lake effect snow

Lake effect snow

Ο όρος lake effect snow χρησιμοποιείται στην Μετεωρολογία για να περιγράψει την εκδήλωση πολύ έντονων και πυκνών χιονοπτώσεων στην προσήνεμη πλευρά μεγάλων επιφανειών νερού (π.χ. λίμνες, «κλειστές» θάλασσες).

Το φαινόμενο lake effect snow παρατηρείται κυρίως κατά τη διάρκεια του χειμώνα, όταν πολύ ψυχρές αέριες μάζες, πολικής προέλευσης, αναγκάζονται να κινηθούν πάνω από εκτεταμένες περιοχές καλυμένες με θερμότερο νερό.

Καθώς ο ψυχρός αέρας κινείται πάνω από το θερμότερο νερό, τα κατώτερα στρώματα της αέριας μάζας θερμαίνονται γρηγορότερα και καθίστανται ασταθή, με αποτέλεσμα να αρχίσουν να ευνοούνται οι κατακόρυφες ανοδικές κινήσεις. Παράλληλα, ο ψυχρός αέρας εμπλουτίζεται σε υδρατμούς με γρήγορο ρυθμό και σύντομα καθίσταται κορεσμένος. Καθώς ο κορεσμένος σε υδρατμούς αέρας συνεχίζεται να θερμαίνεται, αναγκάζεται να κινηθεί ανοδικά οπότε αρχίζει η δημιουργία σωρειτόμορφων νεφών, τα οποία αυξάνουν συνεχώς σε μέγεθος λόγω της εντεινόμενης ατμοσφαιρικής αστάθειας. Με την «‘άφιξη» του αέρα και των νεφών στην προσήνεμη πλευρά της υδάτινης επιφάνειας, ενισχυόνται περαιτέρω οι ανοδικές κινήσεις εξαιτίας της ορογραφίας και της σύγλισης του αέρα καθώς αναγκάζεται να επιβραδύνει πάνω από την ξηρά. Με τον τρόπο αυτό τελικά, πυροδοτούνται έντονες και πυκνές χιονοπτώσεις πάνω από τις προσήνεμες περιοχές.

Τα παραπάνω περιγράφουν σε γενικές μόνο γραμμές το μηχανισμό δημιουργίας του lake effect snow. Eιδικότερα ωστόσο, υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν τη δημιουργία και την ένταση του φαινομένου.

Ατμοσφαιρική Αστάθεια
Οι συνθήκες της ατμοσφαιρικής αστάθειας παίζουν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία του lake effect snow. Συγκεκριμένα, η έλλειψη αστάθειας αποτελεί ανασταλτικό παράγοντα αφού συνεπάγεται παρεμπόδιση των κατακόρυφων ανοδικών κινήσεων. Η δημιουργία συνθηκών αστάθειας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την κατακόρυφη θερμοβαθμίδα. Σύμφωνα με διάφορες μελέτες που έχουν γίνει, θεωρείται πως για την πυροδότηση του φαινόμενου θα πρέπει η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της υδάτινης επιφάνειας και του αέρα στο ύψος των ~1,500 m (850 hPa) να είναι μεγαλύτερη των 13 oC. Διαφορές θερμοκρασίας αυτής (ή μεγαλύτερης) της τάξης είναι ικανές να δημιουργήσουν συνθήκες αστάθειας, υποστηρίζοντας της ταχεία μεταφορά θερμότητας και υδρατμών κατά την κατακόρυφη διεύθυνση.

Μήκος Διαδρομής της Ψυχρής Αέριας Μάζας

Η απόσταση που διανύει ο ψυχρός αέρας πάνω από την επιφάνεια του θερμότερου νερού επηρέαζει την ποσότητα (κυρίως) του υετού. Ένα τυπικό μήκος διαδρομής, ικανό να οδηγήσει σε αξιόλογο lake snow effect είναι τα 80-100 km. Το μήκος της διαδρομής της αέριας μάζας σχετίζεται άμεσα με τη διεύθυνση του ανέμου στα 850 hPa. Έχει αποδειχθεί πως ακόμα και μικρές αποκλίσεις στη διεύθυνση (της τάξης των 10 μοιρών) μπορούν να οδηγήσουν σε ενίσχυση ή περιορισμό του φαινομένου, μέσω της αύξησης ή ελάττωσης, αντίστοιχα, του μήκους διαδρομής.

Διάτμηση Ανέμου

Η καθ’ύψος μεταβολή της διεύθυνσης του ανέμου παίζει καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη του lake effect snow. Συγκεκριμένα εάν οι αποκλίσεις της διεύθυνσης του ανέμου (αυτό που στη Μετεωρολογία ονόμαζεται διάτμηση) από την επιφάνεια έως τα ~3,000 m (700 hPa) είναι μικρές (της τάξης των 0-30 μοιρών), τότε η ένταση του φαινομένου είναι μέγιστη. Στην περίπτωση αποκλίσεων μεταξύ 30-60 μοιρών, οι ζώνες των υετοφόρων νεφώ εξασθενούν σημαντικά, ενώ όταν παρατηρούνται αποκλίσεις πάνω από 60 μοίρες, το πιθανότερο αποτέλεσμα του lake effect snow είναι η εκδήλωση κάποιων νιφαδοπτώσεων. Η ταχύτητα του ανέμου στα ανώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα διαδραματίζει επίσης κάποιο ρόλο, λιγότερο σημαντικό από τη διάτμηση ωστόσο. Υψηλές ταχύτητες έχουν γενικά τη δυνατότητα να οδηγήσουν τον υετό βαθύτερα μέσα στην ξηρά. Στον αντίποδα, εάν υπάρχουν πολύ μεγάλες διαφορές στην ταχύτητα του ανέμου κατακόρυφα (διάτμηση), τότε είναι εύκολο να υπάρξει διάλυση των νεφών. Σύμφωνα με ορισμένες μελέτες, η διαφορά στην ταχύτητα του ανέμου μεταξύ της επιφάνειας και των ~3,000 m (700 hPa) δεν θα πρέπει να ξεπερνά τα 40 knots (74 km/h).

Υγρασία

Η διαθεσιμότητα υγρασίας καθ’ύψος επηρεάζει άμεσα τη δυναμική του υετού. Εάν λοιπόν η μεταβολή της σχετικής υγρασίας κατά την κατακόρυφη διεύθυνση είνα μικρή, τότε δεν ευνοείται η συμπύκνωση των υδρατμών και ο σχηματισμός νεφών. Αντίθετα, αν υπάρχει κατακόρυφη ροή υγρασίας, τότε είναι ευκολότερο να σχηματιστούν νέφη με σημαντικά ποσά υετίσιμου νερού.

Υδάτινες Επιφάνειες

Η παρουσία επιπρόσθετων, σημαντικής έκτασης, υδάτινων επιφανειών κατά μήκος του άξονα κίνησης της ψυχρής αέριας μάζας είναι δυνατόν να οδηγήσει σε εκ νέου ενίσχυση του lake effect snow. Παρόλα αυτά πρέπει να σημειωθεί πως αυτό δεν αποτελεί το γενικό κανόνα, οπότε δε συμβαίνει πάντα.

Συνοπτική Κατάσταση

Η γενικότερη συνοπτική κατάσταση επηρεάζει σε σημαντικό βαθμό τη δημιουργία του lake effect snow. Για παράδειγμα, η μεταφορά θετικού (κυκλωνικού) στροβιλισμού στην ανώτερη ατμόσφαιρα είναι δυνατό να ενισχύσει το φαινόμενο, μέσω της αύξησης του ύψους της επιστεγάζουσας αναστροφής. Η μεταφορά ψυχρών αεριών μαζών μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ένταση του φαινομένου.

Ορογραφία-Τοπογραφία

Η ιδιαίτερη τοπογραφία των προσήνεμων στη «λίμνη» περιοχών αποτελεί καθοριστικό παράγοντα. Τα έντονα ορογραφικά χαρακτηριστικά (παρουσία λόφων, βουνών με απότομη αύξηση του υψομέτρου) ευνοούν την εκδήλωση ισχυρότερων χιονοπτώσεων. Αυτές εντοπίζονται συνήθως στις ορεινότερες περιοχές.

Χιονοκάλυψη/Παγοκάλυψη

Η σταδιακή ψύξη της υδάτινης επιφάνειας οδηγεί μοιραία στον περιορισμό του lake effect snow. Αυτό αποδίδεται κύρια στον περιορισμός της λανθάνουσας θερμότητας, εξαιτίας της πτώσης της θερμοκρασίας του νερού. Στην περίπτωση της δημιουργίας πάγου, τότε επιπρόσθετα μειώνεται και το μήκος της διαδρομής που η ψυχρή αέρια μάζα διανύει πάνω το νερό.

[ad name=»InsidePostBanner»]

Τι είναι θερμοκρασιακή αναστροφή ακτινοβολίας ;

Τις τελευταίες μέρες παρατηρούμε ότι σε πολλές περιοχές τις χώρας μας (κυρίως στα ηπειρωτικά) κατά τις  βραδυνές και πρωινές ώρες η θερμοκρασία σε πεδινά και ημιπεδινά τμήματα είναι χαμηλότερη από τι σε ορεινές περιοχές . Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θερμοκρασιακή αναστροφή ακτινοβολίας αλλά πρώτα ας δούμε τι είναι γενικότερα αναστροφή . Αναστροφή ονομάζεται ένα φαινόμενο κατά το οποίο σε ένα ατμοσφαιρικό στρώμα η θερμοκρασία αυξάνεται καθ ΄ύψος (αντί να μειώνεται που είναι το φυσιολογικό) . Το αναστροφικό στρώμα χαρακτηρίζεται από την ένταση του  (ρυθμός με τον οποίο αυξάνεται η θερμοκρασία καθ΄ύψος) , το πάχος του (δηλαδή η διαφορά ύψους της βάσης του αναστροφικού στρώματος από την κορυφή του ) και απο το ύψος του (δηλαδή το ύψος της βάσης και της κορυφής του) . Να τονιστεί  ότι συνήθως στο αναστροφικό στρώμα επικρατούν συνθήκες ευστάθειας που περιορίζουν την κατακόρυφη ανάμειξη του αέρα .

Αναστροφή ακτινοβολίας 

Η αρχή του φαινομένου της αναστροφής ακτινοβολίας

Κατά  την διάρκεια της νύχτας το έδαφος εκπέμπει την ακτινοβολία που έχει απορροφήσει κατά την διάρκεια της ημέρας (υπέρυθρη ακτινοβολία που μεταφέρει θερμική ενέργεια) . Έτσι ψύχεται ακαριαία ψύχοντας και τον αέρα που βρίσκεται πάνω από αυτό μέχρι ένα ύψος από μερικές δεκάδες έως και εκατοντάδες μέτρα  . Ταυτόχρονα απαιτείται όσο το δυνατόν πιο ανέφελος ουρανός  γιατί τα σύννεφα επανεκπέμπουν ακτινοβολία προς το έδαφος θερμαίνοντας κυρίως  τον αέρα  πάνω από  αυτό  ( αφού το έδαφος είναι ΄΄καλός αγωγός της θερμότητας΄΄ σε αντίθεση με τον ατμοσφαιρικό αέρα)  κι έτσι όταν τα νέφη είναι αυξημένα αποτρέπεται η δημιουργία αναστροφικού στρώματος . Επίσης ,απαιτείται  σχετικά ξηρή ατμόσφαιρα ώστε παρά την γρήγορη ψύξη του ατμοσφαιρικού αέρα  αυτός να μην φτάνει γρήγορα κοντά στο σημείο κορεσμού του , γιατί διαφορετικά θα εγκλωβίζεται  η εκπεμπόμενη ακτινοβολία από το έδαφος και συνεπώς η ψύξη του εδάφους  δεν θα επηρεάζει τόσο τον αέρα πάνω από αυτό (περισσότερα για το κορεσμό εδώ http://www.northmeteo.gr/vivliothiki-gnosis/ennoies-meteorologias/ygrometrikes-parametroi/)  .Τέλος ο άνεμος είναι ένας ακόμα ένας ανασταλτικός παράγοντας , συνεπώς γίνεται κατανοητό ότι οι αντικυκλωνικές συνθήκες όπως αυτές που έχουμε τώρα είναι ιδανικές αφού οι τρεις ανασταλτικοί παράγοντες που αναφέραμε είναι περιορισμένοι.  Στην συνέχεια ο ψυχρός αέρας κοντά στο έδαφος όντας βαρύτερος εγκλωβίζεται και δεν αναμειγνύεται με τον θερμότερο υπερκείμενο αέρα , όλη η παραπάνω διαδικασία  ευνοείται κυρίως σε κλειστούς κάμπους-πεδιάδες και σε οροπέδια-λεκανοπέδια και γενικότερα σε ηπειρωτικές περιοχές μακριά από την θάλασσα (γιατί η θάλασσα έχει μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα σε σχέση με το έδαφος άρα ψύχεται πιο αργά) . Το αναστροφικό στρώμα που δημιουργείται από τους παράγοντες που αναλύθηκαν παραπάνω συνήθως διαλύεται τις προμεσημβρινές ώρες εκτός κι αν σχηματιστεί ομίχλης μεγάλου πάχους και συνθήκες άπνοιας οπότε η ομίχλη δεν θα διαλυθεί με αποτέλεσμα να αποτρέπει την ακτινοβολία να φτάνει στο έδαφος και να διατηρεί χαμηλές θερμοκρασίες

Η διατήρηση του αναστροφικού στρώματος χάρη στην ομίχλη

 

ατμόσφαιρα της γης

Ατμόσφαιρα της γης και το κλίμα

Τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας (GCM – General Circulation Models) αποτελούν ένα από τα βασικά εργαλεία για την μελέτη στο κλίμα του πλανήτη μας και στην ατμόσφαιρα της γης. Μέσα από την εφαρμογή των GCM καθίσταται δυνατή η προσομοίωση του κλίματος τόσο κατά το παρελθόν όσο και για το μέλλον. Ένα τέτοιο μοντέλο είναι και το Goddard Earth Observing System Model version 5 (GEOS-5) της NASA. Στα animation που ακολουθούν αποτυπώνεται η φυσική μεταβλητότητα του κλίματος της Γης, όπως αυτή προσομοιώνεται από το GEOS-5. Για καλύτερα θέαση, παρακολουθείστε τα animation σε ανάλυση 1080p και σε πλήρη οθόνη. Αξίζουν πραγματικά το χρόνο σας!

Άνεμος
Στο παρακάτω animation απεικονίζονται οι παγκόσμιοι άνεμοι όπως προσομοιώθηκαν από το GEOS-5 για τη χρονική περίοδο από τον Μάιο του 2007 μέχρι τον Μάιο του 2009. Τα κίτρινα/κόκκινα χρώματα υποδεικνύουν τη θέση των λεγόμενων αεροχειμάρρων, ρευμάτων ταχέως κινούμενου ατμοσφαιρικού αέρα που εντοπίζονται στα 8 – 10 km πάνω από την επιφάνεια της Γης και στα δυο ημισφαίρια. Τα άσπρα χρώματα αντιστοιχούν σε επιφανειακούς ανέμους, ενώ οι άσπροι κύκλοι που εμφανίζονται κατά περιόδους αντιστοιχούν σε τροπικούς κυκλώνες.


Αιωρούμενα σωματίδια
Στο επόμενο animation απεικονίζεται η κίνηση των αιωρούμενων σωματιδίων μέσα στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας, όπως αυτή προσομοιώθηκε από το GEOS-5 κατά το χρονικό διάστημα από τον Μάιο του 2007 μέχρι το Μάιο του 2009. Οι κόκκινες αποχρώσεις υποδεικνύουν σωματίδια σκόνης, οι μπλε σωματίδια θαλάσσιου σπρέυ, οι λευκές σωματίδια αιθάλης (καπνού) και οι πράσινες σωματίδια που περιέχουν θειώδεις ενώσεις. Είναι πράγματι εντυπωσιακό να παρατηρήσουμε τη διαφορετική προέλευση των διάφορων αιωρούμενων σωματιδίων και, πολύ περισσότερο, το πόσο μακριά μπορούν να μεταφερθούν με τη βοήθεια της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας.

Υετός
Το παρακάτω animation παρουσιάζει την προσομοιωθείσα από το GEOS-5 κατανομή του υετού σε παγκόσμια κλίμακα, για την περίοδο από τον Μάιο του 2007 μέχρι τον Μάιο του 2009. Όσο πιο έντονα είναι τα χρώματα, τόσο μεγαλύτερα είναι τα αντίστοιχα ύψη υετού. Με τις λευκές αποχρώσεις φαίνεται το υετίσιμο ύδωρ, μία παράμετρος ενδεικτική του συνολικού ποσού υδρατμών που περιέχει ο ατμοσφαιρικός αέρας. Αξίζει να παρατηρήσετε την παρουσία μίας ζώνης με μεγάλα ποσά υετού, η οποία περιβάλλει ουσιαστικά τον ισημερινό. Η ζώνη αυτή είναι γνωστή ως ενδοτροπική ζώνη σύγκλισης και από εδώ ξεκινά η γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Εντυπωσιακή είναι επίσης και η αναπαράσταση των βαρομετρικών συστημάτων που ανά περιόδους επηρεάζουν τον καιρό την Ευρώπης. Παρατηρήστε, για παράδειγμα, το σχηματισμό των λεγόμενων Ατλαντικών υφέσεων και πως αυτές οι υφέσεις, στη συνέχεια, κινούνται προς την Ευρώπη, συνοδευόμενες από μετωπικές επιφάνειες (μπορείτε να τις αναγνωρίσετε από τα έντονα χρώματα, χαρακτηριστικά της εκδήλωσης υετού).

Θερμοκρασία
Το τελευταίο animation παρουσιάζει την μεταβολή της θερμοκρασίας της επιφάνειας από το Μάιο του 2007 μέχρι τον Μάιο του 2009, όπως αυτή προσομοιώθηκε από το μοντέλο GEOS-5. Οι διαφορετικές χρωματικές αποχρώσεις αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες από -3 oC (μπλε) έως 37 oC (κόκκινα). Σε αυτό το animation, είναι περισσότερο από καθαρός ο ημερήσιος κύκλος και η επίδραση που έχει στις επιφανειακές θερμοκρασίες, όπως επίσης και η εποχιακή μεταβλητότητα με την κατά τη διεύθυνση Β-Ν παλινδρόμηση των μεγίστων θερμοκρασιών.

[ad name=»InsidePostBanner»]

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.

προγνωστικά μοντέλα καιρού

Προγνωστικά μοντέλα καιρού: Σκέψεις & παραινέσεις

Σαν σήμερα πάνω-κάτω, πριν από δύο χρόνια, αναρτήθηκε στο ιστολόγιο που τότε διατηρούσα ένα κείμενο που επειχειρούσε να βάλει τα πράγματα σε μια σειρά σε ό,τι αφορά στις προγνώσεις των πλανητικών μοντέλων αριθμητικής πρόγνωσης του καιρού.

Κρίνοντας εκ του αποτελέσματος δύο χρόνια μετά, είναι μάλλον προφανές πως το «πάθημα» των περασμένων χειμερινών περιόδων (π.χ. «κωλοτούμπα το GFS», «τα μάζεψε το ECMWF», «ό,τι να ναι το UKMO» κ.α.) δεν μας έγινε «μάθημα». Επανέρχομαι στο συγκεκρίμενο ζήτημα, επιθυμώντας πλέον να μοιραστώ τη δική μου προσωπική εμπειρία με τα προγνωστικά  μοντέλα καιρού και τον τρόπο με τον οποίο αυτά είναι φρόνιμο να αξιοποιούνται στην πρόγνωση του καιρού.

Προτού όμως μοιραστώ τις σκέψεις μου μαζί σας, επιτρέψτε μου να σημειώσω κάτι πολύ σημαντικό. Τα μετεωρολογικά μοντέλα, σε αντίθεση με ό,τι πιστεύουν μερικοί, δεν είναι black boxes, αλλά ούτε και μαγικές σφαίρες. Δεν είναι black boxes διότι βασίζονται σε συγκεκριμένες εξισώσεις, παραμετροποιήσεις και παραδοχές. Δεν αποτελούν μαγικές σφαίρες διότι η ανάπτυξη τους δεν έγινε με γνώμονα την υποκατάσταση του πολυσύνθετου ανθρώπινου μυαλού, αλλά περισσότερο βοηθητικά σε αυτό.

Μέσα σε αυτό το μάλλον ευρύ πλαίσιο, καλό θα ήταν όλοι μας να θυμόμαστε τα εξής:

1) Η ατμόσφαιρα όπου ο καιρός δημιουργείται είναι ένα συνεχές μέσο. Τα μοντέλα είναι ασυνεχή.

2) Αντιμετωπίζουν την ατμόσφαιρα ως ένα σύνολο διακριτών και πεπερασμένων σημείων.

3) Η προγνωστική ικανότητα των μοντέλων φθίνει όσο απομακρυνόμαστε από την αρχική χρονική στιγμή. Όσο πιο «μακριά» στο χρόνο κοιτάμε, τόσο μεγαλύτερη είναι η αβεβαιότητα.

4) Η προγνωστική ικανότητα των μοντέλων αποτελεί συνάρτηση της ποιότητας των αρχικών συνθηκών. Η ίδια η αριθμητική πρόγνωση του καιρού αποτελεί πρόβλημα αρχικών συνθηκών. Λανθασμένες ή επισφαλείς αρχικές συνθήκες οδηγούν αναπόφευκτα σε ελάττωση της αξιοπιστίας μιας πρόγνωσης.

5) Ο χαρακτήρας της ατμόσφαιρας είναι χαοτικός. Για αυτό πραγματοποιούνται οι προγνώσεις πολλαπλού δείγματος, τα γνωστά ensemble predictions. Όλα τα σενάρια ενός ensemble prediction system (π.χ. GEFS ensemble) είναι ισοπίθανα. Ακόμα και εάν 99 στα 100 σενάρια συμφωνούν στη Χ εξέλιξη, το 1 στα 100 που οδηγεί στην Υ εξέλιξη μπορεί να είναι αυτό που τελικά θα πραγματοποιηθεί.

6) Τα μετεωρολογικά μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας είναι… παγκόσμια. Στόχο έχουν την προσομοίωση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας σε παγκόσμια κλίμακα και όχι την πρόγνωση χιονόπτωσης ή/και την ηλιοφάνειας στην Άνω Ραχούλα. Συνεπώς, η εξέταση των αποτελεσμάτων τους υπό το πρίσμα που εστιάζει σε μια στενή γεωγραφική περιοχή (π.χ. Ελλάδα) είναι σχεδόν συνώνυμη με τη χρησιμοποίηση ενός τηλεσκοπίου για να δούμε ένα αντικείμενο στα κάποια λίγα χιλιόμετρα.

Βήμα Πρώτο: Καθορίζοντας τον «προγνωστικό ορίζοντα»

Δύο είναι κατά τη γνώμη τα πιο ενδιάφεροντα «προγνωστικά παράθυρα». Το πρώτο αφορά στην αριθμητική πρόγνωση για τις επόμενες 6 ημέρες (Τ0 – Τ0+144, όπου Τ0 η ημέρα «εκκίνησης»), παρέχοντας πληροφορίες για την βραχυπρόθεσμη (1-3) και την μεσοπρόθεσμη (4-6) εξέλιξη του καιρού. Το δεύτερο καλύπτει προγνωστικά τις ημέρες 7-10 (Τ0+168 – Τ0+240) και χρησιμοποιείται κυριότερα για την ανίχνευση των μακροπρόθεσμων τάσεων του καιρού. Κάθε αριθμητική πρόγνωση που υπερβαίνει τις 10 ημέρες (Τ0+240) χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά μεγάλο βαθμό αβεβαιότητας και πρέπει να χρησιμοποιείται με πάρα πολύ προσοχή.

Βήμα Δεύτερο: Καθορίζοντας τον «προγνωστικό κύκλο»

Κάθε μετεωρολογικό μοντέλο εφαρμόζεται («τρέχει») σε αυστηρώς καθορίσμενους «προγνωστικούς κύκλους». Ο συγκεκριμένος όρος αναφέρεται στην ώρα (σε UTC/Z) αρχικοποίησης («εκκίνησης») του μοντέλου. Οι «προγνωστικοί κύκλοι» κάθε ημέρας είναι τέσσερις (4), ένας κάθε έξι (6) ώρες: 00Ζ, 06Ζ, 12Ζ και 18Ζ.

Κριτήριο για την επιλογή του «προγνωστικού κύκλου» πρέπει να αποτελεί η μεγαλύτερη δυνατή διαθεσιμότητα προγνωστικών χαρτών. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η αύξηση της αξιοπιστίας των όποιων συμπερασμάτων εξάγονται, αφού δίνεται η δυνατότητα του ελέγχου του βαθμού συνέπειας (ομοιότητες) μεταξύ των αποτελεσμάτων διαφορετικών μοντέλων. Με βάση τα παραπάνω, προκύπτει πως οι πλέον κατάλληλοι «προγνωστικοί κύκλοι» είναι αυτοί των 00Ζ και 12Ζ, οι οποίοι παρουσιάζουν την μεγαλύτερη δυνατή διαθεσιμότητα προγνωστικών στοιχείων.

Βήμα Τρίτο: Καθορίζοντας το «προγνωστικό μοντέλο»

Η επιλογή του προγνωστικού μοντέλου είναι μια διαδικασία μάλλον υποκειμενική, εξαρτώμενη από τις «προτιμήσεις» του καθενός και την προσωπική του εμπειρία. Παρόλα αυτά, ο κανόνας λέει πως όταν τα εξεταζόμενα μοντέλα ξεπερνούν σε πλήθος τα 3, τότε ο κίνδυνος της σύγχυσης μεγαλώνει. Για το λόγο αυτό, είναι φρόνιμο ναπεριοριζόμαστε σε 2, το πολύ 3, μετεωρολογικά μοντέλα. Από την προσωπική μου εμπειρία, θεωρώ πως τα πλέον αξιόπιστα πλανητικά μετεωρολογικά μοντέλα είναι (κατά σειρά υποκειμενικής αξιολόγησης) αυτά του ECMWF (IFS), του NCEP (GFS) και του UK Met Office (UKMO).

Η κατάληξη …

Ακολουθώντας τα παραπάνω απλά βήματα, είναι βέβαιο πως η διαδικασία της «ανάγνωσης» των προγνωστικών δεδομένων θα απλοποιηθεί σημαντικά. Στόχος μας πρέπει να είναι η «προσκόλληση» σε 2 (οριακά 3) το πολύ αριθμητικά μοντέλα, τα οποία να παρουσιάζουν τουλάχιστον έναν ταυτόσημο «προγνωστικό κύκλο». Με τον τρόπο αυτό, θα είμαστε σε θέση να πραγματοποιούμε συγκρίσεις, να ελέγχουμε το βαθμό συνέπειας και τελικά να εξάγουμε πιο σωστά «προγνωστικά συμπεράσματα». Θα καταφέρουμε, με άλλα λόγια, να ξεφύγουμε από το «σκοτσέζικο ντουζ» στο οποίο μας υποβάλλει η καθημερινή, διαρκής παρακολούθηση των αποτελέσματων κάθε μοντέλου, κάθε προγνωστικού κύκλου.

Η δική μου αντιμετώπιση …

Προσωπικά, έχω επιλέξει να εξετάζω 2 πλανητικά μετεωρολογικά μοντέλα και αυτά δεν είναι άλλα από εκείνα των ECMWF (IFS) και NCEP (GFS). Με δεδομένο πως το ECMWF/IFS «τρέχει» στις 00Ζ και στις 12Ζ, εξετάζω τα χρονικά ταυτόσημα αποτελέσματα τους για τους δύο παραπάνω «προγνωστικού κύκλους». Ο βασικός «οδηγός» μου είναι οι προγνώσεις του 00Ζ, με τις αντίστοιχες του 12Ζ να δρουν συμπληρωματικά. Τέλος, σε ορισμένες περιπτώσεις και όποτε το κρίνω αναγκαίο, «συνεξετάζω» και τα αντίστοιχα αποτελέσματα του UKMO.

Η παραίνεση …

Η εξέταση των αριθμητικών προγνωστικών στοιχείων είναι μια διαδικασία που μπορεί να αποδειχθεί εξαιρετικά επίπονη για όποιον την πραγματοποιεί. Απαιτεί δε καθαρόμυαλό και απόλυτα ψυχρή λογική, απαλλαγμένη εντελώς από προσωπικές επιθυμίες και εμμονές. Χρειάζεται ωστόσο προσωπική κρίση και ισχυρή διαίσθηση, στοιχεία που αποκτώνται με την παρέλευση του χρόνου. Πιστεύω ακράδαντα πως η εφαρμογή των παραπάνω απλών βημάτων μπορεί να βοηθήσει σημαντικά σε αυτή την κατεύθυνση: ανάπτυξη προγνωστικής διαίσθησης, κριτική ικανότητα, καίριες εκτιμήσεις.

Κλείνοντας …

Η συγκεκρίμενη ανάρτηση δεν έχει στόχο να «κουνήσει το δάχτυλο» σε κανέναν. Θεωρώ άλλωστε πως είμαι πολύ «μικρός» για κάτι τέτοιο. Αποτελεί περισσότερο μία εξωτερίκευση των δικών μου σκέψεων και πρακτικών, η οποία γίνεται με την ελπίδα να αποτελέσει βοήθημα για όσους πραγματικά αγαπούν την Μετεωρολογία και τον καιρό, και μαγεύονται από την προσπάθεια πρόγνωσής του.

[ad name=»InsidePostBanner»]