές πέφτουν αισθητά, ας πουμε με 30 βαθμους, 20% υγρασία και άνεμο στα 40Km/h δηλαδη περιπου 5 μποφορ, ο δείκτης PET ειναι στους 30.8 βαθμους και ο UTCI στους 29.7, ενω με 85% υγρασια ειναι στους 32.9 και 34.1 βαθμους αντίστοιχα. Οπότε ο άνεμος βλέπουμε οτι παίζει καθοριστικό ρόλο ως προς την αίσθηση της ζέστης. Βέβαια απο ένα σημείο και μετά και ειδικα όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 35-36 βαθμους, οι δεικτες αυτοι παιρνουν τιμές πανω απο τους 40-41 βαθμους, οπότε οτι συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας και να επικρατήσουν εχουμε καύσωνα, και απλά το μόνο που κάνουν ειναι να επιτείνουν την  αίσθηση της ζέστης. Οπότε το γενικό συμπέρασμα ειναι οτι μια ημέρα με χαμηλή θερμοκρασία ας πουμε περι τους 30-31 βαθμους, με απουσία ανεμου και υψηλή υγρασία μπορει να εχει την ίδια αίθηση με μια ημέρα που να εχει 40 βαθμους, αλλα να εχει χαμηλή υγρασία και δυνατό άνεμο. Στον ανθρώπινο οργανισμό τουλάχιστον οι αντιδράσεις θα ειναι αντίστοιχες. Φυσικα για καθε ανθρωπο αυτες οι τιμες μεταβάλλονται αναλογα με το βαρος, τον ρουχισμό, τον σωματότυπο και άλλες παραμέτρους. Για αυτο καλό ειναι να γνωρίζουμε πάντα, στις ημέρες με πολυ ζέστη, τι υγρασία και ανεμος θα επικρατεί. Για αυτο το Northmeteo θα ειναι εδω να βγαζει ενδεικτικούς πίνακες για τις ημέρες που θα έχουμε καύσωνα.