,

Θεωρητική πρόβλεψη χιονιού.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά καιρικά φαινόμενα είναι το χιόνι. Η πρόβλεψη του δύσκολη καθώς εξαρτάται από πάρα πάρα πολλές παραμέτρους. Μια γενική και πολύ διαδεδομένη, στις ΗΠΑ τουλάχιστον, μέθοδος πρόβλεψης του είναι η top-down μέθοδος(απο το ΝΟΑΑ). Δηλαδή από πάνω προς τα κάτω.
Με αυτήν, κοιτάμε το προφίλ(θερμοκρασία και σχετική υγρασία κυρίως) της τροπόσφαιρας από πάνω προς τα κάτω και με βάση κάποιους γενικούς κανόνες αποφασίζουμε αν θα επιβιώσει η νιφάδα στο έδαφος ή όχι.



Έτσι λοιπόν για να σχηματιστεί νιφάδα χιονιού, πρέπει καταρχήν να υπάρχουν στον αέρα πυρήνες συγκέντρωσης πάγου(ice nuclei ή ΙΝ), που επιτρέπουν να σχηματιστούν παγοκρύσταλλοι στην ατμόσφαιρα(γύρω από τα ΙΝ). Οι παγοκρύσταλλοι δημιουργούν και τις νιφάδες χιονιού.
Οι περισσότεροι ΙΝ ενεργοποιούνται σε θερμοκρασίες -8 °C και κάτω, ενώ οι ΙΝ ιωδιούχου σιδήρου ενεργοποιούνται στους -4 °C. Η θερμοκρασία των -4 °C είναι και αυτή που αποτελεί το ανω όριο ενεργοποίησης σχηματισμού παγοκρυστάλλων πάνω στα ΙΝ. Πάνω από αυτήν δεν σχηματίζονται παγοκρύσταλλοι.

Για το σχηματισμό των παγοκρυστάλλων οι γενικοί κανόνες είναι ότι λαμβάνουμε τα στρώματα της ατμόσφαιρας οπου η σχετική υγρασία είναι πολύ υψηλή(>90%) ή όπου έχουμε σαφή σχηματισμό νεφών(ενας παλιος κανόνας είναι ότι αν η θερμοκρασία απέχει λιγότερο από 4 °C από το σημείο δρόσου τότε εχουμε σχηματισμό νεφών) ΚΑΙ τότε:

Αν θερμοκρασία ≥ -4 °C τότε εχουμε ελάχιστο ή καθόλου σχηματισμό παγοκρυστάλλων.
Αν -4 °C  θερμοκρασία > -10 °C τότε εχουμε 0% εως 60% πιθανότητα για σχηματισμό παγοκρυστάλλων.
Αν -10 °C ≥ θερμοκρασία > -12 °C τότε εχουμε 60% με 70% πιθανότητα για σχηματισμό παγοκρυστάλλων.
Αν -12 °C ≥ θερμοκρασία > -15 °C τότε εχουμε 70% με 90% πιθανότητα για σχηματισμό παγοκρυστάλλων.
•Ενώ στους -20 °C θερμοκρασία εχουμε σχεδον 100% πιθανότητα για σχηματισμό παγοκρυστάλλων πάνω στους όποιους θα χτιστούν οι νιφάδες.

Τα περισσότερα επεισόδια χιονιού έχουν νέφη με θερμοκρασίες κάτω των -10 °C.

Για θερμοκρασίες νεφών πάνω από -6 °C συνήθως δεν εχουμε σχηματισμό παγοκρυστάλλων και εχουμε νερό σε υπέρψυξη. Δηλαδή νερό κάτω από τους 0 °C που όμως είναι σε υγρή μορφή και «περιμένει» κάποιον ΙΝ για να γίνει στερεο(παγοκρύσταλλος).

Συνήθως υπάρχει ένα μη κορεσμένο στρώμα(στρώμα χωρίς νέφη) μεταξύ 2 κορεσμένων στρωμάτων(νεφών), πάνω και κάτω(με το κάτω να είναι συνήθως και πιο παχύ). Το πάνω κορεσμένο στρώμα συνήθως είναι κάτω από -10 °C και προκαλεί ρίψη παγοκρυστάλλων οι οποίοι τροφοδοτούν το κάτω κορεσμένο στρώμα νεφών το οποίο αν αποτελείται από νερό σε υπέρψυξη, δημιουργούνται σε αυτό παγοκρύσταλλοι. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται σπορά από το πάνω νέφος.
Για να είναι δυνατή η σπορά, πρέπει η απόσταση των 2 στρωμάτων νεφών να είναι το πολύ 1000 με 1500 μέτρα, αλλιώς δεν υφίσταται σπορά.

Επιπροσθέτως κατά την κάθοδο παγοκρυστάλλων από το πάνω στρώμα, καθώς περνάει από το μη κορεσμένο στρώμα οι παγοκρύσταλλοι υφίστανται εξάτμιση/εξάχνωση και έτσι πολλές φορές το ακόρεστο στρώμα υφίσταται κορεσμένο και δημιουργείται νέο στρώμα νέφους. Αυτές οι περιπτώσεις είναι δύσκολες και δεν υπάρχουν γενικοί κανόνες για να εχουμε συμπεράσματα.

Όταν λοιπόν υπάρχει σχηματισμός και ρίψη παγοκρυστάλλων από ένα ψυχρό στρώμα νεφών από πάνω, και αρα σχηματισμός νιφάδων, τότε θέλουμε να ξέρουμε όταν θα περάσει μέσα από ένα θερμό(με θερμοκρασία > 0 °C) κορεσμένο στρώμα(νέφος), που συνήθως υπάρχει ενδιάμεσα στο ψυχρό στρώμα πάνω και στο έδαφος, αν θα επιβιώσει η νιφάδα ή αν θα λιώσει.
Έτσι εχουμε τους γενικούς εμπειρικούς κανόνες:

◘Να τονιστεί ότι τα παρακάτω ισχύουν όταν ΥΠΑΡΧΕΙ θερμό ΚΟΡΕΣΜΕΝΟ στρώμα, δηλαδή θερμό νέφος. Και όχι απλώς θερμο στρώμα αέρα.

•1η περίπτωση: Αν κάτω από το θερμο κορεσμένο στρώμα, στο PBL(ατμοσφαιρικο οριακό στρώμα, δηλαδή το στρώμα αέρα από το έδαφος εως και περίπου 1000 εως και 1500 μέτρα το οποίο ανω ύψος μεταβάλλεται κάθε φορά) δηλαδή, ολο το θερμοκρασιακό προφίλ έχει θερμοκρασία κάτω από 0 °C(εγκλωβισμός δηλαδή).

•2η περίπτωση: Αν κάτω από το θερμο κορεσμένο στρώμα, στο PBL δηλαδή, ολο το θερμοκρασιακο προφίλ
έχει θερμοκρασία πάνω από 0 °C.
Τότε ολος ο υετός πέφτει με την μορφή βροχής συνήθως, εκτός από πολύ οριακές περιπτώσεις όπου
παρουσία σποράς, η σπορά γίνεται από νέφη με πολύ χαμηλή θερμοκρασία (-12 °C και κάτω) και η
απόσταση πάνω και κάτω κορεσμένου στρώματος είναι μικρή και το θερμοκρασιακο προφίλ του PBL
είναι πολύ κοντά στους 0 °C.

Όταν όμως ΔΕΝ υπάρχει θερμο ΚΟΡΕΣΜΕΝΟ στρώμα, δηλαδή αν δεν υπάρχει θερμο νέφος, οπως ισχυει τις περισσοτερες φορες, τότε το αν επιβιώσει το χιόνι(οι νιφάδες) κάτω στο έδαφος εξαρτάται από το θερμοκρασιακο προφίλ του PBL. Αυτές οι περιπτώσεις μπορούν να αντιμετωπιστούν εμπειρικά αναλόγως με την περιοχή, αλλά ενας γενικος κανόνας είναι ότι σχεδόν σίγουρα(εξαιρέσεις είναι όταν η σχετική υγρασία είναι κάτω από 20% περίπου, περισσότερα περι αυτού πιο κάτω) χιόνι πέφτει εως εκείνο το στρώμα οπου η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου(wet bulb temperature) είναι 0 °C.
Το στρωμα αυτο λέγεται και wet bulb zero level στα διάφορα σαιτ.

Εμπειρικά παρουσία ικανου υετού, χιόνι θα φτιάσει και σε υψόμετρα 200 εως 400 μέτρα κάτω από το στρώμα των 0 °C θερμοκρασίας υγρού θερμομέτρου. Αυτό διότι παρουσία υετού και εάν η wet-bulb είναι 0 °C σε υψόμετρο 400 μέτρων πχ, τότε πολύ γρήγορα(περίπου 5 °C με 10 °C ψύξης του περιβάλλοντος ανα ωρα) η θερμοκρασία αέρα θα γίνει 0 °C και το υψόμετρο οπου η wet-bulb είναι 0 °C θα κατέβει.

Θεωρητικά για να επιβιώνει η νιφάδα σε ένα περιβάλλον αέρα, πχ στο έδαφος(να ξέρουμε δηλαδή αν θα επιβιώνει η νιφάδα/το χιόνι όταν εχουμε δεδομένη χιονόπτωση, να ξέρουμε αν θα στρώνει δηλαδή στο έδαφος), πρέπει για μια δεδομένη θερμοκρασία T(σε βαθμούς Κελσίου) να εχουμε μια συγκεκριμένη σχετική υγρασία:

Αυτό το συγκεκριμένο ζεύγος θερμοκρασιας-σχετικης υγρασίας θεωρητικής επιβίωσης της νιφάδας, παριστάνεται με πορτοκαλί στο παρακάτω διάγραμμα.

Το διάγραμμα δίνει με πορτοκαλί γραμμή την θεωρητική(σύμφωνα με το πάνω τύπο) θερμοκρασία επιβίωσης νιφάδας για κάθε σχετική υγρασία, με γαλάζια γραμμή την θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου που αντιστοιχεί σε αυτό το ζεύγος θεωρητικής θερμοκρασιας-σχετικης υγρασίας και με πράσινη γραμμή(την θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου δηλαδή που χρειάζεται για να μην λιώνει η νιφάδα) και το σημείο δρόσου που αντιστοιχεί σε αυτό το ζεύγος θεωρητικής θερμοκρασιας-σχετικης υγρασίας(το σημείο δρόσου δηλαδή που χρειάζεται για να μην λιώνει η νιφάδα) .

Βλέπουμε πχ ότι για 20% σχετική υγρασία(οριζόντιος άξονας χ), η θεωρητική θερμοκρασία επιβίωσης της νιφάδας είναι 7 °C. Κάτω από 7 °C δηλαδή με 20% σχετική υγρασία η νιφάδα επιβιώνει. Πάνω από 7 °C με 20% σχετική υγρασία, τότε λιώνει.

Βλέπουμε επίσης ότι για σχεδόν μηδενικές σχετικές υγρασίες η μέγιστη θερμοκρασία επιβίωσης μιας νιφάδας είναι οι 10.5 °C.

Βλέπουμε από το διάγραμμα ότι είναι δύσκολο να βρεθεί εμπειρικος κανόνας ή εμπειρικος τύπος για την θερμοκρασία επιβίωσης της νιφάδας για κάποια σχετική υγρασία.
Το ιδιο «ανώμαλα» μεταβάλλεται και το σημείο δρόσου(πράσινη γραμμή) πράγμα που δείχνει ότι το σημείο δρόσου δεν είναι καλος προγνώστης για το αν επιβιώνει ή όχι η νιφάδα. Και ότι ο εμπειρικος κανόνας για σημείο δρόσου μικρότερο των 0 °C συνεπάγεται ότι εχουμε χιόνι είναι παντελώς αυθαίρετος και λάθος.

ΟΜΩΣ, βλέπουμε ότι η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου(η γαλάζια γραμμή) έχει εκπληκτική συνέπεια στο να προβλέπει εάν επιβιώνει ή όχι η νιφάδα!
Έτσι λοιπόν για σχετικές υγρασίες από 30% εως 100% βλέπουμε ότι εάν η wet bulb είναι κοντά στους 0 °C ή ακόμα και λίγο θετική(πχ +0.3 °C) τότε η νιφάδα επιβιώνει. Μπορούμε να εξάγουμε δηλαδή τον εμπειρικο κανόνα ότι για wet bulb κάτω από 0.4 °C τότε το χιόνι δεν λιώνει. Για σχετικές υγρασίες από 30% εως 100%.

Για σχετικές υγρασίες μάλιστα κάτω από 30% βλέπουμε ότι το χιόνι δεν λιώνει για ακόμα μεγαλύτερες θερμοκρασίες wet bulb, εως και 0.8 °C περίπου!

Άρα συμπερασματικά η θερμοκρασια υγρού θερμομέτρου είναι ενα ςαπό τους καλύτερους προγνώστες για το χιόνι στην επιφάνεια.

Υγρομετρικές Παράμετροι

Η ποσότητα υδρατμών στην ατμόσφαιρα μεταβάλλεται σε όγκο συνεχώς και κυμαίνεται από 0-4 % . Η ποσότητα αυτή βρίσκεται σε αέρια , υγρή και στερεά κατάσταση ( υδρατμοί , σταγονίδια και παγοκρύσταλλοι αντίστοιχα )  . Εμείς θα ασχοληθούμε στο άρθρο αυτό με τους υδρατμούς για να εισάγουμε δείκτες που εκφράζουν την  ποσότητα υδρατμών του αέρα ( δείκτες υγρασίας ) . Οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα προέρχονται κυρίως από την εξάτμιση θαλασσών , βροχής, λιμνών κλπ . Αν  και ηποσότητα των υδρατμών είναι πολύ μικρή σε σχέση με άλλα αέρια είναι σημαντικότατη , διότι είναι η βάση των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων ( βροχή , χιόνι κλπ ) . Ο ατμοσφαιρικός αέρας σε ορισμένη θερμοκρασία μπορεί να συγκρατήσει ορισμένη ποσότητα υδρατμών που είναι ανάλογη με την θερμοκρασία ( όσο αυξάνεται η θερμοκρασία τόσο αυξάνεται αυτή η ποσότητα ) . Στην περίπτωση που ο αέρας περιέχει αυτή την οριακή ποσότητα υδρατμών τότε είναι κορεσμένος , αν η ποσότητα υδρατμών υπερβεί το όριο αυτό τότε οι επιπλέον υδρατμοί υγροποιούνται σε κάθε άλλη περίπτωση ο αέρας είναι ακόρεστος . Τώρα θα εισάγουμε μια άλλη έννοια αυτής της μερικής πίεσης υδρατμών που θα μας βοηθήσει στην κατανόηση της σχετικής υγρασίας . Η μερική πίεση υδρατμών είναι το μέρος της πίεσης που ασκεί η ατμόσφαιρα που οφείλεται στους υδρατμούς  και είναι ανάλογη με τον αριθμό των μορίων των υδρατμών( της μάζας τους ) σε ορισμένο όγκο αέρα . Η πίεση αυτή γίνεται μέγιστη στον κορεσμένο σε υδρατμούς αέρα  και τότε ονομάζεται τάση κορεσμένων υδρατμών με τιμή ανάλογη της θερμοκρασίας . Να θυμίσουμε ότι το ποσοστό υδρατμών στην ατμόσφαιρα είναι ιδιαίτερα μικρό περίπου 1% άρα και η μερική του πίεση συνήθως είναι της τάξης των 10 hpa .Επιπλέον είναι χρήσιμο να ορίσουμε τις έννοιες ξηρός και υγρός αέρας . Ξηρός αέρας είναι το τμήμα του αέρα που είναι απαλλαγμένο από υδρατμούς , ενώ υγρός αέρας είναι ο ξηρός αέρας μαζί με τους υδρατμούς .

192287-1483948267

ΔΕΙΚΤΕΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ 

  • ΑΠΟΛΥΤΗ ΥΓΡΑΣΙΑ

Ως απόλυτη υγρασία ορίζεται ο λόγος της μάζας των υδρατμών mv προς τον συνολικό όγκο V που τους περιέχει .

ρv = mv /v

Δηλαδή η απόλυτη υγρασία είναι η πυκνότητα των υδρατμών  και μετριέται σε χιλιόγραμμα υδρατμών ( κιλά ) ανά κυβικό μέτρο αέρα ( 1000 λίτρα )

 

  • ΕΙΔΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ

Ως ειδική υγρασία ορίζουμε τον λόγο της μάζας των υδρατμών mv προς την μάζα του μίγματος αέρα που τους περιέχει m . Με άλλα λόγια  είναι  η μάζα των υδρατμών διά την μάζα του αέρα στον οποίον περιέχονται και εκφράζεται σε χιλιόγραμμα υδρατμών ανά χιλιόγραμμα υγρού αέρα .

qh = mv/m

 

  • ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΕΙΓΜΑΤΟΣ

Ως αναλογία μίγματος ορίζουμε τον λόγο της μάζας των υδρατμών mv προς την μάζα του ξηρού αέρα md . Εκφράζεται σε χιλιόγραμμα υδρατμών ανά χιλιόγραμμα ξηρού αέρα .

w = mv/md

 

  • ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΕΙΓΜΑΤΟΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ

Ως αναλογία μίγματος κορεσμού ορίζεται ο λόγος της μάζας των υδρατμών σε συνθήκες κορεσμού ms προς την μάζα του ξηρού αέρα  md. Εκφράζεται σε χιλιόγραμμα υδρατμών σε  συνθήκες κορεσμού ανά χιλιόγραμμα ξηρού αέρα .

ws = ms / md

 

  • ΣΧΕΤΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ

Είναι ίσως ο πιο χρήσιμος δείκτης για την μετεωρολογία . Σχετική υγρασία ονομάζεται ο λόγος της αναλογίας μίγματος (w)προς την αναλογία μίγματος κορεσμού ( ws )  εκφρασμένος σε ποσοστό επί της 100 . Εναλλακτικά είναι ο λόγος του ποσού των υδρατμών που περιέχει ο αέρας( m) προς το μέγιστο ποσό των υδρατμών ώστε να επέλθει κορεσμός σε ίδια θερμοκρασία και πίεση(ms) . Τέλος , ένας ακόμα εναλλακτικός ορισμός είναι ο λόγος της μερικής πίεσης των υδρατμών (e) προς την τάση των κορεσμένων υδρατμών ( es) .

RH= 100 w/ws % = 100 m/ms %=100 e/es %

Έτσι γίνεται σαφές ότι η σχετική υγρασία δεν είναι μέτρο της ποσότητας των υδρατμών , αλλά μας δείχνει σε ορισμένη πίεση και θερμοκρασία πόσο κοντά είναι ο αέρας στο κορεσμό του ως προς τους υδρατμούς . Για παράδειγμα , αν η σχετική υγρασία είναι 75% ο αέρα σημαίνει ότι ο αέρας απέχει κατά 25 % από τον κορεσμό του σε υδρατμούς σε ορισμένη πίεση και θερμοκρασία . Για να φέρουμε τον αέρα σε κορεσμό πρέπει είτε να μειώσουμε την θερμοκρασία ( όπως προαναφέρθηκε όσο χαμηλότερη θερμοκρασία τόσο λιγότερους υδρατμούς μπορεί να συγκρατήσει ο αέρας) είτε διατηρώντας σταθερή πίεση και θερμοκρασία να αυξήσουμε την ποσότητα των ήδη υπάρχοντων υδρατμών κατά περίπου 33% ώστε η υγρασία από 75 % να γίνει 100 % . 

Σημείο Δρόσου – Υγρό Θερμόμετρο

Άφου πλεον έχουμε ορίσει τις υγρομετρικές παραμέτρους μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα δύο ακόμα όρους της μετεωρολογίας αυτούς τους σημείο δρόσου και της θερμοκρασίας υγρού θερμομέτρου . Όποιος θέλει να βρει τους ορισμόυς των υγρομετρικών παραμέτρων μπορεί να ανατρέξει στην ενότητα «Έννοιες Μετεωρολογίας».

  • ΣΗΜΕΙΟ ΔΡΟΣΟΥ ( dew point)

Ως σημείο δρόσου ορίζουμε την θερμοκρασία πρέπει να ψυχθεί ο αέρας χωρίς μεταβολή της πίεσης ή της ποσότητας των υδρατμών ( δηλαδή της απόλυτης υγρασίας )  ώστε να κορεσθεί ως προς τους υδρατμούς ( θυμίζουμε ότι όσο μεγαλύτερη θερμοκρασία έχει ο αέρας τόσο πιο πολλούς υδρατμούς μπορεί να  »συγκρατήσει» ) . Επομένως καταλαβαίνουμε ότι η ποσότητα των υδρατμών είναι ανάλογη του σημείου δρόσου ( όσο μεγαλύτερο σημείο δρόσου τόσο μεγαλύτερη ποσότητα υδρατμών στον αέρα ) . Με άλλα λόγια το σημείο δρόσου είναι μια πολύ καλή ένδειξη για το μέτρο της απόλυτης υγρασίας . Επίσης γίνεται σαφές οτί όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας και σημείο δρόσου τόσο μικρότερη είναι η σχετική υγρασία . Όταν η θερμοκρασία και το σημείο δρόσου ταυτίζονται τότε η σχετική υγρασία είναι 100% .

  • ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΥΓΡΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ( wet bulb )

Με την αφορμή του υγρού θερμομέτρου θα ορίσουμε δύο έννοιες που θα βοηθήσουν στην κατανόηση του , αυτές της αδιαβατικής διαδικασίας και της λανθάνουσας θερμότητας . Όταν ένα υλικό αλλάζει την φυσική του κατάσταση ( αλλαγή πίεσης , όγκου κλπ)  χωρίς την προσθήκη θερμότητας σε αυτό ή αφαίρεση θερμότητας από αυτό , η αλλαγή αυτή λέγεται αδιαβατική. Για παράδειγμα όταν ένα θερμικά απομονωμένο από το περιβάλλον αέριο εκτονωθεί , τότε αυτό ψύχεται γιατί παράγει έργο( » προσφέρει » ενέργεια στο περιβάλλον ) χωρίς να προσφέρεται από το περιβάλλον θερμότητα σε αυτό . Οι περισσότερες ατμοσφαιρικές διαδικασίες ( π.χ ακτινοβολία ) είναι διαβατικές , ωστόσο έχει εμπειρικά διαπιστωθεί ότι για περίοδο 24 ωρών μπορούν να θεωρηθούν αδιαβατικές . Η ενέργεια που απαιτείται για την αλλάγη της κατάστασης μιας ουσίας όπως το νερό ονομάζεται λανθάνουσα θερμότητα  . Για παράδειγμα κατά την διαδικασία της εξάτμισης το νερό ψύχεται . Το νερό σε αέρια μορφή έχει μεγαλύτερα ποσά ενέργειας ( εντονότερες κινήσεις των μορίων του )  , έτσι τα μόρια των υδρατμών κατακρατούν μέρος της ενέργειας  των μορίων του  υγρού νερού γιαυτό και το νερό ψύχεται . Τώρα , μπορούμε πλέον να ορίσουμε την θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου . Η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου ορίζεται  ως η θερμοκρασια που μια ποσότητα αέρα θα αποκτήσει, εαν ψυχθεί αδιαβατικα υπό σταθερή πίεση μέσω της εξάτμισης νερου στο κομμάτι αέραα αυτό , εως ότου να κορεστεί από υδρατμούς, εάν υποθέσουμε οτί όλη η λανθάνουσα θερμότητα κατά  την εξάτμιση του νερού δίνεται από την ποσότητα αέρα . Η θερμοκρασία αυτή πρακτικά είναι η θερμοκρασία που δείχνει ένα θερμόμετρο υδραργύρου όταν τυλίξουμε στην βάση του ένα βρεγμένο πανί και επιταχύνουμε την εξάτμιση . Όσο πιο ξηρός είναι ο αέρας τόσο μεγαλύτερη η εξάτμιση άρα και η ψύξη του αέρα γι αυτό όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας και θερμοκρασίας υγρού θερμομέτρου τόσο χαμηλότερη είναι η σχετική υγρασία. Είναι σαφές οτι η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου είναι χαμηλότερη απο την πραγματική θερμοκρασία αφόυ δεσμεύεται από τον αέρα λανθάνουσα θερμότητα κατά την εξάτμιση του υγρού νερού . Άρα ελαττώνονται οι κινήσεις των μορίων του αέρα και κατ ‘ επέκταση η θερμοκρασία . Ωστόσο η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου είναι πάντα πιο υψηλή απο το σημείο δρόσου γιατί ο αέρας  έρχεται πιο γρήγορα σε κορεσμό , αφού στους ήδη υπάρχοντες υδρατμούς προστίθενται οι υδρατμοί από την εξάτμιση του νερού . Η θερμοκρασία υγρού θερμομέτρο είναι ιδαίτερα χρήσιμη στο φαινόμενο της χιονόπτωσης , έχει παρατηρηθεί ότι όταν η θερμοκρασία υγρόυ θερμομέτρου έιναι μικρότερη ή ίση τωνμηδέν  βαθμών κελσίου ( 2 m πάνω από το έδαφος ) , τότε η διατήρηση του νερού σε στερεή μορφή μέχρι το έδαφος ( χιονονιφάδα ) είναι σχεδόν σίγουρη . Αυξημένες πιθανότητες χιονόπτωσης έχουμε μέχρι περίπου και τος 2 βαθμούς υγρού θερμομέτρου . Επίσης χρήσιμος δείκτης για την χιονόστρωση είναι η θερμοκρασία γρού θερμομέτρο 2cm πάνω από το έδαφος όμως ο υπολογισμός της είναι ιδιαίτερα δύσκολος ( κι εδώ για θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου μικρότερη ή ίση με το μηδέν η χιονόστρωση είναι σχεδόν σίγουρη ) .

Μαθήματα μικροφυσικής των νεφών στο παράθυρο ενός αεροπλάνου

Πολλές φορές βλέπουμε να σχηματίζονται κρύσταλλοι πάνω στο παράθυρο του αεροπλάνου. Σε αυτό το σύντομο άρθρο θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε δύο ερωτήματα:
1. Πως δημιουργούνται αυτοί οι παγοκρύσταλλοι;
2. Από τι εξαρτάται το σχήμα τους?

Πριν απαντήσουμε σε αυτές τις δύο ερωτήσεις θα πρέπει να εξοικιωθούμε με κάποιους όρους και διαδικασίες.

Η θεωρία Bergeron-Findeisen
Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία [Bergeron, 1935], η τάση των υδρατμών στην επιφάνεια ενός παγοκρυστάλλου είναι αρκετά μικρότερη από αυτήν στην επιφάνεια των μικρότερων νεφοσταγονιδίων. Για να γίνει πιο κατανοητή αυτή η πρόταση αρκεί να φανταστούμε απλουστευμένα ότι ο άερας ασκεί πολύ μικρότερη πίεση στα μόρια μίας ευρείας επιφάνειας σε σχέση με τα μόρια μίας περιορισμέμνης επιφάνειας. Για τον λόγο, λοιπόν, αυτόν, δημιουργείται μία ροή από τις υψηλότερες προς τις χαμηλότερες τάσεις υδρατμών και άρα από τα μικρά νεφοσταγονίδια προς τους μεγαλύτερους παγοκρυστάλλους. Με τον τρόπο αυτόν, σε ένα νέφος μικτής φάσης, όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται μεταξύ 0 και -37oC και άρα η συνύπαρξη της υγρής (υπεψυγμένες σταγόνες) και της στερεάς (παγοκρυστάλλια) φάσης του νερού είναι δυνατή, οι παγοκρύσταλλοι θα αυξάνουν σε μέγεθους σε βάρος των νεφοσταγονιδίων.

bergeron

Δημιουργία υδροσταγόνων και παγοκρυστάλλων ετερογενώς
Για τη δημιουργία παγοκρυστάλλων σε πραγματικές συνθήκες, όπως και για τη δημιουργία υδροσταγόνων, συνήθως είναι απαραίτητη η ύπαρξη πυρήνων συμπύκνωσης (ετερογενής πυρηνοποίηση). Τέτοιοι μπορεί να είναι μικροσκοπικά κομμάτια πάγου ή κάποια άερζολς (πχ αφρικανική σκόνη, το αλάτι της θάλασσας, προιόντα αποσάθρωσης του εδάφους της γης κλπ). Αυτοί μεταφέρονται μέσω των ανοδικών ρευμάτων σε μεγαλύτερα ύψη και όντας μεγαλύτεροι από τα νεφοσταγονίδια, τα προσελκύουν. Έτσι δημιουργούνται οι πρώτες υδροσταγόνες. Αν αυτή η διαδικασία συμβεί σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από 0oC, δημιουργούνται παγοκρυστάλλια. Ωστόσο, το σημείο πήξης του νερού εξαρτάται από τον πυρήνα συμπύκνωσης και το πόσο καλά αυτός «ταιριάζει» στην κρυσταλλική δομή του πάγου. Να σημειωθεί ότι το καθαρό νερό χωρίς προσμίξεις παγώνει σε θερμοκρασίες <-37οC [Houze, 2014].

Σχέση του σχήματος παγοκρυστάλλων με τη θερμοκρασία και υγρασία του περιβάλλοντος δημιουργίας τους
Στο παρακάτω σχήμα που αποτελεί προϊόν έρευνας των Kobayashi [1961], Magono and Lee [1966] και Bailey and Hallett [2009], φαίνεται κάτω από ποιες συνθήκες ένα παγοκρυστάλλιο θα πάρει κάποια συγκεκριμένη μορφή.

kobayashi

Έτσι λοιπόν, όταν στο παράθυρο του αεροπλάνου ξεμείνουν κάποιες μεγάλες σταγόνες αλλά και αρκετές μικρότερες που είναι ορατές σαν υγρασία πάνω στο τζάμι, κάποιες από αυτές θα παγώσουν νωρίτερα από κάποιες άλλες. Αυτό έχεις ως αποτέλεσμα, οι παγωμένες πλέον σταγόνες να προσελκύσουν τα μικρότερα υδροσταγονίδια και να αναπτυχθούν σε παγοκρύσταλλους. Το σχήμα των τελευταίων θα εξαρτάται από την εκάστοτε θερμοκρασία και υγρασία του αέρα. Ωστόσο, συνήθως παρατηρούμε οι κρύσταλλοι να έχουν αρκετά πιο περίπλοκα σχήματα από έναν απλό δενδρίτη ή εξάγωνο. Σύμφωνα με τους Bailey and Hallet [2009], σε θερμοκρασίες μεταξύ των -20 και -70οC (όπου συνήθως πετάει ένα αεροπλάνο), οι παγοκρύσταλλοι παίρνουν στηλόμορφες δομές ή ροζέτες ή συνδυασμό αυτών των δύο μοτίβων. Τέλος, είναι χαρακτηριστική η απουσία υδροσταγονιδίων περιφερειακά των παγοκρυστάλλων πάνω στο τζάμι (βλ. φώτο). Αυτό οφείλεται ακριβώς στη θεωρία Bergeron-Findeisen (που εξηγήθηκε νωρίτερα).

IMG_0981

Αναφορές

Bailey, Matthew P., and John Hallett. «A comprehensive habit diagram for atmospheric ice crystals: Confirmation from the laboratory, AIRS II, and other field studies.» Journal of the Atmospheric Sciences 66.9 (2009): 2888-2899.

Bergeron, T. 1935. On the physics of cloud and precipitation.Proc.5th Assembly U.G.G.I. Lisbon.Vol. 2, .p. 156.

Houze Jr, Robert A. Cloud dynamics. Vol. 104. Academic press, 2014.

Kobayashi, T. «The growth of snow crystals at low supersaturations.» Philosophical Magazine 6.71 (1961): 1363-1370.

Magono, C., and C. W. Lee, 1966: Meteorological classification of natural snow crystals. J. Fac. Sci., Hokkaido Univ., Ser. 7, 2, 321–335

Μετεωρολογικοί σταθμοί – Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε

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/

Ice-Lolly: Ένας τύπος παγοκρυστάλλου που γεννιέται στις θερμές ζώνες μεταφοράς

Τι είναι τα Ice-Lollies;
Ένα Ice-Lolly είναι ένα παγοκρυστάλλιο που αποτελείται από ένα στυλοειδή παγοκρύσταλλο (ice column) και μία παγωμένη σταγόνα νερού προσαρτημένη στο άκρο του. Το μέγεθος της σταγόνας συνήθως είναι διαμέτρου ~300μm, ενώ το συνολικό μήκος του μπορεί να φτάσει και το 1.5mm. Ο λόγος για τον οποίο ονομάστηκαν έτσι από τους Keppas et al. [2017] είναι το πολύ ιδιαίτερο σχήμα τους. Αν και στο παρελθόν παρόμοια παγοκρυστάλλια έχουν παρατηρηθεί μεμονωμένα, αυτή είναι η πρώτη φορά που παρατηρούνται σε σημαντικές συγκεντρώσεις και περιοχές μέσα σε νέφη. Πιο συγκεκριμένα τα Ice-lollies παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια περάσματος ενός θερμού μετώπου στη νότια Αγγλία στις 21/01/2009, μέσα σε μία θερμή ζώνη μεταφοράς (warm conveyor belt). Μία τέτοια ζώνη, είναι ουσιαστικά ένα θερμό ρεύμα αέρα που ξεκινάει από τον θερμό τομέα της ύφεσης και ανέρχεται πάνω από τον ψυχρό τομέα (κάθετα στο θερμό μέτωπο) μεταφέροντας υγρό και θερμό αέρα ψηλότερα. Το εν λόγω θερμό μέτωπο συσχετιζόταν με ένα εκτεταμένο και καλά οργανωμένο σύστημα χαμηλών πιέσεων στον βόρειο Ατλαντικό.

Πως ανακαλύφθηκαν;
Η ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου του Manchester, ερευνώντας και συγκρίνοντας δεδομένα που ελήφθησαν από πτηση παρατήρησης (στις 21/01/2009) μέσα στο θερμό μέτωπο και δεδομένα από ραντάρ διπλής πολικότητας (στο Chilbolton), που σάρωνε ταυτόχρονα την περιοχή πτήσης με σκοπό τη μελέτη μικροφυσικής του μετώπου, παρατήρησε τα συγκεκριμένα παγοκρυστάλλια σε σημαντικές συγκεντρώσεις και περιοχές μέσα στα νέφη. Τα δεδομένα που λήφθηκαν από την πτήση περιήχαν μεταξύ άλλων (πχ. συγκέντρωση και μέγεθος υδρομετεώρων) και εικόνες ειλημμένες από το 2D-S probe. Η λειτουργία του 2D-S probe βασίζεται στην στόχευση των παγοκρυστάλλων και υδροσταγονιδίων από μία δέσμη laser και την καταγραφή της σκιάς τους. Αυτή η σκιά παρέχει πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος των υδρομετεώρων. Περισσότερες πληροφορίες για το συγκεκριμένο όργανο καταγραφής μπορείτε να βρείτε εδώ. Ακολουθεί ένα διάγραμμα ice-lollies όπως καταγράφηκαν από το εν λόγω μέσο καταγραφής σε σχέση με την θερμοκρασία:

Πως δημιουργούνται;
Κατά τη διάρκεια του θερμού μετώπου παρατηρήθηκε ότι οι κορυφές των νεφών αποτελούνταν κατά βάση από εξαγωνικούς παγοκρυστάλλους (ice plates, ice dendrites). Αυτοί οι παγοκρύσταλλοι ακολουθώντας καθοδική πορεία μέσα στο νέφος εισέρχονταν μέσα στη θερμή ζώνη μεταφοράς, η οποία μετέφερε υγρό αέρα και δημιουργούσε υπερψυγμένα υδροσταγονίδια (σταγόνες που παραμένουν σε υγρή φάση σε θερμοκρασίες μεταξύ 0°C και -38°C). Αυτά τα υδροσταγονίδια πάγωναν με την επαφή τους με τα παγοκρυστάλλια (riming process). Σε θερμοκρασίες μεταξύ -3°C και -8°C, σύμφωνα με την θεωρία Hallett-Mossop, τα υπερψυγμένα υδροσταγονίδια ερχόμενα σε επαφή με παγοκρύστάλλους, ψύχονται με συγκεκριμένο τρόπο. Πρωτίστως δημιουργείται μία επιφανειακή κρούστα πάγου, ενώ το εσωτερικό παραμένει σε υγρή μορφή. Στη συνέχεια η ψύξη συνεχίζεται στο εσωτερικό της σταγόνας. Λόγω της εκτόνωσης του πάγου στο εσωτερικό, η αρχική επιφανειακή κρούστα θραύεται με αποτέλεσμα μικρά θραύσματα να απελευθερώνονται μέσα στο νέφος. Σε θερμοκρασίες μεταξύ -3°C και -8°C αυτά τα θραύσματα αναπτύσσονται στυλοειδώς. Αυτά τα στυλόμορφα παγοκρυστάλλια στη συνέχεια συγκρούονται με άλλες υπερψυγμένες σταγόνες για να σχηματίσουν τα ice-lollies.

Πως επηρεάζουν τα νέφη;
Η δημιουργία των Ice-Lollies σχετίζεται με την ψύξη των υπερψυγμένων σταγόνων μέσα σε νέφη μικτής φάσης (νέφη που περιέχουν υγρή και στερεά φάση ταυτόχρονα). Αυτό σημαίνει ότι τα Ice-Lollies μπορούν να επιταγχύνουν τις διαδιακασίες παγοποίησης ενός νέφους και να το μετατρέψουν σε νέφος, που περιέχει αποκλειστικά πάγο. Αυτό μπορεί να έχει επίπτωση στο χρόνο ζωής των νεφών. Επίσης, κατά την πρόσκρουση μίας σταγόνας σε ένα στυλοειδές παγοκρυστάλλιο και τη δημιουργία ενός Ice-Lolly είναι δυνατή η επανάλληψη της διαδικασίας Hallett-Mossop που περιγράφηκε προηγουμένως. Αυτό θα είχε ως συνέπεια την περαιτέρω δημιουργία παγοκρυστάλλων (ice multiplication), η οποία θα μπορούσε να συνδεθεί με ενίσχυση του υετού στην επιφάνεια της γης. Σε γενικότερο πλαίσιο, τα νέφη αποτελούν σημαντικό μέρος του ενεργειακού ισοζυγίου του συστήματος γης-ήλιου, επηρεάζοντας τόσο την εισερχόμενη όσο και την εξεχόμενη από τη γη ακτινοβολία. Η καλύτερη κατανόηση των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στα νέφη μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη παραμετροποίηση αυτών των διαδικασιών στα κλιματικά και τα μοντέλα καιρού.

Περισσότερες λεπτομέριες και σχήματα μπορείτε να βρείτε στο άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο AGU: Keppas et al. [2017]

Το AGU έχει δημοσιεύσει και ένα χιουμοριστικό κόμικ για την πιο εύκολη κατανόηση της διαδικασίας σχηματισμού των Ice-Lollies: AGU comic

Αναφορές για τη συγκεκριμένη εργασία έχουν γίνει και σε άλλους επίσημους ιστότοπους: Science News, EGU blog

Δείκτες PET και UTCI. Τι προσδιορίζουν και τι σημαίνουν 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.

Το χιόνι είναι…άχρωμο

Ενώ πολλοί πιστεύουν ότι το χιόνι είναι είτε λευκό ή μπλε, η ποικιλία των «χρωμάτων» του είναι από κίτρινο και πορτοκαλί σε πράσινο, ακόμη και μοβ, αλλά… είτε το πιστεύετε είτε όχι, το χιόνι είναι στην πραγματικότητα άχρωμο. Σύμφωνα με το Εθνικό Κέντρο Δεδομένων Χιονιού και Πάγου των ΗΠΑ, «η σύνθετη δομή των κρυστάλλων χιονιού οδηγεί σε αμέτρητες μικροσκοπικές επιφάνειες από τις οποίες αντανακλάται επαρκώς το ορατό φως. Το λίγο φως του ήλιου που απορροφάται από το χιόνι, απορροφάται ομοιόμορφα πάνω από τα μήκη κύματος του ορατού φωτός, δίνοντας του έτσι την λευκή του εμφάνιση».

Τα ανθεκτικά στο κρύο άλγη είναι μικροί, φωτοσυνθετικοί οργανισμοί που αναπτύσσονται στο χιόνι και τον πάγο στις πολικές και αλπικές περιοχές. Τα διαφορετικά στελέχη των άλγεων μπορούν να χρωματίσουν το χιόνι κίτρινο, κόκκινο, πορτοκαλί, καφέ, πράσινο. Φυσικά, το χιόνι αποκτά το χρώμα του, αφού έχει πέσει. Μπορείτε να δείτε χιόνι που πέφτει ροζ, καφέ, πορτοκαλί ή κόκκινο, αν ο αέρας είναι γεμάτος με ρύπους, σκόνη ή άμμο. Πορτοκαλί χιόνι έπεσε πάνω από τη Σιβηρία το 2007 και το Κρασνονταρ (Ρωσία) καλύφθηκε από ροζ χιόνι το 2010.

Φονικότεροι οι τυφώνες με γυναικεία ονόματα

Οι τυφώνες που έχουν «βαφτιστεί» με γυναικεία ονόματα, όπως «Ντόλι», «Χάνα», «Ειρήνη» ή «Φαίη», είναι πολύ πιο φονικοί σε σχέση με όσους έχουν ανδρικά ονόματα, όπως «Αλεξάντερ» ή «Κρίστοφερ», σύμφωνα με μια νέα αμερικανική επιστημονική έρευνα.

Η μελέτη υποστηρίζει ότι το θηλυκό όνομα, επειδή φαντάζει πιο αθώο, ξεγελά τους ανθρώπους και δεν κάνουν τις αναγκαίες προετοιμασίες εν όψει του ερχομού του τυφώνα, με συνέπεια αυτός να προκαλεί πιο πολλά θύματα.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόις, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), σύμφωνα με το πρακτορείο Ρόιτερς και το «Science», μελέτησαν στοιχεία για τους συνολικά 94 τυφώνες που «χτύπησαν» τις ΗΠΑ στο διάστημα 1950-2012 και συσχέτισαν τα θύματα καθενός με το όνομά του.

Όπως διαπιστώθηκε, όσο πιο θηλυκό είναι το όνομα ενός τυφώνα, τόσους περισσότερους ανθρώπους τελικά σκοτώνει. Οι τυφώνες με τα κατ’ εξοχήν γυναικεία ονόματα προξενούν κατά μέσο όρο πενταπλάσια θύματα σε σχέση με όσους έχουν τα πιο αρρενωπά ονόματα. Είναι χαρακτηριστικό ότι σε δύο σχεδόν εξίσου δυνατούς τυφώνες, αρκεί να αλλάξει το όνομά τους από το ανδρικό «Τσάρλι» στο γυναικείο «Ελόιζ» για να τριπλασιαστεί σχεδόν ο αριθμός των θυμάτων.

«Για να κρίνουν την ένταση ενός επερχόμενου τυφώνα, οι άνθρωποι φαίνεται πως επηρεάζονται από το πώς συμπεριφέρονται οι άνδρες και οι γυναίκες. Αυτό σημαίνει ότι ένα τυφώνας με θηλυκό όνομα γίνεται αντιληπτός ως πιο ευγενικός και λιγότερο βίαιος» δήλωσε η καθηγήτρια Σάρον Σάβιτ.

Οι ερευνητές, εκτός από τη στατιστική ανάλυση, έκαναν εργαστηριακά πειράματα με 346 εθελοντές και επιβεβαίωσαν ότι όντως τα γυναικεία ονόματα των τυφώνων παραπλανούν ως πιο ακίνδυνα. Όταν ο τυφώνας έχει ανδρικό όνομα, είναι 34% πιο πιθανό κάποιος να υπακούσει στις εντολές εκκένωσης και να εγκαταλείψει την περιοχή του που αναμένεται να πληγεί.

«Το πρόβλημα είναι ότι το όνομα του τυφώνα δεν έχει καμία σχέση με τη σοβαρότητά του. Τα ονόματα δίνονται αυθαίρετα, με βάση έναν προκαθορισμένο κατάλογο ανδρικών και γυναικείων ονομάτων. Αν οι άνθρωποι που βρίσκονται πάνω στο πέρασμα ενός δυνατού τυφώνα, τον πάρουν αψήφιστα, επειδή έχει θηλυκό όνομα, τότε αυτό μπορεί να αποβεί άκρως επικίνδυνο», δήλωσε ο κύριος ερευνητής Κίτζου Γιουνγκ.

Στο παρελθόν, οι μετεωρολόγοι έδιναν μόνο γυναικεία ονόματα στους τυφώνες (η αρχή έγινε με την «Αλις» το 1953), ακολουθώντας το -μάλλον σεξιστικό- σκεπτικό ότι η γυναικεία φύση είναι πιο απρόβλεπτη. Όμως στη δεκαετία του ΄70, καθώς επικράτησε στην κοινωνία ένα πνεύμα «πολιτικής ορθότητας», φεμινισμού και ισότητας των δύο φύλων, υιοθετήθηκε το σύστημα εναλλαγής ανδρικών και γυναικείων ονομάτων. Ο πρώτος «ανδρικός» τυφώνας του Ατλαντικού ήταν ο «Μπομπ» το 1979.

Δυστυχώς, όπως δείχνει η νέα μελέτη, τα στερεότυπα (εν προκειμένω μάλλον θετικά, σχετικά με την πιο «ζεστή» και λιγότερο επιθετική γυναικεία φύση) συνεχίζουν να εξασκούν την υπόγεια επιρροή τους, με αποτέλεσμα οι άνθρωποι να υποτιμούν τους κινδύνους, όταν ακούνε το γυναικείο όνομα ενός τυφώνα και να μην καταφεύγουν σε ασφαλέστερα μέρη.

Οι τυφώνες σκοτώνουν περισσότερους από 200 ανθρώπους στις ΗΠΑ κάθε χρόνο και πολύ περισσότερους σε όλο τον κόσμο. Όταν είναι πολύ σοβαροί, τα θύματα είναι χιλιάδες, όπως συνέβη με την «Κατρίνα» στη Νέα Ορλεάνη το 2005. Η κλιματική αλλαγή αναμένεται να αυξήσει τη συχνότητα και ένταση των τυφώνων παγκοσμίως.

storm-sandy_1351498550059.mediumΓια το 2014, ο Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός έχει διαλέξει τα γυναικεία ονόματα «Ντόλι», «Ζοζεφίν» και «Βίκι». Σύμφωνα με τους ερευνητές, ίσως οι τυφώνες θα έπρεπε στο μέλλον να παίρνουν μη ανθρώπινα ονόματα, όπως ζώων ή αντικειμένων, ώστε να μην λειτουργούν τόσο στερεοτυπικά.

Μύθοι και αλήθειες για την ψυχρή λίμνη του Βόρειου Ατλαντικού

ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΒΟΡΕΙΟΥ ΑΤΛΑΝΤΙΚΟΥ ΜΕ ΤΟΝ ΝΑΟ

Ο AMO είναι ένα ωκεάνιο ρεύμα με διαφορετικές φάσεις και έχει περιοδικότητα πολλών δεκαετιών το οποίο επηρεάζει τον βόρειο ατλαντικό και συγκεκριμένα την θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας. Ο ΑΜΟ έχει δύο φάσεις:

1)O AMO βρίσκεται στην θερμή φάση του (warm phase) όταν έχουμε θετικές αποκλίσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας στο βόρειο ατλαντικό καθώς και στους τροπικούς με μια ζώνη αρνητικών αποκλίσεων της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας ενδιάμεσα.

2)Ο ΑΜΟ βρίσκεται στην αρνητική του φάση όταν έχουμε τις αντίθετες αποκλίσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας αντίστοιχα.(αρνητικές αποκλίσεις στο βόρειο ατλαντικό και στους τροπικούς και θετικές αποκλίσεις ενδιάμεσα.

Η κύρια περίοδος της ταλάντωσης του ΑΜΟ είναι περίπου 70 χρόνια με 30-35 χρόνια να αντιστοιχούν στην κάθε φάση του(warmcold phase) όπως φαίνεται και στο σχήμα παρακάτω.

 fig1

Figure1: Atlantic Multidecadal Oscillation according to the methodology proposed by van Oldenborgh et al.

Η κύρια κυματομορφή του ΑΜΟ προκύπτει σαν μέσος όρος επιμέρους ετών συνεπώς ακόμη και στη θετική η αρνητική φάση να βρισκόμαστε μπορούμε να έχουμε θετικές η αρνητικές τιμές του δείκτη αντίστοιχα. Η μηνιαία μεταβολή του ΑΜΟ είναι πολύ μικρή και αυτό οφείλεται στη μεγάλη περιοδικότητα που παρουσιάζουν τα ωκεάνια ρεύματα.

Οι Walter και Graf σε άρθρο τους το 2002 συσχέτισαν τον ΑΜΟ με το ΝΑΟ. Η συσχέτιση που βρέθηκε ανάμεσα στους δύο δείκτες(ΑΜΟ-ΝΑΟ) είναι ισχυρά αρνητική κατά την κρύα φάση(cool phase) του ΑΜΟ. Δηλαδή για να γίνει πιο κατανοητό όταν ο ΑΜΟ βρίσκεται σε κρύα φάση (cool phase) οδηγεί σε θετικό ΝΑΟ. Όμως όταν ο ΑΜΟ βρίσκεται σε θερμή φάση(warm phase) η συσχέτιση του με το ΝΑΟ είναι ασθενέστερη και αυτό δεν έχει παρατηρηθεί μόνο απο τους Walter και Graf αλλά και απο τους Yannick Peings και Gudrun Magnusdottir (http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-04/iop-wna040114.php) , οι οποίοι προτείνουν…

Τα αποτελέσματα μας δείχνουν οτι η θετική φάση του ΑΜΟ τον χειμώνα οδηγεί σε αρνητική φάση του ΝΑΟ. Μια αρνητική φάση του ΝΑΟ το χειμώνα συνήθως συνδέεται άμεσα με ψυχρό καιρό στις ανατολικές ΗΠΑ και τη δυτική και βόρεια Ευρώπη. Οι παρατηρήσεις δείχνουν οτι παίρνει 10-15 χρόνια για να έχει η θετική φάση του ΑΜΟ επίδραση στο ΝΑΟ, ο λόγος για αυτό το lag είναι άγνωστος ωστόσο μια εξήγηση είναι οτι οι φάσεις του ΑΜΟ παίρνουν χρόνο για να αναπτυχθούν πλήρως. Αυτά που ειπώθηκαν αποτυπώνονται στις παρακάτω εικόνες:

fig2

Figure 2: Χρονοσειρά τον αποκλίσεων της θερμοκρασίας του βόρειου ατλαντικού και ετήσιος μέσος του ΝΑΟ. Σύνδεσμος εικόνας http://www.intellicast.com/Community/Content.aspx?a=127

fig3

Figure 3: Χρονοσειρά ετήσιας μεταβολής του ΝΑΟ κατά τους χειμερινούς μήνες(δεξιά εικόνα). Διάφορες φάσεις του ΑΜΟ(αριστερά)

Όπως φαίνεται είδη απο προηγούμενους μήνες και όπως δείχνει η εικόνα του Οκτώβρη είδη βρισκόμαστε σε αρνητικές τιμές του δείκτη.

fig4

Figure 4: Αποκλίσεις επιφανειακής θερμοκρασίας θάλασσας για το μήνα Οκτώβριο

Σύμφωνα με το CFS2 model του ΝΟΑΑ

(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/CFSv2/CFSv2seasonal.shtml) και τα ensemble του (Ε1,Ε2,Ε3) τα οποία παρουσιάζουν σχεδόν την ίδια εικόνα η τιμή του ΑΜΟ για τους επόμενους μήνες (Νοέμβριος-Απρίλιος) είναι αρνητική. Για του λόγου το αληθές επιλέγοντας το Ε2 και τον μήνα Δεκέμβρη τυχαία σας παραθέτουμε την παρακάτω εικόνα η οποία είναι πολύ κοντά σε αυτή του Οκτώβρη.

 fig5

Figure 5: Αποκλίσεις επιφανειακής θερμοκρασίας θάλασσας για το μήνα Δεκέμβρη

Εδώ να σας αναφέρουμε οτι παρόλο που οι επόμενες μήνες βασίζονται σε πρόγνωση αποκλείεται ο ΑΜΟ να πάρει θετικές τιμές διότι η μηνιαία μεταβολή του είναι σχεδόν μηδαμινή. Τέλος είναι σημαντικό να αναφερθεί οτι ο ΝΑΟ και αυτό προκύπτει απο πολλές πηγές οι οποίες αν ζητηθούν μπορούν να παρουσιαστούν επηρεάζεται απο πολλές παραμέτρους και φυσικά όχι μόνο απο τον ΑΜΟ. (πχ Ηλιακή δραστηριότητα, QBO, Θερμοκρασία στρατόσφαιρας, PDO, ENSO κα.)

Απο το 1995 περίπου και μετά βρισκόμαστε σε θερμή φάση(warm phase) του ΑΜΟ η οποία αναμένεται να διαρκέσει περίπου ως το 2025. ¨Ομως όπως δείξαμε και παραπάνω η τιμή του δείκτη φέτος θα είναι αρνητική.

Παρατηρήσεις και συμπεράσματα

Υπενθυμίσεις(που αναφέρονται παραπάνω) πριν την παρατήρηση

1)Οι Walter και Graf σε άρθρο τουε το 2002 συσχέτισαν τον ΑΜΟ με τον ΝΑΟ και η συσχέτιση ανάμεσα στους 2 δείκτες(ΑΜΟ-ΝΑΟ) είναι ισχύρα αντίστροφη-αρνητική μόνο κατά την κρύα φάση του ΑΜΟ(cool phase,ψυχρός βόρειος Ατλαντικός).Όταν όμως ο ΑΜΟ βρίσκεται στην θερμή του φάση (warm phase,θερμος β.ατλαντικός) η συσχέτιση του ΑΜΟ με τον ΝΑΟ είναι Μικρή-Ασθενής. Παρόλο την μικρή- ασθενή συσχέτιση των δυο δεικτών κατά την θερμή φάση του ΑΜΟ(θερμός βόρειος ατλαντικός),η θετική φάση του ΑΜΟ οδηγεί σε αρνητικές τιμές του ΝΑΟ δηλαδή και εδω η σχέση μεταξύ τους είναι αντίστροφη αλλά η συσχέτιση μεταξύ τους ειναι μικρή.

Στην ψυχρή φάση του ΑΜΟ είναι σχεδόν ξεκάθαρη η αντίστροφη ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των δυο δεικτών(ΑΜΟ-ΝΑΟ) Δηλαδη οτι η κρύα φάση του ΑΜΟ(Κ.Β.ΑΤΛΑΝΤΙΚΟΣ) οδηγει σε θετικές τιμές ΝΑΟ οπως θα φανει και απο τις παρατηρήσεις παρακάτω!!!

2)Οι τιμές του ΝΑΟ προφανώς και δεν επηρεάζονται μόνο απο την φάση του ΑΜΟ δηλαδή δεν εχουν συσχέτιση 1-1 αλλά και απο άλλους παράγοντες όπως έχουμε αναφέρει που θα αναλυθούν σε επόμενο άρθρο,απλως τους υπενθυμίζουμε(ηλιακή δραστηριότητα,θερμοκρασία στρατόσφαιρας,QBO,MJO,ENSO και άλλα)

3)Θετικές μέσες τιμές ΝΑΟ >0,5 , Ουδέτερες μέσες τιμές ΝΑΟ -0.5 εως +0,5 , Αρνητικές μέσες τιμές ΝΑΟ <0,5

ΔΥΟ ΔΙΑΓΡΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΠΟ ΚΑΤΩ ΟΙ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ

fig8

fig9

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ:

1) Cool phase AMO 1900-1925:Οπως βλέπουμε στην ψυχρή φάση του ΑΜΟ(κρυος βορειος ατλαντικος) Ο ΝΑΟ (Δεκέμβριος-Μάρτιος) τα περισσότερα χρόνια αυτής της περιόδου έκλεισε με θετικές μέσες τιμές με μικρή περίοδο εξαίρεσης κοντά στο 1915(1913-1919) όπου πήρε ελαφρά αρνητικές μέσες τιμές επι το πλείστον.Ομως παρατηρούμε οτι εκείνο το διάστημα ο ΑΜΟ γύρισε σε θετικές ετήσιες μέσες τιμές για μερικά χρόνια παρόλο που βρισκόταν στην ψυχρή φάση του.

2) Warm phase AMO(1926-1969):Οπως βλέπουμε στην μεγάλη θερμή φάση του ΑΜΟ( σχεδον 43 χρόνια) οι μέσες τιμές του ΝΑΟ(Δεκεμβριος-Μαρτιος) ηταν σχεδόν μοιρασμένες σε αρνητικές-θετικές και οχι μόνον αυτο αλλα και οι θετικές μέσες τιμές αυτά τα χρόνια που πήρε ο ΝΑΟ ήταν λιγότερο θετικές( ως μέσος όρος) απο ότι στην ψυχρή φάση του ΑΜΟ(1900-1925 και 1970-1994). Μικρή συσχέτιση ΑΜΟ με ΝΑΟ στην θερμή φάση του ΑΜΟ.

3) Cool phase of AMO 1970-1994:Oπως βλέπουμε και σε αυτή την περίπτωση ενώ ο βόρειος ατλαντικός ειναι ψυχρός(Cool phase AMO) ο μέσος όρος του ΝΑΟ(Δεκεμβριος-Μαρτιος) είναι ως επι το πλείστων θετικός με εξαίρεση κάποιες ελάχιστες χρονιές ιδιαίτερα στην αρχή της κρύας φάσης του ΑΜΟ και μάλιστα εδω πρέπει να προσεξούμε οτι οι μέσες τιμές του ΝΑΟ που επιτυγχάνονται είναι μεγαλύτερες από οτι στην Warm phase του(1926-1969)όπως επίσης το ίδιο συνέβηκε και στην cool phase του ΑΜΟ απο 1900-1925.

4) Warm phase (1995- ??? ):Απο το 1995 μέχρι σήμερα διανύουμε μια θερμή φάση του ΑΜΟ και μάλιστα πάλι βλέπουμε σχεδόν μοιρασμένες εως σημέρα μέσες τιμές του ΝΑΟ(δεκεμβριος-μάρτιος) Αρνητικές-Θετικές και αρκετές ουδέτερες μέσες τιμές του ΝΑΟ

(Απο +0,5 εως -0,5) και εδώ να υπενθυμιστεί η μικρή συσχέτιση του ΑΜΟ με τον ΝΑΟ οταν ο ΑΜΟ βρίσκεται στην θερμή του Φαση παρόλο που +ΑΜΟ οδηγει σε -ΝΑΟ.

Συμπερασματικά,

  1. Αρνητικές αποκλίσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας στο Βόρειο Ατλαντικό δεν έχουν καμία συσχέτιση με αρνητικές τιμές του ΝΑΟ και συνεπώς με αντικυκλώνα (blocking,υψηλά γεωδυναμικά ύψη στα 500mbar) στην περιοχή του Βόρειου Ατλαντικού άρα και μεταφορά ψύχους στη δυτική και βόρεια Ευρώπη. Αυτό συμβαίνει γιατί οι αρνητικές τιμές του ΑΜΟ συνδέονται επι το πλείστον με την cold phase του(ΑΜΟ), η οποία συσχετίζεται άμεσα-ισχυρά με θετικές τιμές του ΝΑΟ.
  2. Μπορεί να βρισκόμαστε σε θετική φάση του ΑΜΟ αλλά οι τιμη του ΑΜΟ για φέτος θα είναι αρνητική. Σε παρόμοιες περιπτώσεις δεν μπορεί να βγεί κάποια ακριβής συσχέτιση μεταξύ αρνητικού ΝΑΟ και ΑΜΟ. Ο αρνητικός ΝΑΟ παρουσιάζεται επι το πλείστον σε θετικές τιμές του ΑΜΟ
  3. Σύμφωνα με το figure3 θετικές και αρνητικές τιμές του ΑΜΟ συνδέονται με αντίθετες τιμές του ΝΑΟ
  4. Σύμφωνα με το figure2 θετικές και αρνητικές φάσεις του ΑΜΟ συνδέονται με αρνητικές και θετικές ετήσιες μέσες τιμές του ΝΑΟ αντίστοιχα (δηλαδή έχουν αντίστροφη σχέση)
  5. Όπως είδη έχουμε αναφερθεί απο το 95 και μετά βρισκόμαστε σε θετική φάση του ΑΜΟ. Όμως τον χειμώνα 95-96 ο οποίος έκλεισε με μέσο όρο ΝΑΟ κάτω απο -1.5 ο Βόρειος ατλαντικός ήταν θερμός όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Επίσης το χειμώνα 09-10 οπου ο μέσος όρος του ΝΑΟ έκλεισε κάτω απο -2 ο βόρειος ατλαντικός ήταν θερμός. Άρα σε δύο περιπτώσεις πρόσφατες, παρατηρούμε οτι δύο αρκετά κρύοι χειμώνες για τη δυτική Ευρώπη με κορύφωση το 09-10 ο βόρειος Ατλαντικός ήταν θερμός.

fig6

Figure 6: Χρονοσειρά τιμών ΑΜΟ

Κλείνοντας σε επόμενα άρθρα θα αναφερθούμε και σε άλλους δείκτες όπως ENSO,ο PNA, ο QBO, ο PDO,ο MJO και πως συνδέονται με την παγκόσμια κυκλοφορία. Επίσης στην συσχέτιση της θερμοκρασίας της στρατόσφαιρας με τον ΑΟ. Θα γίνει και μια παρουσίαση πάνω στις ηλιακές κηλίδες και τον κύκλο του και κατα πόσο επηρρεάζει την θερμοκρασία της στρατόσφαιρας. Αυτο που αποκόμοισαμε κοιτάζοντας όλες τια παραμέτρους είναι οτι την φετινή χρονιά είναι πολύ δύσκολο να γίνει κάποια πρόβλεψη της κυκλοφορίας του χειμώνα, (παρόλαυτα θα γίνει μια προσπάθεια προσέγγισης απο εμας), και ειδικά με τον τρόπο που παρουσιάζεται σε μερικά γκρούπ και σάιτ, τα οποία προσπαθούν με μια μόνο παράμετρο δηλαδή την θερμοκρασία του βόρειου Ατλαντικού να προβλέψουν έναν πολύ βαρύ χειμώνα για την Ευρώπη και ειδικά με τον τρόπο που παρουσιάζεται σε ορισμένες περιπτώσεις στο διαδίκτυο, δηλαδή με μια μόνο παράμετρο δηλαδή την θερμοκρασία του βόρειου Ατλαντικού να προβλέφθει ένας πολύς βαρύς χειμώνας για την Ευρώπη. Συνεπώς συνιστούμε να φιλτράρετε αυτά που διαβάζετε και να μην υιοθετείτε εύκολα πληροφορίες οι οποίες χωρίς κανένα επιχείρημα δίνουν έναν βαρύ χειμώνα στην Ευρώπη (Οχι οτι δεν μπορεί να γίνει αλλά αυτό πρόφανός και δεν εξαρτάται μόνο από την επιφανιακή θερμοκρασία της θάλασσας στον βόρειο Ατλαντικό).

 

Για όσους δεν θυμούνται παρουσιάζονται παρακάτω οι φάσεις του ΝΑΟ και ΑΟ σε ένα σχήμα και σε περαιτέρω άρθρα θα αναλυθούν το πως επηρεάζει η κάθε φάση τον καιρό σε Αμερική και Ευρώπη

fig7

Figure7: Φάσεις ΝΑΟ-ΑΟ

 

Βιβλιογραφία:

http://www.intellicast.com/Community/Content.aspx?a=127

http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/CFSv2/CFSv2seasonal.shtml http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-04/iop-wna040114.php

https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/hurrell-north-atlantic-oscillation-nao-index-station-based

http://www.slideshare.net/eqecat/2013-northatlantichurricanetyphoonseasonprimer

Επιμέλεια: Καθαρόπουλος Ιωάννης – Πασιπουλαρίδης Ερμής