Είναι αλήθεια ότι το σχήμα των παγοκρυστάλλων μπορεί να μας δώσει πληροφορίες σχετικά με τις θερμοϋγρομετρικές συνθήκες που επικρατούν μέσα στα νέφη. Οι νιφάδες της “Σοφίας” μπαίνουν στο μικροσκόπιο.

 

Μπορεί να εκπλαγούμε όταν συνειδητοποιήσουμε από πόσα μικρά παγοκρυστάλλια μπορεί να αποτελείται μία νιφάδα χιονιού. Στην περίπτωση της “Σοφίας” το πρωινό της Παρασκευής (5/1/2019) στη Θεσσαλονίκη, οι νιφάδες αποτελούνταν από έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών παγοκρυστάλλων. Το πρώτο που πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι οι πρωταρχκοί παγοκρύσταλλοι δύσκολα υπερβαίνουν το 0.5 με 1 χιλιοστό σε διάμετρο. Στη συνέχεια καθώς αυτοί πέφτουν προς τη γη υπάρχει η δυνατότητα να συσσωματωθούν δημιουργώντας μεγαλύτερες νιφάδες. Η ικανότητα των παγοκρυστάλλων να συνενωθούν αυξάνει όταν παγοκρύσταλλοι έχουν διαφορετική ταχύτητα πτώσης. Επίσης, αυξάνει για δενδριτικούς σχηματισμούς ιδιαίτερα όταν αυτοί βρίσκονται σε θερμοκρασίες κοντά στο 0°C, οπότε και οι απολήξεις τους γίνοται πιο υγρές και άρα πιο κολλώδεις.

Σχήμα 1 – Νιφάδες χιονιού κατά την κακοκαιρία “Σοφία” στη Θεσσαλονίκη.

 

Στην φωτογραφία φαίνεται με αρκετή λεπτομέρεια η σύσταση των νιφάδων το πρωινό της Πέμπτης. Παρατηρούμε ότι σε μία νιφάδα υπάρχουν τόσο δενδρίτες όσο και κάποια σφαιρικά συσσωματώματα που ονομάζονται graupel ή πιο κοινά χιονοχάλαζο. Και οι δύο τύποι παγοκρυστάλλων υποδηλώνουν ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα κορεσμού στα νέφη. Σύμφωνα με το σχήμα 2, οι δενδρίτες δημιουργούνται σε ιδιαίτερα κορεσμένα περιβάλλοντα με μεγάλα ποσά υδρατμών και θερμοκρασίες μεταξύ -10°C και -22°C στο νέφος. Για τον λόγο αυτό άλλωστε οι περιοχές που αποτελούνται από δενδρίτες στα νέφη θεωρούνται επικίνδυνες για τη διέλευση αεροσκαφών αφού η πιθανότητα να δημιουργηθεί πάγος (icing) πάνω σε αυτά είναι πολύ μεγάλη. Οι περισσότεροι δενδρίτες δεν παρουσιάζουν ξεκάθαρο σχήμα εξαιτίας της περαιτέρω ανάπτυξής τους συλλέγοντας μικρότερα νεφοσταγονίδια τα οποία παγώνουν πάνω τους (riming). Από την άλλη, τα graupel δημιουργούνται όταν ένα πρωτογενής παγοκρύσταλλος βρεθεί μέσα σε υπερκορεσμένο περιβάλλον, οπότε μικρά νεφοσταγονίδια παγώνουν πάνω σε αυτόν (riming). Τέλος, αν και όχι ξεκάθαρο, διακρίνονται κάποιοι παγοκρύσταλλοι σε σχήμα “βελώνας“, οι οποίοι δημιουργούνται σε θερμότερα περιβάλλοντα αλλά εξίσου κορεσμένα. Έτσι, οι δενδρίτες προερχόμενοι από υψηλότερες περιοχές των νεφών θα μπορούσαν να συγκρουστούν και ενωθούν με αυτούς τους βελωνοειδείς κρυστάλλους. Συνεπώς, και στις τρεις περιπτώσεις φαίνεται ξεκάθαρα ότι τα νέφη πάνω από τη Θεσσαλονίκη ήταν υπερκορεσμένα σε υδρατμούς (ή πρακτικά η τροπόσφαιρα περιείχε πολύ μεγάλα ποσά υγρασίας) και ότι οι θερμοκρασίες στις οποίες δημιουργούνταν οι παγοκρύσταλλοι κυμαίνονταν τουλάχιστον μεταξύ -10°C και -22°C. Αυτό σημαίνει (σύμφωνα και με τη ραδιοβόλιση στο αεροδρόμιο Μακεδονία εδώ) ότι οι παγοκρύσταλλοι δημιουργούνταν σε ύψη από 2 έως 4 km.

 

Σχήμα 2 – Εξάρτηση σχήματος παγοκρυστάλλων από τη θερμοκρασία και την υγρασία (Πηγή σχήματος)

 

Ο καλός χιονάνθρωπος θέλει τα μαθηματικά του! Αυτό σκέφτηκε μια ομάδα βρετανών ειδικών από το Πανεπιστήμιο Νότιγχαμ Τρεντ (UNT)και σε συνδυασμό με τις χαμηλές θερμοκρασίες και το αφράτο χιόνι αποφάσισαν να δημιουργήσουν την μαθηματική εξίσωση για τον τέλειο χιονάνθρωπο.

Η μαθηματική φόρμουλα του τέλειου χιονάνθρωπου | in.gr

Η εξίσωση, η οποία εκ πρώτης όψης, θυμίζει από μόνη της χιονάνθρωπο, παροτρύνει τους επίδοξους «γλύπτες» του χιονιού να φτιάξουν έναν χιονάνθρωπο ύψους 1,62μ., τοποθετώντας τρεις μπάλες την μία πάνω στην άλλη. 

Εξίσωση «θάρρους»

Πρόσφατη μελέτη βρετανικής ασφαλιστικής εταιρείας More Than είχε δείξει ότι παρά το γεγονός ότι το 92% των πολιτών δηλώνει ότι τους αρέσει να φτιάχνουν χιονάνθρωπους, με το 87% ωστόσο να θεωρεί ότι δεν έχει τα απαραίτητα προσόντα για κάτι τέτοιο.

Θέλοντας να τονώσει την αυτοπεποίθηση των Βρετανών, η εταιρεία ζήτησε από τον δρ Τζέιμς Χιντ και την ομάδα του να δημιουργήσουν την μαθηματική εξίσωση για τον τέλειο χιονάνθρωπο. Ο τύπος των ειδικών αξιολογεί την «τελειότητα» του χιονάνθρωπου μέσω των διαστάσεων, της ποιότητας του χιονιού και των αξεσουάρ που «φοράει», ενώ ο παράγοντας «φ», όπως τον βάφτισαν οι ερευνητές, αποτελεί τον δείκτη της συνολικής εμφάνισής του. 

Εκτός των ιδανικών αναλογιών ο χαρούμενος Όλαφ από το Frozen, κατά τους ειδικούς

Παγωμένα χαρακτηριστικά

Σύμφωνα με τους ειδικούς, πέρα από ύψος 1,62μ. ο τέλειος χιονάνθρωπος πρέπει να αποτελείται από τρεις μπάλες διαμέτρου 30 εκ. για το κεφάλι, 50 εκ. για τον κορμό και 80 εκ. για την βάση του. Οι συγκεκριμένες διαστάσεις αποτελούν, κατά τους ίδιους, τον χρυσό κανόνα της επιτυχίας.

Ακόμα, ο χιονάνθρωπος οφείλει να έχει χέρια από κλαράκια και να είναι κατασκευασμένος από φρέσκο χιόνι. Τα μάτια του δεν πρέπει να έχουν απόσταση μεγαλύτερη από 5 εκ. μεταξύ τους,, ενώ η καροτένια μύτη του θα πρέπει να έχει μήκος 4 εκ. Τέλος, ο μοδάτος χιονάνθρωπος οφείλει να φοράει τρία αξεσουάρ – καπέλο, κασκόλ και γάντια -, αλλά και φέρει τρία κουμπιά στο μπροστινό μέρος του κορμού του τοποθετημένα σε ίση απόσταση μεταξύ τους.

Οι επιστήμονες αναφέρουν μάλιστα ότι ο Όλαφ, ο γνωστός χιονάνθρωπος από την ταινία της Ντίσνεϊ, Frozen, δεν ακολουθεί τις ιδανικές αναλογίες. Κάτι τέτοιο παρόλα αυτά δεν φάνηκε να επηρεάζει τη δημοτικότητά του στους μικρούς θαυμαστές του.

Πηγή in.gr

Όλο και συχνότερα ακούμε τον όρο “Medicane”, ο οποίος ουσιαστικά αναφέρεται σε κυκλώνα με χαρακτηριστικά ενός τροπικού κυκλωνα, ο οποίος όμως δημιουργείται στη Μεσόγειο θάλασσα. Τι όμως είναι ένας Medicane και πως ορίζεται.

Ο όρος Medicane προκύπτει από το πρώτο συνθετικό της λέξης Mediterranean (=Μεσόγειος) και την κατάληξη της λέξης Hurricane (=τυφώνας). Πρόκειται για έναν κυκλώνα με χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά που εμφανίζουν οι τροπικοί κυκλώνες. Όπως και οι τυφώνες, έτσι και οι Medicanes προκαλούν απότομη πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης και μεταβολή των ανέμων. Ωστόσο αυτό συμβαίνει σε πολύ μικρότερες κλίμακες και εντάσεις από αυτές των τυφώνων.

Ένας Medicane πρέπει στις δορυφορικές εικόνες να εμφανίσει το λεγόμενο “μάτι” στο κέντρο του (δηλαδή μία κυκλική ανέφελη περιοχή μικρής έκτασης), το οποίο περιβάλλεται από πολύ συμπαγή νεφική μάζα με αξονική συμμετρία.

Οι Tous και Romero (2011) προτείνουν κάποια γενικά κριτήρια για τον εντοπισμό τέτοιον συστημάτων. Αυτά είναι:

1. Η ύπαρξη καλώς σχηματισμένου “ματιού” στο κέντρο του κυκλώνα
2. Η ύπαρξη συμμετρίας της νεφικής μάζας γύρω από το “μάτι”
3. Η συνέχεια της νεφικής μάζας (δηλαδή το να είναι συμπαγής)
4. Η συνολική διάμετρος του συστήματος να είναι <300km
5. Η διάρκεια ζωής του να ξεπερνάει τις 6 ώρες

 

Καθώς ο ορισμός των Medicanes είναι σχετικά καινούγιος, νέες έρευνες προσπαθούν να ορίσουν πιο συγκεκριμένα μαθηματικά κριτήρια για τον προσδιορισμό τους. Σύμφωνα με τους Picornell et al. (2014), η ατμοσφιαρική πίεση από το κέντρο του συστήματος προς την περιφέρειά του θα πρέπει να αυξάνει με ρυθμό τουλάχιστον 3.2hPa ανά 100km. Αυτό ουσιαστικά ορίζει ότι η ταχύτητα των ανέμων πρέπει να ξεπερνάει τα 55km/h, δηλαδή τα 7 μποφόρ στην περιφέρεια ενός κυκλώνα με ακτίνα 150km.

Στη συγκεκριμένη εργασία η συμμετρία ορίζεται από την παράμετρο Β ως η μέση διαφορά γεωδυναμικών υψών Ζ στα ισοβαρικά επίπεδα των 700 και 925mb μεταξύ αριστερού και δεξιού (ως προς την διεύθυνση κίνησης) τομέα του κυκλώνα:

τα R και L ορίζουν τον τομέα (δεξιό/αριστερό) του κυκλώνα. Στους Medicanes πρέπει B<10m, ώστε ουσιαστικά να παρουσιάζουν σχετική συμμετρία.

Σύμφωνα με την ίδια εργασία πρέπει ο κυκλώνας να εμφανίζει θερμό πυρήνα, ενώ θα πρέπει να συνοδεύεται από βαθύ ψυχρό αυλώνα ή αποκομμένο χαμηλό των υψών (cut-off low) στη μέση-ανώτερη τροπόσφαιρα (700-400mb).

 

Επίσημα έχουν καταγραφεί Medicanes που πληρούσαν όλα τα κριτήρια (σύμφωνα με τους Tous και Romero, 2011) κατά τις παρακάτω ημερομηνίες. Για διευκόλυνση παραθέτουμε και τους χάρτες Reanalysis του NOAA για γεωδυναμικά στα 500mb και θερμοκρασία στα 850mb (από το www.wetterzentrale.de):

28/9/1983

  

 

14/12/1985

 

15/1/1995

 

 

7/10/1996

 

19/3/1999

 

 

10/12/1999

 

 

Στη νεότερη ιστορία καταγράφονται δύο ακόμη Medicanes:

8/11/2014

 

 

18/11/2017

  

 

Πηγές

Tous, M., and R. Romero. “Medicanes: cataloguing criteria and exploration of meteorological environments.” Tethys 8 (2011): 53-61.

Μια ακόμη ξεχωριστή μέρα στο Νευροκόπι από μετεωρολογικής άποψη με τον μετεωρολογικό  σταθμό του δικτύου  στην περιοχή να καταγράφει εξαιρετικά ενδιαφέρουσες τιμές (για τον σταθμό μας κλικ ΕΔΩ).

Το Κάτω Νευροκόπι Δράμας λόγω της γεωμορφολογίας της τοποθεσίας του (είναι στο βόρειο τμήμα ενός μεγάλου οροπεδίου το οποίο είναι γνωστό ως κάμπος του Νευροκοπίου) και της έντονης ηπειρωτικότητας που παρουσιάζει η ευρύτερη περιοχή, παρουσιάζει ιδιαίτερες θερμοκρασιακές συνθηκες. Στην περιοχή παρατηρούνται μεγάλα θερμοκρασιακά εύρη (η διαφορά ανάμεσα στην ελάχιστη και στην μέγιστη θερμοκρασιακή τιμή της ημέρας). Επίσης, παρατηρούνται ακραίες ελάχιστες θερμοκρασιακές τιμές κάτι που οφείλεται κατά βάση στο φαινόμενο της θερμοκρασιακής αναστροφής (μπορείτε να διαβάσετε περισσότερες πληροφορίες ΕΔΩ).

Ωστόσο, ένας άλλος μηχανισμός που θα μπορούσε να προκαλέσει/ενισχύσει την πτώση της θερμοκρασίας στα επιφανειακά στρώματα θα μπορούσε να είναι και η αύρα των βουνών που λαμβάνει χώρα επίσης τις βραδινές ώρες. Πιο συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια των νυχτερινών ωρών μπορεί να παρατηρηθούν βόρειοι-βορειανατολικοί άνεμοι ασθενούς έντασης, οι οποίοι οδηγούνται στην περιοχή του Νευροκοπίου μέσω ενός μεγάλου ρέματος και μεταφέρουν ψυχρότερες αέριες μάζες από τα ψηλότερα τμήματα των ορεινών περιοχών.

Οι δύο ορεινοί όγκοι βόρεια-βορειανατολικά του χωριού και ακριβώς δεξιά του μετεωρολογικού μας σταθμού το μεγάλο ρέμα

Αλλά ας δούμε τι έγινε σήμερα που ήταν από τις πιο εντυπωσιακές μέρες που έχουν καταγραφεί. Η ελάχιστη θερμοκρασιακή τιμή ήταν στους 3.6°C Κελσίου, η χαμηλότερη θερμοκρασιακή τιμή της χώρας χαμηλότερη ακόμα και από τα 2250 μέτρα στο Χ/Κ του Παρνασσού οπού η θερμοκρασία έπεσε στους 4.8°C. Η μέγιστη θερμοκρασία της ημέρας στο Νευροκόπι ήταν 28.7°C κάτι που σημαίνει οτί το θερμοκρασιακό εύρος της ημέρας ήταν στους 25.1°C (το μεγαλύτερο θερμοκρασιακό εύρος που σημειώθηκε στη χώρα σήμερα).

Τις παραπάνω καταγραφές αλλά και τις τρέχουσες συνθήκες στο Νευροκόπι μπορείτε να παρακολουθείτε μέσω του μετεωρολογικού σταθμού του δικτύου του NorthMeteo ΕΔΩ.

 

Οι προγνωστικοί χάρτες των μετεωρολογικών μοντέλων αποτελούν ένα από τα βασικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται για την πρόγνωση του καιρού. Μαζί με τους επιφανειακούς χάρτες ανάλυσης (μπορείτε να διαβάσετε το αντίστοιχο εγχειρίδιο εδώ), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση του παρόντος καιρού, οι προγνωστικοί χάρτες αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα “όπλα” που διαθέτει ο μετεωρολόγος-προγνώστης στην προσπάθεια του να προβλέψει τον καιρό. Έχει λοιπόν εξαιρετικό ενδιαφέρον να εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο αυτοί οι χάρτες μπορούν να αξιοποιηθούν με στόχο την πρόγνωση του καιρού.

Εισαγωγή – Προαπαιτούμενα
Ένας προγνωστικός χάρτης δεν είναι τίποτε περισσότερο από ένας γεωγραφικός χάρτης επάνω στον οποίο απεικονίζεται η χωρική κατανομή διαφόρων μετεωρολογικών μεταβλητών. Οι προγνωστικοί χάρτες, αποτελούν προϊόν των μοντέλων αριθμητικής πρόγνωσης του καιρού και παράγονται αυτόματα, με χρήση κατάλληλου απεικονιστικού λογισμικού, με βάση τα αποτελέσματα των τελευταίων. Η απεικόνιση των μετεωρολογικών μεταβλητών μπορεί να πραγματοποιείται είτε για την επιφάνεια είτε για την ανώτερη ατμόσφαιρα. Στη δεύτερη περίπτωση, χρησιμοποιούνται προκαθορισμένα ισοβαρικά επίπεδα (επιπέδα/επιφάνειες όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι η ίδια) με ιδιαίτερο μετεωρολογικό ενδιαφέρον. Το πλήθος των απεικονιζόμενων μετεωρολογικών μεταβλητών μπορεί να ποικίλει από μοντέλο σε μοντέλο, αν και οι μεταβλητές που έχουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για την πρόγνωση του καιρού είναι κοινές. Τέλος, οι προγνωστικοί χάρτες διακρίνονται ανάλογα και με το μοντέλο-“πηγή”. Έτσι, υπάρχουν οι προγνωστικοί χάρτες των πλανητικών μετεωρολογικών μοντέλων και οι αντίστοιχοι των περιοχικών. Οι πρώτοι χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας (αίτιο δημιουργίας καιρού) στη λεγόμενη συνοπτική κλίμακα (π.χ. Ευρώπη), ενώ οι δεύτεροι αποτελούν χρήσιμο εργαλείο για την εξειδίκευση των “προγνωστικών συμπερασμάτων” σε περιοχική/τοπική κλίμακα (π.χ. ΝΑ Μεσόγειος, Ελλάδα).

Στα πλαίσια του παρόντος εγχειριδίου, θα ασχοληθούμε με τους προγνωστικούς χάρτες των πλανητικών μετεωρολογικών μοντέλων. Το σύνολο των χαρτών που θα παρουσιαστούν προέρχονται από το πλανητικό μετεωρολογικό μοντέλο του NCEP (GFS), αναπαράγονται από την ιστοσελίδα www.weatheronline.gr (από τις καλύτερες ως προς την απεικόνιση) και αφορούν στην Ευρώπη. Είναι αυτονόητο πως όσα παρουσιαστούν για τους συγκεκριμένους χάρτες έχουν ισχύ και για τους αντίστοιχους άλλων πλανητικών μοντέλων (π.χ. ECMWF-ECM/CEP), οι οποίοι μπορεί επίσης να παράγονται από κάποια άλλη ιστοσελίδα μετεωρολογικού ενδιαφέροντος (π.χ. www.wetterzentrale.de). Τέλος, η σειρά παρουσίασης των προγνωστικών χαρτών είναι υποκειμενική, αν και θεωρείται ως η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη.

Σε ό,τι αφορά τις βασικές πληροφορίες για τον κάθε προγνωστικό χάρτη, αυτές συνοψίζονται στο Χάρτη 1 με τα πλαίσια διαφορετικού χρώματος. Αναλυτικότερα:
Μαύρο πλαίσιο
Απεικονιζόμενες μετεωρολογικές μεταβλητές, κατακόρυφο επίπεδο αναφοράς και μονάδες μέτρησης.
Κόκκινο πλαίσιο
Ημερομηνία και ώρα ισχύος του προγνωστικού χάρτη σε UTC (για μετατροπή σε ώρα Ελλάδας, προσθέστε 2 ή 3 ώρες ανάλογα με την ισχύ της θερινής ή της χειμερινής ώρας).
Πράσινο πλαίσιο
Ημερομηνία αρχικοποίησης (“εκκίνηση”) του προγνωστικού μοντέλου και προγνωστικός κύκλος.

ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟΙ ΧΑΡΤΕΣ GFS ΜΟΝΤΕΛΟ
(1) Χάρτης 500 hPa (Γεωδυναμικό ύψος & Θερμοκρασία)

Η ισοβαρική επιφάνεια των 500 hPa αντιστοιχεί σε ύψος περίπου 5.5 km από την μέση επιφάνεια της θάλασσας, εντοπιζόμενη στο μέσο, κατά προσέγγιση, της τροπόσφαιρας (το στρώμα της ατμόσφαιρας όπου δημιουργείται ο καιρός). Για το λόγο αυτό, τα δεδομένα που απεικονίζονται σε έναν προγνωστικό χάρτη των 500 hPa θεωρούνται αντιπροσωπευτικά της τροπόσφαιρας. Οι μεταβλητές που απεικονίζονται συχνότερα στους προγνωστικούς χάρτες των 500 hPa είναι το γεωδυναμικό ύψος (σε δεκάμετρα=δεκάδες μέτρα) και η θερμοκρασία. Οι δύο αυτές μεταβλητές μπορούν να δώσουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την προβλεπόμενη διάταξη των αεριών μαζών πάνω από την περιοχή μελέτης. Γενικά, τα χαμηλά γ. ύψη είναι συνώνυμα της παρουσίας ψυχρών αερίων μαζών, σε αντίθεση με τα υψηλά γ. ύψη που υποδηλώνουν την παρουσία θερμότερων αερίων μαζών. Θα πρέπει βέβαια να σημειωθεί πως οι χαρακτηρισμοί “ψυχρές” και “θερμές” είναι σχετικοί και δε συνδέονται άμεσα με κάποιο συγκεκριμένο θερμοκρασιακό εύρος.

Ο Χάρτης 2 αποτελεί ένα τυπικό (πραγματικό) παράδειγμα προγνωστικού χάρτη στα 500 hPa. Οι μαύρες γραμμές είναι ισοπληθείς του γεωδυναμικού ύψους (ισοϋψείς, περιοχές με ίδιο γ. ύψος), ενώ η παχιά μαύρη γραμμή χρησιμοποιείται για το (“χοντρικό”) διαχωρισμό μεταξύ των χαμηλών και υψηλών γ. υψών. Οι έγχρωμες διακεκομμένες γραμμές είναι ισοπληθείς της θερμοκρασίας (ισόθερμες, περιοχές με ίδια θερμοκρασία).

Τα βασικά χαρακτηριστικά της ατμοσφαιρικής κυκλοφόριας που ταυτοποιούνται στο Χάρτη 2 είναι τα ακόλουθα:
– Η παρουσία θερμών αερίων μαζών πάνω από την ΝΔ Ευρώπη και ψυχρών πάνω από την Β-ΒΑ Ευρώπη.
– Η παρουσία ράχης (ridge) υψηλών γ. υψών πάνω από την Δ. Ευρώπη (γραμμή ΓΔ), η οποία συνδέεται με την μεταφορά θερμών αεριών μαζών πάνω από τη συγκεκριμένη περιοχή.
– Η παρουσία δύο κέντρων χαμηλών γ. υψών (L) πάνω από τον Β. Ατλαντικό ωκεανό (ΒΔ της Μ. Βρεττανίας) και Β. της Ιταλίας, αντίστοιχα. Το πρώτο κέντρο εμφανίζεται περισσότερο οργανώμενο (κλειστές ισοϋψείς), υποδηλώνοντας την πιθανότητα παρουσίας βαρομετρικής ύφεσης (“χαμηλό”).
– Η παρουσία δύο σκαφών (troughs) χαμηλών γ. υψών (γραμμές ΑΒ και ΕΖ), οι οποίες συνδέονται με τα προαναφερθέντα κέντρα χαμηλών γ. υψών. Οι δύο αυτές σκάφες υποδηλώνουν την μεταφορά ψυχρότερων αερίων μάζων, ενώ αποτελούν ταυτόχρονα “σημάδι” για τη δημιουργία/παρουσία καιρού (εκδήλωση φαινομένων). Η σκάφη ΑΒ εμφανίζεται περισσότερο “οργανωμένη” και με σαφώς προσανατολισμένο άξονα, γεγονός που μας υποψιάζει για ενδεχόμενη δημιουργία βαρομετρικής ύφεσης στα Ν του άκρου της.


(2) Χάρτης 850 hPa (Γεωδυναμικό ύψος & Θερμοκρασία)

Η ισοβαρική επιφάνεια των 850 hPa βρίσκεται σε ύψος περίπου 1.5 km από την μέση επιφάνεια της θάλασσας. Οι μεταβλητές που απεικονίζονται συχνότερα στους προγνωστικούς χάρτες των 850 hPa είναι το γ. ύψος και η θερμοκρασία. Οι συγκεκριμένοι προγνωστικοί χάρτες αποτελούν χρήσιμο εργαλείο για την ταυτοποίηση μετωπικών επιφανειών (επιφάνειες διαχωρισμού αερίων μαζών με διαφορετικά χαρακτηριστικά, σχετιζόμενες με τη δημιουργία/παρουσία καιρού), οι οποίες εντοπίζονται στις περιοχές σύσφιξης των ισόθερμων καμπυλών. Επιπρόσθετα, οι χάρτες αυτοί χρησιμοποιούνται και για την προσεγγιστική εκτίμηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια, καθώς η τελευταία μεταβάλλεται σχεδόν ανάλογα με τη θερμοκρασία στα 850 hPa. Σε γενικές γραμμές, η θερμοκρασία της επιφάνειας είναι 6-10 βαθμούς υψηλότερη από την αντίστοιχη στα 850 hPa. Αυτός ο κανόνας βέβαια, θα πρέπει να χρησιμοποιείται με εξαιρετική προσοχή, αφού για τον καθορισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και άλλοι παράγοντες (π.χ. υγρή/ξηρή ατμόσφαιρα, νεφοκάλυψη/ηλιοφάνεια κ.α.).

Ο Χάρτης 3 αποτελεί ένα τυπικό (πραγματικό) παράδειγμα προγνωστικού χάρτη στα 850 hPa. Οι μαύρες γραμμές είναι ισοϋψείς του γ. ύψους, ενώ οι έγχρωμες διακεκομμένες γραμμές αντιστοιχούν στις ισόθερμες. Η παχιά μαύρη διακεκομμένη γραμμή αντιστοιχεί στην ισόθερμη των 5 oC, η οποία χρησιμοποιείται για το σχετικό διαχωρισμό των ψυχρών και θερμών αερίων μαζών.




Τα βασικά συμπεράσματα που προκύπτουν από την εξέταση του Χάρτη 3 είναι τα ακόλουθα:

– Μεταφορά ψυχρών αερίων μαζών λαμβάνει χώρα πάνω από την Κ. και Αν. Ευρώπη (συμπεριλαμβανομένης της Ελλάδας), ενώ η Δ. Ευρώπη βρίσκεται υπό την επίδραση μεταφοράς θερμών αεριών μαζών.
– Κέντρο χαμηλών γ. υψών εντοπίζεται στο Β. Ατλαντικό ωκεανό (ΒΔ της Μ. Βρεττανίας), ταυτιζόμενο με το αντίστοιχο κέντρο που προβλέπεται στα 500 hPa (Χάρτης 2). Το γεγονός αυτό ενισχύει την αρχική μας υπόθεση για παρουσία οργανωμένης ατμοσφαιρικής διαταραχής (χαμηλό) στη συγκεκριμένη περιοχή.
– Εκτεταμένη περιοχή σύσφιξης των ισόθερμων εντοπίζεται κατά μήκος των Α. ακτών του Ατλαντικού ωκεανού (γραμμή ΑΒ), συνδεόμενη με την παρουσία του προαναφερθέντος κέντρου χαμηλών γ. υψών. Η παρατηρήση αυτή μας οδηγεί στο συμπέρασμα πως στη συγκεκριμένη περιοχή αναμένεται μετωπική δραστηριότητα (παρουσία μετώπου). Λιγότερο “οργανωμένες” περιοχές σύσφιξης των ισόθερμων, χαρακτηριστικές της παρουσίας μετωπικών επιφανειών, εντοπίζονται στο Ιόνιο πέλαγος (γραμμή ΓΔ) και στη θαλάσσια περιοχή μεταξύ Ισλανδίας-Σκανδιναβίας (γραμμή ΕΖ).


(3) Χάρτης 700 hPa (Σχετική υγρασία)

Η ισοβαρική επιφάνεια των 700 hPa εντοπίζεται σε ύψος περίπου 3 km από την μέση επιφάνεια της θάλασσας. Σε αυτό το επίπεδο εμφανίζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον η απεικόνιση της σχετικής υγρασίας. Αυτό συμβαίνει διότι αποδεικνύεται πως τα περισσότερα μετωπικά συστημάτα έχουν το μεγαλύτερο μέρος της νεφικής τους μάζας συγκεντρωμένο μεταξύ 1.5 – 4.5 km. Σύμφωνα με έναν απλό πρακτικό κανόνα, όταν η σχ. υγρασία στα 700 hPa ξεπερνά το 70%, τότε επικρατούν νεφοσκεπείς (πλήρης νεφοκάλυψη) συνθήκες.

Ο Χάρτης 4 αποτελεί ένα τυπικό (πραγματικό) παράδειγμα προγνωστικού χάρτη στα 700 hPa. Οι διαφορετικές αποχρώσεις του μπλε αντιστοιχούν σε διαφορετικά (προβλεπόμενα) ποσά σχ. υγρασίας. Όπως προκύπτει και από τη σχετική λεζάντα (κάτω αριστερά), οι πιο έντονες αποχρώσεις του μπλε αντιστοιχούν σε μεγαλύτερες τιμές σχ. υγρασίας, ενώ οι πιο ανοιχτές σε μικρότερες τιμές.

Εξετάζοντας το Χάρτη 4, μπορούμε να παρατηρήσουμε τα εξής:
– Εκτεταμένη περιοχή πολύ υψηλών τιμών σχ. υγρασίας (>95%) εντοπίζεται στις Α. ακτές του Ατλαντικού ωκεανού (γραμμή ΑΒ), όπως και στη θαλάσσια περιοχή Ν. της Γροιλανδίας (γραμμή ΓΔ). Η παρατηρήση αυτή μας “αναγκάζει” να συμπεράνουμε πως στις συγκεκριμένες περιοχές αναμένεται μετωπική δραστηριότητα (νεφοσκεπείς συνθήκες, πιθανή-καταρχήν-εκδήλωση υετού). Η παρατήρηση αυτή βρίσκεται σε συμφωνία με τα συμπεράσματα από την εξέταση των Χαρτών 2 και 3, οι οποίοι υπέδειξαν την παρουσία οργανωμένης ατμοσφαιρικής διαταραχής στο Β. Ατλαντικό ωκεανό, ΒΔ της Μ. Βρεττανίας.
– Περιοχές με αυξημένα ποσά σχ. υγρασίας εντοπίζονται επίσης στις γεωγραφικές ζώνες όπου με βάση το Χάρτη 3 ταυτοποιήθηκε η πιθανή παρουσία μετωπικών επιφανειών (γραμμές ΕΖ και ΗΘ). Το γεγονός αυτό ενισχύει την αρχική μας υπόνοια για εκδήλωση καιρικής δραστηριότητας στις εν λόγω περιοχές.

(4) Χάρτης επιφάνειας (Πίεση στην μέση στάθμη της θάλασσας & Υετός)
Σε ένα χάρτη επιφάνειας απεικονίζεται συνηθέστερα η χωρική κατανομή της πίεσης στην μέση στάθμη της θάλασσας καθώς και ο υετός (στιγμιαίος ή αθροιστικός). Ο χάρτης αυτός έρχεται να ολοκληρώσει την βασική εξέταση των προγνωστικών χαρτών, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με τη διάταξη των επιφανειακών βαρομετρικών συστημάτων αλλά και την εκδήλωση φαινομένων. Η εξέτασή του μπορεί να παράσχει πληροφορίες σχετικά με την ανεμενόμενη διεύθυνση και ένταση πνοής του συνοπτικού ανέμου. Για να καταστεί αυτό δυνατό, θα πρέπει να έχουμε πάντα στο μυαλό μας πως ο άνεμος πνέει αντίθετα από τη φορά των δεικτών του ρολογιού (αριστερόστροφα) γύρω από τα συστήματα χαμηλής πίεσης (υφέσεις, χαμηλά, κυκλώνες) και κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού (δεξιόστροφα) γύρω από τα συστήματα υψηλής πίεσης (αντικυκλώνες). Επιπρόσθετα, ο άνεμος δεν πνέει παράλληλα στις ισοβαρείς (ισοπληθείς ατμοσφαιρικής πιέσης, περιοχές με την ίδια ατμοσφαιρική πίεση) αλλά τις τέμνει υπό γωνία 30 μοιρών περίπου. Τέλος, η ένταση του ανέμου είναι ανάλογη της πυκνότητας των ισοβαρών. Με άλλα λόγια, όσο πιο πυκνές εμφανίζονται οι ισοβαρείς σε μία περιοχή, τόσο πιο ισχυρός αναμένεται να είναι ο άνεμος.
Ο Χάρτης 5 αποτελεί ένα τυπικό (πραγματικό) παράδειγμα προγνωστικού χάρτη επιφανείας. Οι συνεχείς γραμμές είναι ισοπληθείς της ατμοσφαιρικής πίεσης (ισοβαρείς). Με το κόκκινο χρώμα επισημαίνονται οι ισοβαρείς πίεσης >1013 hPa (μέση “φυσιολογική” τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης), αντιστοιχούσες σε αντικυκλωνικές συνθήκες, και με μπλε χρώμα επισημαίνονται οι ισοβαρείς <1013 hPa, αντιστοιχούσες σε κυκλωνικές συνθήκες.

Εξετάζοντας το Χάρτη 5, μπορούμε να καταλήξουμε στα ακόλουθα συμπεράσματα:
– Επιβεβαιώνεται η παρουσία οργανώμενης ατμοσφαιρικής διαταραχής (χαμηλό, L) στον Β. Ατλαντικό ωκεανό (ΒΔ της Μ. Βρεττανίας). Η πίεση στο κέντρο της συγκεκριμένης ύφεσης προβλέπεται να πέσει στα 976 hPa, οδηγώντας στη δημιουργία μιας πολύ ισχυρής βαροβαθμίδας (μεταβολή της πίεσης ανά μονάδα μήκους).
– Ισχυροί άνεμοι αναμένεται να πνέουν στον Β. Ατλαντικό (ΝΔ της Γροιλανδίας), όπου παρατηρείται μεγάλη συσσώρευση των ισοβαρών (κόκκινο πλαίσιο). Η διεύθυνση των ανέμων επισημαίνεται με τα μαύρα βέλη.
– Οι νεφικές μάζες που ταυτοποιήθηκαν με βάση το Χάρτη 4 ανάμενεται να είναι υετοφόρες, επιβεβαιώνοντας το αρχικό μας συμπέρασμα για οργανωμένη μετωπική δραστηριότητα κατά μήκος των Α. ακτών του Ατλαντικού ωκεανού (γραμμή ΑΒ).
– Ασθενείς άνεμοι, μεταβλητών διεύθυνσεων, αναμένονται να πνέουν στην Κ. Μεσόγειο, όπου καταγράφεται απόκλιση των ισοβαρών (γκρι πλαίσιο).

Σύνοψη
Η παρουσίαση των παραπάνω προγνωστικών χαρτών έχει ως στόχο να αποτελέσει ένα πρώτο βήμα για όλους εκείνους που ενδιαφέρονται για την πρόγνωση του καιρού. Η πορεία που ακολουθήθηκε δεν αποτελεί μονόδρομο, ούτε και είναι η μοναδική δυνατή. Επιπρόσθετα, η πρόγνωση του καιρού δεν εξαντλείται στην εξέταση των παρουσιασθέντων προγνωστικών χαρτών. Οι χάρτες αυτοί αποτελούν, με απλά λόγια, το εργαλείο εκείνο που χρησιμοποιείται για μία πρώτη (σημαντική βέβαια) “ανάγνωση” των προθέσεων του καιρού. Από τη στιγμή που ο Μετεωρολόγος-προγνώστης σχηματίσει αυτή την πρώτη “προγνωστική εικόνα”, είναι δεδομένο πως θα στραφεί σε περισσότερο εξειδικευμένους προγνωστικούς χάρτες (π.χ. χάρτες που απεικονίζουν την μεταφορά θετικού/αρνητικού στροβιλισμού, αεροχειμμάρρους κ.α.) αλλά και χάρτες που παράγονται από περιοχικά μοντέλα πρόγνωσης του καιρού. Τελικά, θα πρέπει να λάβει υπόψη του τα ιδιαίτερα γεωγραφικά και τοπογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής μελέτης, προτού καταλήξει στην πρόγνωση. Σε όλη αυτή την πορεία, η ισχυρή διαισθητική ικανότητα αλλά και η μακροχρόνια εμπειρία αποτελούν αναπόσπαστα “εργαλεία”.

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος – Φυσικός, Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

Οι μετεωρολογικοί χάρτες επιφανείας αποτελούν αναμφισβήτητα ένα βασικό εργαλείο για την πρόγνωση του καιρού. Στην πραγματικότητα, αποτελούν το σημείο από το οποίο ξεκινάει η διαδικασία της πρόγνωσης, αφού σε αυτούς τους χάρτες συνοψίζεται η λεγόμενη συνοπτική κατάσταση του καιρού. Η δημιουργία τους στηρίζεται στη συλλογή πραγματικών δεδομένων παρατήρησης του καιρού από το δίκτυο των επίγειων σταθμών του Παγκόσμιου Μετεωρολογικού Οργανισμού (ΠΟΜ). Παρόλα αυτά, τέτοιοι χάρτες είναι δυνατόν να παραχθούν και με βάση τα αποτελέσματα αριθμητικών προσομοιώσεων (προγνωστικοί χάρτες). Στο παρών άρθρο ωστόσο, θα εστιάσουμε το ενδιαφέρον μας στους χάρτες επιφανείας που προκύπτουν μέσω της ανάλυσης πειραματικών παρατηρήσεων, αντικαπτρίζοντας έτσι την πραγματική συνοπτική κατάσταση του καιρού μία ορισμένη χρονική στιγμή. Παραδοσιακά, η παραγωγή αυτών των χαρτών λαμβάνει χώρα 4 φορές κατά τη διάρκεια της ημέρας, στις 00, 06, 12 και 18 UTC.

Σε έναν μετεωρολογικό χάρτη επιφανείας το κύριο χαρακτηριστικό είναι οι γραμμές που ενώνουν περιοχές με ίσες τιμές ατμοσφαιρικής πίεσης (αναχθείσας στην μέση στάθμη της θάλασσας). Οι γραμμές αυτές ονομάζονται ισοβαρείς. Η χρησιμότητα των ισοβαρών γραμμών, και κατ’ επέκταση των χαρτών επιφανείας, έγκειται στο γεγονός πως επιτρέπουν την αναγνώριση συνοπτικών μετεωρολογικών χαρακτηριστικών όπως οι αντυκυκλώνες, οι υφέσεις, οι σκάφες και οι ράχες. Τέτοιου είδους χαρακτηριστικά συνδέονται, άμεσα ή έμμεσα, με συγκεκριμένους τύπους καιρού.  Παρακάτω, δίνονται σύντομες περιγραφές των συνοπτικών χαρακτηριστικών του καιρού που μπορεί κάποιος να αναγνωρίσει σε έναν μετεωρολογικό χάρτη επιφανείας.

Αντικυκλώνας (anticyclone/high)
Αντικυκλώνας ονομάζεται μία περιοχή επικράτησης υψηλών πιέσεων. Σε έναν αντικυκλώνα οι άνεμοι είναι κατά κανόνα ασθενείς, πνέοντας γύρω από το κέντρο των υψηλών πιέσεων με φορά όπως αυτή των δεικτών του ρολογιού (δεξιόστροφα). Πάνω από έναν αντικυκλώνα, ο ατμοσφαιρικός αέρας κατέρχεται (δημιουργώντας τις υψηλές πιέσεις) οπότε εμποδίζεται η δημιουργία νεφών. Γενικότερα, η παρουσία αντικυκλώνα πάνω από μία ορισμένη γεωγραφική περιοχή συνεπάγεται την επικράτηση αίθριων συνθηκών (απουσία καιρού).

Ύφεση
 (depression/low)

Ύφεση ονομάζεται μία περιοχή επικράτησης χαμηλών πιέσεων. Σε μία ύφεση οι άνεμοι μπορεί να είναι ισχυροί, πνέοντας γύρων από το κέντρο των χαμηλών πιέσεων με φορά αντίθετη από αυτή των δεικτών του ρολογιού (αριστερόστροφα). Αιτία των χαμηλών πιέσεων είναι η ανοδική κίνηση του ατμοσφαιρικού αέρα, η οποία συνεπάγεται επίσης τη δημιουργία νεφών και την πιθανή εκδήλωση υετού. Επομένως, ο καιρός που συνδέεται με τις υφέσεις (βαρομετρικά χαμηλά) είναι συνήθως ανεμώδης, νεφοσκεπής και μπορεί να συνοδεύεται από εκδήλωση φαινόμενων όπως βροχοπτώσεις ή χιονοπτώσεις. Στις περισσότερες περιπτώσεις οι υφέσεις συνοδεύονται από μετωπικά συστήματα.

Σκάφη
 (trough)

Αυλώνας ονόμαζεται μία επιμηκυμένη περιοχή σχετικά χαμηλής πίεσης, η οποία συνδέεται συνηθέστερα με την παρουσία κάποιου μετώπου. Γενικότερα, η παρουσία αυλώνα σε μία περιοχή συνδέεται με τη δημιουργία καιρού, χωρίς ωστόσο αυτή να έχει εκτεταμμένο και διαρκή χαρακτήρα.

Ράχη (ridge)
Ράχη ονομάζεται μία επιμηκυμένη περιοχή σχετικά υψηλής πίεσης, οπότε θεωρείται το αντίθετο της σκάφης. Η παρουσία ράχης σε μία περιοχή είναι συνήθως συνώνυμη της καλοκαιρίας.

Μέτωπα (fronts)
Μέτωπο ονομάζεται το νοητό σύνορο μεταξύ δύο αερίων μαζών με διαφορετικά χαρακτηριστικά (π.χ. θερμοκρασία, υγρασία). Στο Β. ημισφαίριο, η κίνηση των μετώπων γίνεται κατά κανόνα από τα δυτικά προς τα ανατολικά. Ένα μέτωπο μπορεί να είναι ψυχρό, θερμό ή συνεσφιγμένο.
Σε ένα θερμό μέτωπο, προπορεύεται θερμός αέρας που αντικαθιστά ψυχρό αέρα. Καθώς ένα θερμό μέτωπο πλησιάζει σε μία περιοχή, παρατηρείται σταδιακή αύξηση της νεφοκάλυψης και τελικά, εκδήλωση υετού. Η ζώνη εκδήλωσης του υετού μπορεί να εκτείνεται έως και 15-30 km μπροστά από το μέτωπο, ενώ πίσω από αυτό ο υετός είναι κατά κανόνα ασθενέστερος. Το πέρασμα του θερμού μετώπου σηματοδοτεί την μετάβαση από σχετικά ψυχρές σε θερμότερες συνθήκες.
Σε ένα ψυχρό μέτωπο, προπορεύεται ψυχρός αέρας που αντικαθιστά θερμό αέρα. Η διέλευση ενός ψυχρού μετώπου από μία περιοχή συνδέεται με την μετάβαση από σχετικά θερμές και νεφοσκεπείς συνθήκες, σε ψυχρότερο και συνήθως αίθριο καιρό. Παρόλα αυτά, τα ψυχρά μέτωπα συνδέονται και με την εκδήλωση φαινόμενων σε μία πολύ στενή ζώνη που “αγκαλιάζει” το μέτωπο. Τα φαινόμενα αυτά μπορεί μάλιστα να είναι βίαια (π.χ. καταιγίδες), ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που το ψυχρό μέτωπο διέρχεται από θερμές υδάτινες επιφάνειες.
Το συνεσφιγμένο μέτωπο μπορεί να οριστεί ως το αποτέλεσμα της “συνάντησης” ενός θερμού και ενός ψυχρού μετώπου. Έτσι, ο καιρός μπροστά από το μέτωπο (σύσφιξη) είναι όμοιος με αυτόν μπροστά από ένα θερμό μέτωπο, ενώ πίσω από τη σύσφιξη επικρατούν συνθήκες που δημιουργούνται στην “πλάτη” του ψυχρού μετώπου.


Παράδειγμα – Εφαρμογή

Στην επόμενη εικόνα παρουσιάζεται ένα τυπικό παράδειγμα χάρτη ανάλυσης βαρομετρικών συστημάτων (μετεωρολογικός χάρτης επιφανείας), ο οποίος ισχύει για την 23/09/2012 ώρα 18 UTC (21 τοπική). Στη συνέχεια, θα επιχειρήσουμε να αναγνωρίσουμε τα βασικά συνοπτικά χαρακτηριστικά του καιρού επάνω σε αυτό το χάρτη, συνδέοντας τα παράλληλα με τους αντίστοιχους τύπους καιρού. Επιπρόσθετα, θα αξιοποιήσουμε και την αντίστοιχη δορυφορική εικόνα στο θερμικό υπέρυθρο για να διαπιστώσουμε πως τα δύο αυτά εργαλεία (επιφανειακοί χάρτες ανάλυσης και δορυφορικές εικόνες) μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για την κατανόηση του παρόντος του καιρού.

Χάρτης 1. Επιφανειακός χάρτης ανάλυσης βαρομετρικών συστημάτων για την 23 Σεπτεμβρίου 2012, ώρα 18 UTC (21 τοπική) (Πηγή: Met Office)

 

Χάρτης 2. Δορυφορική εικόνα στο θερμικό υπέρυθρο για την 23 Σεπτεμβρίου 2012, ώρα 18 UTC (21 τοπική) (Πηγή: http://www.sat.dundee.ac.uk, EumetSat).

 

Στο χάρτη ανάλυσης των βαρομετρικών συστημάτων (Χάρτης 1) μπορούμε καταρχήν να παρατηρήσουμε την παρουσία ενός εκτεταμένου αντικυκλώνα (H) στο Κ. Ατλαντικό. Ο αντικυκλώνας αυτός είναι μάλιστα ημιμόνιμος και είναι περισσότερο γνωστός ως αντικυκλώνας των Αζόρων-Βερμούδων, επειδή το κέντρο του εντοπίζεται συχνότερα στη γεωγραφική περιοχή των Ν. Αζόρων-Βερμούδων. Γύρω από αυτό τον αντικυκλώνα οι άνεμοι πνέουν δεξιόστροφα, όπως υποδεικνύουν και τα κόκκινα βέλη στο Χάρτη 1.

Πέρα από τον αντικυκλώνα των Αζόρων, στον εξεταζόμενο χάρτη είναι εμφανής και η επικράτηση αντικυκλωνικών συνθηκών (υψηλές πιέσεις) στην ευρύτερη περιοχή της ΝΑ Μεσογείου. Εξαιτίας αυτής της διάταξης ο καιρός στη χώρα μας χαρακτηρίζεται αίθριος, όπως άλλωστε προκύπτει και από την εξέταση της αντίστοιχης δορυφορικής εικόνας (Χάρτης 2).

Συνεχίζοντας την εξέταση του χάρτη ανάλυσης, διακρίνουμε την παρουσία διαφόρων υφέσεων (L), στη Δ-ΒΔ και τη ΒΑ Ευρώπη. Γύρω από τα κέντρα των υφέσεων αυτών ο άνεμος πνέει αριστερόστροφα, όπως υποδεικνύουν τα μπλέ βέλη στο Χάρτη 1. Μπορούμε επίσης να παρατηρήσουμε πως οι συγκεκριμένες υφέσεις συνοδεύονται από μετωπικές επιφάνειες (μέτωπα). Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το ψυχρό μέτωπο που εκτείνεται κατά μήκος της Ισπανίας (μπλε βέλος), το οποίο οδηγεί σε εκδήλωση καταιγίδων σε μία στενή γεωγραφική ζώνη που επισημαίνεται στην αντίστοιχη δορυφορική εικόνα (Χάρτης 2). Αντίστοιχη ζωνή υετού (Χάρτης 2) συνοδεύει το ψυχρό μέτωπο που βρίσκεται στην περιοχή της ΝΔ Ρωσίας.

Στην περιοχή ΒΔ της Μ. Βρεταννίας παρατηρείται επίσης η παρουσία κάποιου νεφικού σχηματισμού (Χάρτης 2), η οποία συνδέεται μάλλον με την ύπαρξη συνεσφιγμένου μετώπου στην ευρύτερη περιοχή (Χάρτης 1).

Τέλος, στο χάρτη ανάλυσης των βαρομετρικών συστημάτων έχουν επισημανθεί με κύκλους διαφορετικού χρώματος δύο συγκεκριμένες περιοχές. Η πρώτη από αυτές, ΒΔ της Ισλανδίας (πορτοκαλί χρώμα), επισημαίνει μία περιοχή σύγκλισης των ισοβαρών γραμμών. Αυτό συνεπάγεται την παρουσία ισχυρών ανέμων στη συγκεκριμένη περιοχή. Αντίθετα, η δεύτερη περιοχή, ΒΔ της Πορτογαλίας (γαλάζιο χρώμα), είναι περιοχή απόκλισης των ισοβαρών γραμμών. Αυτό συνεπάγεται την παρουσία ασθενέστερων ανέμων στη συγκεκριμένη περιοχή. Με άλλα λόγια, όσο πιο πυκνές είναι οι ισοβαρείς σε μία περιοχή, τόσο πιο ισχυρός αναμένεται να είναι ο συνοπτικός άνεμος.

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος – Φυσικός, Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ

Οι μετεωρολογικοί δορυφόροι αποτελούν αναμφισβήτητα ένα πολύ σημαντικό εργαλείο στην προσπάθεια κατανόησης και πρόγνωσης του καιρού. Ειδικότερα, η αξιοποίηση των δορυφορικών μετεωρολογικών παρατηρήσεων έχει βαρύνουσα σημασία για την αναγνώριση “επικίνδυνων” καιρικών συστημάτων, όπως είναι οι καταιγίδες και οι τροπικοί κυκλώνες. Επιπρόσθετα, κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας καταγράφεται σημαντική πρόοδος στον τομέα της αξιοποίησης των δορυφορικών παρατηρήσεων με στόχο τη διόρθωση των αρχικών και οριακών συνθηκών των μοντέλων. Η αξιοποίηση αυτή γίνεται στα πλαίσια της εφαρμογής μεθόδων αφομοίωσης πειραματικών δεδομένων (data assimilation) που στοχεύουν τελικά στην αύξηση της ακρίβειας των προγνώσεων των αριθμητικών μοντέλων.

Το παρών άρθρο στοχεύει να παρουσιάσει με τρόπο απλό και εύληπτο τα βήματα με τα οποία μπορεί κάποιος να ερμηνεύσει μία δορυφορική εικόνα, ακόμα και εάν η επαφή του με το αντικείμενο της μετεωρολογίας δεν είναι η θεωρητικά προ-απαιτούμενη.

Εισαγωγή
Ξεκινώντας, θα πρέπει πάντα να θυμόμαστε πως οι δορυφορικές παρατηρήσεις (κατ’ επέκταση οι εικόνες) δεν είναι τίποτε άλλο παρά μετρήσεις της ενέργειας που εκπέμπεται από μία επιφάνεια που βρίσκεται κάτω από τον αισθητήρα του εκάστοτε δορυφόρου. Η ενέργεια αυτή δεν είναι γενική και αόριστη, αλλά η ενέργεια της ακτινοβολίας που εκπέμπει η υποκείμενη του δορυφόρου επιφάνεια σε συγκεκριμένες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Σε ό,τι αφορά στην κατανόηση του καιρού, οι περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που μας απασχολούν είναι το ορατό (VIS) και το υπέρυθρο (IR).

Κάθε δορυφορική εικόνα αποτελείται από χιλιάδες εικονοστοιχεία (pixels). Σε κάθε ένα από αυτά αντιστοιχίζεται και μία διαφορετική απόχρωση του γκρι, αναπαριστώντας το επίπεδο της ενέργειας ή της θερμοκρασίας που αντιλαμβάνεται ο αισθητήρας του δορυφόρου για το συγκεκριμένο pixel.  Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίθεση μεταξύ ενός αντικειμένου (νέφος) και του υποβάθρου (επιφάνεια της γης), τόσο ευκολότερη είναι η αναγνώριση βασικών δομών στην δορυφορική εικόνα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα πολύ καλής αντίθεσης είναι η παρουσία μιας καλά ανεπτυγμένης καταιγίδας πάνω από τη “σκοτεινή” επιφάνεια του ωκεανού.

Ένα χαρακτηριστικό των δορυφορικών εικόνων που θα πρέπει να λαμβάνεται πάντα υπόψη, είναι η χωρική ανάλυση. Ο όρος αυτός αναφέρεται στις διαστάσεις του μικρότερου αντικείμενου που μπορεί ο αισθητήρας του δορυφόρου να “δει”. Για παράδειγμα, εάν η χωρική ανάλυση είναι 1 km, τότε το μικρότερο αντικείμενο που μπορούμε να αναγνωρίσουμε σε μια δορυφορική εικόνα έχει διαστάσεις 1 km x 1 km. Αξίζει επίσης να αναφέρουμε πως η χωρική ανάλυση ενός δορυφόρου είναι καλύτερη όταν αυτός βρίσκεται ακριβώς πάνω από μία περιοχή, ενώ φθίνει καθώς ο δορυφόρος “κοιτάει” περιοχές στην άκρη της εικόνας.

Εικόνες στην Ορατή Περιοχή του Φάσματος
Οι δορυφορικές εικόνες του ορατού (VIS) αποτελούν μία απεικόνιση του ποσού της ηλιακής ακτινοβολίας που αντανακλάται από την επιφάνεια της γης και τα νέφη. Ανοιχτές αποχρώσεις του γκρι ή του λευκού αντιστοιχούν σε περιοχές με μεγάλη ανακλαστικότητα, ενώ οι σκούρες αποχρώσεις του γκρι και του μαύρου είναι χαρακτηριστικές περιοχών με μικρή ανακλαστικότητα. Με βάση αυτή τη βασική πληροφορία, μία καταιγίδα θα φαίνεται στο ορατό ως μία εκτεταμένη περιοχή με άσπρο ή πολύ ανοιχτό γκρι χρώμα, εξαιτίας της ισχυρής ανάκλασης της ηλιακής ακτινοβολίας. Αντίθετα, τα λεπτά νέφη (π.χ. cirrus) θα παριστάνονται με μέσες αποχρώσεις του γκρι, ενώ εάν είναι πολύ λεπτά είναι πιθανό να μην φαίνονται καθολού στο ορατό.

Είναι λογικό πως οι δορυφορικές εικόνες του ορατού εμφανίζονται πιο φωτεινές κατά τη διάρκεια του τοπικού μεσημεριού, όταν η ηλιακή ακτινοβολία προσπίπτει στην επιφάνεια της γης με μικρότερη γωνία. Αντίστοιχα, κατά τις πρώτες πρωινές και βραδινές ώρες, οι δορυφορικές εικόνες του ορατού εμφανίζονται λιγότερο φωτεινές εξαιτίας της μεγάλης γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, δεν είναι δυνατό να έχουμε στη διάθεση μας τέτοιες εικόνες.

Ανάλογα με τη γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας, είναι δυνατόν να φαίνονται στη δορυφορική εικόνα οι σκιές από το ένα νέφος στο άλλο. Το ιδιαίτερο αυτό χαρακτηριστικών των εικόνων του ορατού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίηση των νεφών. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα νέφη κατακόρυφης ανάπτυξης τα οποία “ρίχνουν” τη σκιά τους στα γειτονικά τους νέφη ή στο έδαφος.

Εικόνες στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος
Οι δορυφορικές εικόνες του υπέρυθρου (IR) αποτελούν μία απεικόνιση της ενέργειας που εκπέμπει η γη και η ατμόσφαιρα, συμπεριλαμβανομένων των νεφών. Με βάση την εξίσωσης εκπομπής ακτινοβολίας του Wien, το μέγιστο της εκπομπής ακτινοβολίας από τη γη καταγράφεται στην υπέρυθρη περιοχή (IR) του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το ποσό της εκπεμπόμενης ενέργειας αποτελεί συνάρτηση του λεγόμενου συντελεστή εκπομπής και της θερμοκρασίας της επιφάνειας που εκπέμπει.

Έτσι, κάθε δορυφορική εικόνα του υπέρυθρου αποτελεί μία απεικόνιση της θερμοκρασίας των κορυφών των νεφών, αλλά και της επιφάνειας της γης. Οι θερμοκρασίες αυτές “μεταφράζονται” σε διαφορετικές αποχρώσεις του γκρι, από το λευκό (ψυχρό) στο μαύρο (θερμό). Με βάση αυτή την πληροφορία, τα νέφη των οποίων η κορυφή εντοπίζεται ψηλά στην ατμόσφαιρα, θα αναπαρίστανται με πιο λευκές αποχρώσεις. Αυτό συμβαίνει για παράδειγμα με τα νέφη cirrus αλλά και με τις κορυφές των καταιγιδοφόρων νεφών. Είναι μάλιστα χαρακτηριστικό πως ενώ τα νέφη cirrus μπορεί να μην είναι αναγωρίσιμα σε μία ορατή εικόνα, εντούτοις εμφανίζονται στην αντίστοιχη υπέρυθρη. Αντίθετα, νέφη που βρίσκονται στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας (άρα είναι θερμότερα) απεικονίζονται με πιο σκούρες αποχρώσεις του γκρι.
Το μεγάλο και προφανές πλεονέκτημα των δορυφορικών εικόνων του υπέρυθρου είναι πως είναι διαθέσιμες 24 ώρες το 24ώρο. Παρόλα αυτά, η χρησιμοποίηση τους ενέχει ένα περιορισμό. Τόσο η επιφάνεια της γης όσο και η ομίχλη εμφανίζουν παρόμοιες θερμοκρασίες με απότελεσμα να μην είναι εύκολη η διάκριση τους. Σε αυτές τις περιπτώσεις, είναι εξαιρετικά χρήσιμη η εξέταση ταυτόσημων χρονικά εικόνων στο ορατό και το υπέρυθρο.

Παράδειγμα – Εφαρμογή
Στο παράδειγμα μας θα χρησιμοποιήσουμε δύο ταυτόχρονες δορυφορικές εικόνες, μία στο ορατό και μία στο υπέρυθρο. Όταν υπάρχει αυτή η δυνατότητα, αυτός είναι ο “κανόνας” που οφείλουμε να ακολουθούμε για την ερμηνεία των δορυφορικών παρατηρήσεων.
Στις Εικόνες 1α και παρουσιάζονται οι δορυφορικές λήψεις στο ορατό και το υπέρυθρο, αντίστοιχα, του μετεωρολογικού δορυφόρου MSG Eumetsat για την 24 Ιουνίου 2010, στις 17:00 τοπική ώρα (15:00 UTC).

Εικόνα 1α. Δορυφορική εικόνα στο ορατό – 24 Ιουνίου 2012, 17:00 (τοπική) (Πηγή: www.sat24.com). 

Εικόνα 1β. Δορυφορική εικόνα στο υπέρυθρο- 24 Ιουνίου 2012, 17:00 (τοπική) (Πηγή: www.sat24.com).

Τα βασικά χαρακτηριστικά στοιχεία που διακρίνονται στις δύο αυτές εικόνες είναι τα ακόλουθα (αντιστοίχιση αριθμών στις εικόνες με τις ακόλουθες περιγραφές):
1) Στη νότια Βαλκανική εντοπίζονται περιοχές με έντονες λευκές αποχρώσεις τόσο στο ορατό όσο και στο υπέρυθρο. Το φωτεινό λευκό χρώμα της εικόνας στο ορατό υποδεικνύει την παρουσία νεφών που ανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία σε μεγάλο ποσοστό, ενώ τα αντίστοιχα λευκά χρώματα στην υπέρυθρη λήψη είναι χαρακτηριστικά νεφών με μεγάλη κατακόρυφη ανάπτυξη (ψυχρή κορυφή). Κατά συνέπεια, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι στις συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές κυριαρχούν καταιγιδοφόρα νέφη κατακόρυφης ανάπτυξης.
2) Στη βορειότερη Βαλκανική, παρατηρείται μία φωτεινή περιοχή στην εικόνα του ορατού, η οποία δεν διακρίνεται ωστόσο στην εικόνα του υπέρυθρου. Αυτή η πληροφορία υποδεικνύει ότι οι κορυφές των αντίστοιχων νεφών δεν βρίσκονται ψηλά και επομένως δεν πρόκειται για καταιγίδες. Παρότι τα συγκεκριμένα νέφη συνδέονται με την παρουσία μετωπικής δραστηριότητας, το πιθανότερο είναι πως στη συγκεκριμένη περιοχή εκδηλώνονται βροχοπτώσεις από νέφη τύπου cumulus.
3) Στα νοτιοανατολικά της Σκανδιναβίας, η εικόνα στο ορατό υποδεικνύει αχνούς λευκούς χρωματισμούς. Ωστόσο, παρατηρώντας την αντίστοιχη υπέρυθρη λήψη, στη συγκεκριμένη περιοχή εντοπίζονται ανοιχτές αποχρώσεις του γκρι. Η πληροφορία αυτή μας οδηγεί στο συμπέρασμα πως στη συγκεκριμένη περιοχή θα πρέπει να υπάρχουν νέφη cirrus, τα οποία πιο δύσκολα διακρίνονται στις ορατές εικόνες ενώ παρατηρούνται ευκολότερα στις υπέρυθρες.

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος – Φυσικός, Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

TEMPERATURE PROFILE

Ο κατακόρυφος διαχωρισμός της ατμόσφαιρας σε στρώματα (στρωμάτωση) μπορεί να πραγματοποιηθεί με βάση: (α) τη χημική σύσταση, (β) την μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος, και (γ) τις ηλεκτρικές ιδιότητες.

Με κριτήριο τη χημική σύσταση, η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να χωριστεί σε δύο στρώματα. Το πρώτο από αυτά, η ομοιόσφαιρα, εκτείνεται από την επιφάνεια μέχρι το ύψος των ~85 km. Βασικό γνώρισμα της ομοιόσφαιρας είναι η σχεδόν σταθερή ατμοσφαιρική σύσταση, η οποία είναι αποτέλεσμα της πολύ καλής ανάμιξης των ατμοσφαιρικών συστατικών. Το μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας εντοπίζεται σε αυτό το στρώμα. Στον αντίποδα, η ετερόσφαιρα (>85 km) χαρακτηρίζεται από μεταβλητή ατμοσφαιρική σύσταση. Εξαιτίας της μεγάλης ελεύθερης διαδρομής (η μέση απόσταση που μπορεί να διανύσει ένα μόριο δίχως να συγκρουστεί με κάποιο άλλο), τα διάφορα ατμοσφαιρικά συστατικά εμφανίζονται στρωματοποιημένα κατά το μοριακό τους βάρος. Με άλλα λόγια, τα «βαρύτερα» μόρια εντοπίζονται στο κάτω όριο της ετερόσφαιρας και τα «ελαφρύτερα» στο άνω όριο.

TEMPERATURE PROFILE

Εικόνα 1. Κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα και τα αντίστοιχα ατμοσφαιρικά στρώματα (Πηγή: Ahrens, D. 2009)

 

Το κατώτερο ατμοσφαιρικό στρώμα είναι η τροπόσφαιρα, η οποία εκτείνεται από την επιφάνεια έως το ύψος των 12±2 km (Εικ. 1). Η κύρια πηγή θέρμανσης της τροπόσφαιρας είναι η υπέρυθρη (μεγάλου μήκους κύματος) ακτινοβολία που εκπέμπει η Γη, γεγονός που οδηγεί σε βαθμιαία μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος, όπως φαίνεται και στην Εικ. 1. Ο κύριος μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας μέσα στην τροπόσφαιρα είναι η ανωμεταφορά (convection). Ειδικότερα, η ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος που παρατηρείται στην τροπόσφαιρα οφείλεται στη σταδιακή εξασθένιση της θέρμανσης από την επιφάνεια (μέσω ακτινοβολίας, συναγωγής, τυρβωδών κινήσεων του αέρα και μεταφορά λανθάνουσας θερμότητας από την αλλαγή φάσης των υδρατμών). Ο μέσος ρυθμός με τον οποίο ελαττώνεται η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα (θερμοβαθμίδα) είναι περίπου ίσος με 6.5 oC/km. Πιο αναλυτικά, η τροπόσφαιρα μπορεί να χωριστεί σε επιμέρους περιοχές ανάλογα με την παρατηρούμενη θερμοβαθμίδα. Η κατώτερη τροπόσφαιρα (<1.5 km) χαρακτηρίζεται από θερμοβαθμίδα ίση με περίπου 0.3-0.4 oC/100 m. Στη μέση τροπόσφαιρα (1.5 – 6 km) η θερμοβαθμίδα προσεγγίζει τους 0.5-0.6 oC/100 m, ενώ στην ανώτερη τροπόσφαιρα (6 – 9 km) τους 0.65-0.75 oC/100 m. Τέλος, στα όρια της τροπόπαυσης (>9 km) παρατηρείται θερμοβαθμίδα ~0.2-0.5 oC/100 m. Στην περίπτωση της κατώτερης τροπόσφαιρας, θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρατηρούνται συχνά αποκλίσεις στις αναφερόμενες τιμές της θερμοβαθμίδας λόγω, κυρίως, της ανάπτυξης θερμοκρασιακών αναστροφών. 

Στην τροπόσφαιρα συγκεντρώνεται σχεδόν το 80% της συνολικής ατμοσφαιρικής μάζας και σχεδόν ολόκληρη η ποσότητα των υδρατμών. Επιπρόσθετα, παρατηρείται αύξηση των οριζόντιων συνιστωσών του ανέμου με το ύψος, εξαιτίας της μείωσης της δύναμης τριβής που αναπτύσσεται μεταξύ των μορίων του αέρα και της επιφάνειας. Σημαντικές όμως είναι και οι κατακόρυφες κινήσεις των αερίων μαζών μέσω των οποίων διαμορφώνονται τα καιρικά συστήματα. Επομένως, η τροπόσφαιρα αποτελεί το σημαντικότερο ατμοσφαιρικό στρώμα για την μετεωρολογία καθώς μέσα σε αυτό λαμβάνουν χώρα οι περισσότερες ατμοσφαιρικές διεργασίες που σχετίζονται με τη δημιουργία του καιρού.

Το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση και αποτελεί την μεταβατική περιοχή μεταξύ της τροπόσφαιρας και του υπερκείμενου στρώματος της στρατόσφαιρας. Η τροπόπαυση θεωρείται σχεδόν ισόθερμο στρώμα, καθώς η θερμοκρασία μεταβάλλεται ελάχιστα με το ύψος. Το ακριβές ύψος της τροπόπαυσης ποικίλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Πάνω από τις τροπικές περιοχές (0-30ο) η τροπόπαυση εντοπίζεται συνηθέστερα στο ύψος των 14-17 km, ενώ πάνω από τις εύκρατες/πολικές περιοχές (40-90ο) το ύψος της κυμαίνεται μεταξύ 7-12 km. Οι μέσες θερμοκρασίες της τροπικής τροπόπαυσης κυμαίνονται μεταξύ -70 oC και -80 oC και της πολικής τροπόπαυσης μεταξύ -55 oC και -60 oC. Η διαφοροποίηση που παρατηρείται στο ύψος της τροπόπαυσης έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ζωνών ασυνέχειας πάνω από τις υποτροπικές και υποπολικές περιοχές. Σε αυτές τις ζώνες ασυνέχειας αναπτύσσονται οι αεροχείμαρροι (ρεύματα πολύ ταχέως κινούμενου αέρα).

Το ύψος της τροπόπαυσης μεταβάλλεται επίσης ανάλογα με την επικράτηση κυκλωνικών ή αντικυκλωνικών συνθηκών. Έτσι, σε περιοχές όπου επικρατούν αντικυκλωνικές συνθήκες η τροπόπαυση τείνει να εντοπίζεται σε μεγαλύτερα ύψη. Αντίθετα, το ύψος της τροπόπαυσης είναι χαμηλότερο όταν επικρατούν κυκλωνικές συνθήκες.

Το ατμοσφαιρικό στρώμα που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα και διαχωρίζεται από αυτή μέσω της τροπόπαυσης είναι η στρατόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα εκτείνεται από το ύψος της τροπόπαυσης έως τα 50-55 km. Συχνά, χωρίζεται στις περιοχές της κατώτερης  (<35 km) και της ανώτερης (>35 km) στρατόσφαιρας. Στην κατώτερη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία μεταβάλλεται ελάχιστα με το ύψος οπότε επικρατούν ευσταθείς συνθήκες και οι κατακόρυφες κινήσεις αποτρέπονται. Οι εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στην κατώτερη στρατόσφαιρα (-40 oC – -50 oC) την καθιστούν ένα εξαιρετικά ξηρό ατμοσφαιρικό στρώμα.

Στην ανώτερη στρατόσφαιρα η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος, φτάνοντας σε επίπεδα κοντά στους 0 oC στο ανώτερο όριο. Η αύξηση της θερμοκρασίας στην ανώτερη στρατόσφαιρα αποδίδεται στην παρουσία του όζοντος (Ο3) το οποίο απορροφά το μεγαλύτερο τμήμα της ηλιακής υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας, αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό την κινητική ενέργεια των μορίων του αέρα και προκαλώντας την παρατηρούμενη θέρμανση. Η ανώτερη στρατόσφαιρα χαρακτηρίζεται επίσης από ευσταθείς συνθήκες, εξαιτίας της αύξησης της θερμοκρασίας, που αποτρέπουν τις όποιες κατακόρυφες κινήσεις των αερίων μαζών.

Το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας ονομάζεται στρατόπαυση και χαρακτηρίζεται από την μεγιστοποίηση της θερμοβαθμίδας και την ισοθερμική συμπεριφορά. Σε αυτό το στρώμα, το οποίο εντοπίζεται μεταξύ 50-55 km παρατηρείται η μέγιστη θερμοκρασία της στρατόσφαιρας. Από την επιφάνεια της Γης μέχρι και το ύψος της στρατόπαυσης βρίσκεται συγκεντρωμένο το 99.9% της ατμοσφαιρικής μάζας.
Πάνω από τη στρατόπαυση η θερμοκρασία ελαττώνεται με το ύψος μέχρι και τα περίπου 85 km (άνω όριο ομοιόσφαιρας). Το αντίστοιχο ατμοσφαιρικό στρώμα ονομάζεται μεσόσφαιρα. Το βασικό χαρακτηριστικό της μεσόσφαιρας είναι η ραγδαία καθ’ ύψος ελάττωση της θερμοκρασίας, η οποία φτάνει σε επίπεδα κοντά στους -85 oC στο άνω όριο. Η ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος αποδίδεται στην απουσία όζοντος (Ο3) ή άλλων ατμοσφαιρικών συστατικών ικανών να απορροφήσουν την ηλιακή ακτινοβολία, γεγονός που θα μπορούσε να θερμάνει τον ατμοσφαιρικό όριο.

Το ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας ονομάζεται μεσόπαυση. Η μεσόπαυση είναι επίσης το ανώτερο όριο της ομοιόσφαιρας, καθώς και το ψυχρότερο σημείο αυτής με τη θερμοκρασία να είναι της τάξης των -100 oC.

Η θερμόσφαιρα είναι το ατμοσφαιρικό στρώμα που εντοπίζεται πάνω από την μεσόπαυση και έως το ύψος των ~400 km. Το κατώτερο τμήμα της θερμόσφαιρας χαρακτηρίζεται από ισοθερμική ισορροπία, ενώ στο υπόλοιπο τμήμα παρατηρείται σχεδόν μονότονη αύξηση της θερμοκρασίας. Μάλιστα, η μέγιστη θερμοκρασία μπορεί να φτάσει ή και να ξεπεράσει τους 700 oC, ανάλογα και με την ηλιακή δραστηριότητα. Στη θερμόσφαιρα απορροφάται το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας με μήκη κύματος μικρότερα των 0.2 μm. Η απορρόφηση πραγματοποιείται κυρίως από το μοριακό οξυγόνο, το οποίο με τον τρόπο αυτό διασπάται σε ατομικό. Η αντίδραση αυτή είναι εξώθερμη και απελευθερώνει μεγάλα ποσά ενέργειας. Σε συνδυασμό με την ουσιαστική απουσία άλλων ατόμων και μορίων, η ενέργεια αυτή οδηγεί στην παρατηρούμενη μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας. Το νοητό όριο όπου η ραγδαία αύξηση της θερμοκρασίας υποχωρεί ορίζει τη θερμόπαυση.

Ακριβώς πάνω από τη θερμόπαυση εντοπίζεται το στρώμα της εξώσφαιρας. Η βάση της εξώσφαιρας μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ των 400 km και 500 km, ανάλογα με την ηλιακή δραστηριότητα. Το κύριο χαρακτηριστικό της εξώσφαιρας είναι η πολύ μεγάλη ελεύθερη διαδρομή των μορίων, οπότε και τα τελευταία είναι δυνατόν (κάτω από προϋποθέσεις) να διαφύγουν της επίδρασης του βαρυτικού πεδίου της Γης.

Με κριτήριο της ηλεκτρικές ιδιότητες, η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να χωριστεί στις περιοχές της ιονόσφαιρας και της μαγνητόσφαιρας. Η ιονόσφαιρα είναι εκείνη η περιοχή της ατμόσφαιρας όπου παρατηρείται μερικός ιονισμός των διαφόρων ατμοσφαιρικών συστατικών από την ηλιακή ακτινοβολία. Εκτείνεται από το ύψος των ~30 km έως τα ~300 km, όπου η πυκνότητα των φορτισμένων σωματιδίων (ιόντα) μεγιστοποιείται. Η μαγνητόσφαιρα είναι εκείνη η περιοχή όπου η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων καθορίζεται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Η μαγνητόσφαιρα εκτείνεται από τα ~1000 km έως και ύψος ίσο με 10 περίπου ακτίνες της Γης στο φωτιζόμενο τμήμα της.

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος          

cloud types

Όλοι μας κοιτάμε τον ουρανό καθημερινά. Παρατηρούμε τα σύννεφα: πώς “μεγαλώνουν”, πως αλλάζουν σχήμα, πώς “εξαφανίζονται”, πώς κινούνται. Αν και μπορεί να ακούγεται υπερ-απλουστευμένο, η καθημερινή αυτή συνήθεια αποτελεί ένα από τα πρώτα και βασικά συστατικά στοιχεία της πρόγνωσης του καιρού.

Πώς εμφανίζεται ο ουρανός; Έχει βαθύ μπλε χρώμα ή μήπως φαίνεται “ξεθωριασμένος”; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό μπορεί άμεσα να μας βοηθήσει να σχηματίσουμε μία πρώτη εικόνα για τα επίπεδα της υγρασίας στην ατμόσφαιρα. Εάν ο ουρανός φαίνεται “ξεθωριασμένος”, τότε η υγρασία είναι μάλλον σε υψηλά επιπέδα. Εάν αντίθετα έχει έντονο μπλε χρώμα, τότε η ατμόσφαιρα είναι μάλλον αρκετά ξηρή (μικρά ποσά υγρασίας).
Υπάρχουν σύννεφα cirrus στον ουρανό; Εάν ναι, τότε ο καιρός θα παραμείνει καλός. Μήπως όμως τα cirrus γίνονται ολοένα και πιο πυκνά και μετασχηματίζονται σε cirrostratus; Εάν αυτό συμβαίνει, θα πρέπει να περιμένουμε μεταβολή του καιρού. Και εάν τα cirrostratus καλύψουν τον ουρανό και δώσουν τη θέση τους σε cirrocumulus, τότε αυτό τι σημαίνει; Σημαίνει πως η μεταβολή του καιρού είναι παραπάνω από βέβαιη, χαρακτηριζόμενη από κάποια άνοδο της θερμοκρασίας ή/και εκδήλωση βροχής μέσα στις επόμενες 24 ώρες. Μόλις τα cirrocumulus μετασχηματιστούν στα χαμηλότερα altostratus ή/και altocumulus, τότε η εκδήλωση βροχής είναι ζήτημα ωρών.
Βέβαια, η παρατήρηση του ουρανού και των νεφών δεν αποτελεί εργαλείο πασπαρτού για την (βραχυπρόθεσμη) πρόγνωση του καιρού. Αυτό συμβαίνει διότι από την παρατηρήση των νεφών δεν προκύπτουν πάντα ξεκάθαρα συμπερασμάτα. Σε αυτές τις περίπτωσεις, το καλύτερο που έχουμε να κάνουμε είναι να περιμένουμε προτού επιχειρήσουμε να ανιχνεύσουμε τις μελλοντικές προθέσεις του καιρού. Για παράδειγμα, υπάρχουν ημέρες κατά τις οποίες σύννεφα cumulus εμφανίζονται στον ουρανό τις πρωινές ώρες. Με μια πρώτη ματιά, τα σύννεφα αυτά μοιάζουν “ακίνδυνα”. Ξαφνικά όμως, προς το μεσημέρι, τα μικρά αυτά cumulus αναπτύσσονται και μετασχηματίζονται σε towering cumulus. Τα τελευταία αποτελούν οιωνό για την εκδήλωση καταιγίδων στο πολύ άμεσο μέλλον.
Διαβάζοντας τα παραπάνω, θα έχετε μάλλον πειστεί πως η παρατήρηση του ουρανού και των νεφών μπορεί να σας δώσει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την βραχυπρόθεσμη (24-48 ώρες) εξέλιξη του καιρού. Γνωρίζοντας τους βασικούς τύπους νεφών που εμφανίζονται στον ουρανό, μπορούμε στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε τον παρακάτω απλό “οδηγό” με στόχο την βραχυπρόθεσμη πρόγνωση του καιρού.

Απλός “οδηγός” ερμηνείας νεφών (κάντε κλικ στις φωτογραφίες για καλύτερη ανάλυση)

ΥΨΗΛΑ ΝΕΦΗ
Cirrus, Ci (Θύσανοι)

CIRRUS CLOUDS

Πηγή: Higgins Storm Chasing

H παρουσία αυτών των νεφών συνδέεται γενικά με την επικράτηση καλών (αίθριων) καιρικών συνθηκών στο άμεσο μέλλον. Ωστόσο, η εμφάνιση τους αποτελεί επίσης ένδειξη επικείμμενης μεταβολής του καιρού (προσέγγιση μετώπου) κατά τη διάρκεια των επόμενων (συνήθως) 24 ωρών.
Παρατηρώντας την κίνηση των cirrus και της διεύθυνσης κατά την οποία διατάσσονται, μπορούμε να εκτιμήσουμε την κατεύθυνση κατά την οποία πλησιάζει το μέτωπο (από πού έρχεται ο καιρός). 

Cirrostratus, Cs (Θυσανοστρώματα)

CIRROSTRATUS CLOUDS

Πηγή: MetOffice

Η παρουσία αυτών των νεφών στον ουρανό υποδηλώνει, συνήθως, την επικράτηση “υγρών” καιρικών συνθηκών κατά τη διάρκεια των επόμενων 12 – 24 ωρών. Στην περίπτωση που τα cirrostratus εμφανίζονται να πυκνώνουν, η εκδήλωση υετού μέσα στο επόμενο 24ώρο είναι κατά κανόνα βέβαιη. Εάν αντίθετα εμφανίζονται να αραιώνουν, τότε αναμένεται η σταδιακή επικράτηση αίθριων καιρικών συνθηκών.

Cirrocumulus, Cc (Θυσανοσωρείτες)

CIRROCUMULUS CLOUDS

Πηγή: EPOD

Η παρουσία αυτών των νεφών είναι κατά κανόνα συνώνυμη της επικράτησης καλών καιρικών συνθηκών κατά το άμεσο μέλλον. Ωστόσο, στις τροπικές περιοχές, τα cirrocumulus υποδηλώνουν την έλευση κάποιου καταιγιδοφόρου συστήματος.

 

ΜΕΣΑ ΝΕΦΗ
Altostratus, As (Υψιστρώματα)

ALTOSTRATUS CLOUDS

Πηγή: Wikipedia

Τα συγκεκριμένα νέφη καλύπτουν συνήθως το σύνολο του ουρανού. Τα altostratus εμφανίζονται συχνότερα όταν επίκειται κάποια μεταβολή του καιρού (βροχή, συνήθως έντονη) στον άμεσο χρονικό ορίζοντα. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατόν και τα ίδια τα προκαλούν εκδήλωση φαινομένων, συνήθως με την μορφή ασθενούς βροχόπτωσης μακράς διάρκειας. Εάν η ατμόσφαιρα είναι αρκούντως ασταθής, τότε αυξάνουν το πάχος τους και οδηγούν σε εκδήλωση εντονότερων φαινομένων.

Altocumulus, Ac (Υψισωρείτες)

ALTOCUMULUS CLOUDS

Πηγή: iStock

Η παρουσία αυτών των νεφών στον ουρανό κατά τη διάρκεια των πρωινών ωρών αποτελεί, κατά κανόνα, “οιωνό” για την εκδήλωση καταιγίδας το απόγευμα. Τα altocumulus προπορεύονται θερμών μετώπων, ενώ εντοπίζονται συχνά και στο θερμό τομέα των βαρομετρικών χαμηλών. 

 

ΧΑΜΗΛΑ ΝΕΦΗ
Stratus, St (Στρώματα)

STRATUS CLOUDS

Πηγή: FreeBigPictures

Η παρουσία των νεφών αυτών είναι συνήθως συνώνυμη της εκδήλωσης ασθενών φαινομένων. Τα stratus αποτελούν επίσης δείκτη για την παρουσία ασθενών ανοδικών κινήσεων στην ατμόσφαιρα. 

Stratocumulus, Sc (Στρωματοσωρείτες)

STRATOCUMULUS CLOUDS

Πηγή: Flickr

Τα συγκεκριμένα νέφη αποτελούν δείκτη αυξημένης υγρασίας στην ατμόσφαιρα. Ο σχηματισμός των stratocumulus οφείλεται σε ασθενείς έως μέτριες ανοδικές κινήσεις, ενώ συχνά εμφανίζονται μετά τη διέλευση κάποιου μετώπου. Δε συνδέονται με εκδήλωση φαινομένων.

Nimbostratus, Ns (Μελανοστρώματα)

NIMBOSTRATUS CLOUDS

Πηγή: VideoBlocks

Τα συγκεκριμένα νέφη συνδέονται με κακοκαιρίες και διελεύσεις μετώπων. Τα nimbostratus “ταυτίζονται” με την εκδήλωση βροχής.

 

ΝΕΦΗ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ
Cumulus, Cu (Σωρείτες)

CUMULUS CLOUDS

Πηγή: iagua.es

Η παρουσία των νεφών αυτών στον ουρανό συνδέεται, κατά κανόνα, με την επικράτηση καλοκαιρίας. Για το λόγο αυτό, τα cumulus αναφέρονται συχνά και ως “νέφη καλοκαιρίας” (fair weather cumulus). Παρόλα αυτά, η αύξηση της νεφικής τους μάζας (κατακόρυφη ανάπτυξη) αποτελεί σημάδι για πιθανή δημιουργία και εκδήλωση καταιγίδας.

Cumulonimbus, Cb (Σωρειτομελανίες)

CUMULONIMBUS CLOUDS

Πηγή: Rensselaer Plateau Life

Τα συγκεκριμένα νέφη αποτελούν “απόγονο” νεφών cumulus τα οποία αναπτύχθηκαν κατακόρυφα. Τα cumulonimbus αποτελούν τον πιο χαρακτηριστικό τύπο καταιγιδοφόρου νέφους. Σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ημερών όπου επικρατεί έντονη ατμοσφαιρική αστάθεια.  

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

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.