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.

0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Leave a Reply

Your email address will not be published.