Άρθρα

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

 

ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον φαίνεται να παρουσιάζει η ατμοσφαιρική κυκλοφορία το επόμενο διάστημα . Το ξεκίνημα της αλλαγής είναι μια αποκομένη ψυχρή λίμνη  στην περιοχή της Ισπανίας-Πορτογαλίας η οποία ενισχύει τον υποτροπικό αεροχείμαρο δημιουργώντας μια σφήνα υψηλων πιέσεων η οποία είναι η αιτία που έχουμε την μεταφορά θερμών αερίων μαζών στην χώρα μας .




Η ενίσχυση του υποτροπικού αεροχείμαρου νδ απο την χώρα μας

Η σφήνα υψηών πιέσεων θα έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία σκανδιναβικού αντικυκλώνα .

Όλα τα παραπάνω θα έχουν τις εξής συνέπειες . Αρχικά θα προσδώσει στην ατλαντική ροή μια πιο βορειοδυτική συνιστώσα με αποτέλεσμα να έχουμε την αποκομή μιας ατλαντικής διαταραχής και την δημιουργία βαρομετρικού χαμηλού στην περιοχή της Ιταλίας το οποίο φαίνεται να οργανώνεται σταδιακά . ( βρισκόμαστε στην Τετάρτη και ακόμα η χώρα μας  επηρεάζεται απο θερμές αέριες μάζες)

Και ταυτόχρονα θα αποδιοργανωθεί το πολικό χαμηλό βόρεια της Σκανδιναβίας και θα ενισχυθεί ο πολικός αεροχείμαρος στην περιοχή της Σκανδιναβίας. Έτσι θα έχουμε μεταφορά ψύχους προς την Σιβηρία και την απόπειρα καθόδου ενός πολικού αυλώνα προς νοτιανατολικά της Σκανδιναβίας η οποία ανακόπτεται λόγω της πίεσης που ασκούν τα ατλαντικά χαμηλά .

Η ενίσχυση του πολικού αεροχείμαρου στην Σκανδιναβία

Μέτα την αποδιοργάνωση του σκανδιναβικού λόγω της πίεσης των ατλαντικών χαμηλών φαίνεται ο αζόρικος αντικυκλώνας να βρίσκει χώρα να φτιάξει σφήνα υψηλών πιέσεων ανακόπτωντας προσωρινά την ατλαντική ροή  και δίνωντας την ευκαιρία στον Σκανδιναβικό αντικυκλώνα να ξαναοργανωθεί . Έτσι μέρος του αυλώνα θα αποκτήσει μια νδ κίνηση (back door) μεταφέροντας ψυχρές αέριες μάζες ακριβώς βορειανατολικά της χώρας μας . Ταυτόχρονα το χαμηλό που βρισκόταν στην Ιταλία έχει πλησιάσει την χώρα μας και έχει οργανωθεί επηρεάζωντας μας με βροχές.

Από εδώ και πέρα αρχίζει η αβεβαιότητα φαίνεται το ριτζ του αζόρικου να μην διατηρείται υπό την πίεση του ατλαντικού με αποτέλεσμα ο σκανδιναβικός αντικυκλώνας να καταρρέει στην συνέχεια υπό την πίεση των ατλαντικών χαμηλών . Έτσι ο αυλώνας θα εκφυλιστεί και το χαμηλό που επηρεάζει την χώρα μας θα κινηθεί νοτιότερα και θα διαλυθεί σταδιακά . Έτσι στην χώρα μας φαίνεται να έχουμε μεταφορά μόνο επιφανειακόυ ψύχους από τον αυλώνα στα βορειανατολικά μας κυρίως στην βόρεια-κεντρικά -ανατολικά της χώρας μας. Ωστόσο δεν είναι σίγουρο πότε ακριβώς θα γίνει αυτή η κατάρευση και κάτι τέτοιο είναι το αν θα υπάρξουν χιονοπώσεις και σε τι υψόμετρα . Αυτό που πρέπει να κρατάμε είναι ότι σίγουρα θα έχουμε μια πτώση της θερμοκρασίας στα τέλη της εβδομαδας ( μετά τις 12 Γενάρη) και αρκετές βροχές κυρίως στα δυτικά μετά τις 11 Γενάρη . Η συνέχεια είναι αβέβαιη για τους λόγους που εξηγήσαμε παραπάνω , όμως υπάρχουν αυξημένες πιθανότητες τα ημιορεινα της Βόρειας και Κεντρικής -Ανατολικής χώρας να δεχθούν χιονοπτώσεις έστω και πρόσκαιρα . Οτιδήποτέ άλλο είναι επίφοβο να ειπωθεί την δεδομένη στιγμή .

Πτωση της θερμοκρασις μετα τις 12 απο βορειανατολικα

Η κατάρευση του Σκανδιναβικού- ο αυλωνας εκφυλιζεται και το χαμηλό εκτοπίζεται νοτιότερα

 

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