Συμβολή στη μελέτη της αλληλεπίδρασης κατώτερης τροπόσφαιρας - επιφάνειας θάλασσας στις περιοχές της Μεσογείου και του βόρειου Ατλαντικού

Abstract

The present PhD thesis is a contribution to the study of the sea surface – lower troposphere interactions. Various forms of these interactions were examined for two marine areas of different extent: the Mediterranean Sea and the North Atlantic Ocean. The multivariate statistical methods Factor Analysis and Canonical Correlation Analysis were applied on monthly anomalies of various climatic parameters for winter and summer. For the Mediterranean region, winter SST anomalies were found to be controlled by atmospheric circulation with a one-month time response. The so-called “Mediterranean Oscillation” was detected both for atmosphere and sea surface. The specific atmospheric circulation characteristics corresponding to the two phases of the above oscillation were examined. It was found also, that the sensible and latent heat fluxes are covariant to a high degree. These fluxes contribute to the formation and the deepening of the Mediterranean depressions and they are related to precipitation formation in the western windward areas of Greece. For summer, the “Mediterranean Oscillation” was not detected, while the response of SST was found to be very low because of the low thermal capacity of the surface sea waters. The combination between the Azores subtropical anticyclone and the South Asia thermal low modulates the temperature regime of the Mediterranean region. For the North Atlantic region, it was found that the “North Atlantic Oscillation” and the North Atlantic blocking anticyclones affect the temperature regime of the lower troposphere and the sea surface. The SST anomalies are controlled by atmospheric forcing with a time response of about two months. The sensible and latent heat fluxes are covariant to a high degree and they are directly linked to lower troposphere relative vorticity and consequently to the depression trajectories. For summer, the application of the methodology did not led to statistically significant results and did not detect any dominant mode of atmospheric or oceanic variability modulating the large scale anomalies of the various parameters associated to the sea surface – lower troposphere interaction.

Η παρούσα διατριβή αποτελεί μια συμβολή στη μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ της επιφάνειας της θάλασσας και της κατώτερης τροπόσφαιρας. Εξετάστηκαν διάφορες πτυχές της αλληλεπίδρασης αυτής σε δύο θαλάσσιες περιοχές διαφορετικής έκτασης: στη Μεσόγειο και στο Β. Ατλαντικό. Χρησιμοποιήθηκαν οι πολυδιαστατικές στατιστικές μέθοδοι Παραγοντική Ανάλυση και Ανάλυση Κανονικής Συσχέτισης, οι οποίες εφαρμόσθηκαν σε χρονοσειρές μηνιαίων αποχών διαφόρων κλιματικών παραμέτρων, τόσο για το χειμώνα, όσο και για το θέρος. Για την περιοχή της Μεσογείου, διαπιστώθηκε ότι κατά το χειμώνα οι αποχές της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας διαμορφώνονται από τις αποχές των παραμέτρων της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας με μια χρονική απόκριση της τάξης του ενός μηνός. Εντοπίστηκε η λεγόμενη «Κύμανση της Μεσογείου» και βρέθηκε ότι υφίσταται τόσο στην ατμόσφαιρα, όσο και στην επιφάνεια της θάλασσας. Εξετάστηκε η κατάσταση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας πάνω από την ευρύτερη περιοχή για τις δύο ακραίες φάσεις της παραπάνω κύμανσης. Επίσης, βρέθηκε ότι οι ροές αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας παρουσιάζουν υψηλή συμμεταβλητότητα και διαπιστώθηκε η σημαντική επίδραση των ροών αυτών στη δημιουργία και ενίσχυση των υφέσεων, καθώς και στο σχηματισμό του υετού στις προσήνεμες περιοχές της Ελλάδος. Για το θέρος, δεν εντοπίστηκε στατιστικά η «Κύμανση της Μεσογείου», ενώ η απόκριση της επιφάνειας της θάλασσας στη δράση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας βρέθηκε να είναι πολύ μικρή λόγω της μικρής θερμοχωρητικότητας του επιφανειακού θαλασσίου στρώματος. Επίσης, διαπιστώθηκε η έντονη επίδραση του συνδυασμού του αντικυκλώνα των Αζορών με το χαμηλό της Ν. Ασίας στο θερμοκρασιακό καθεστώς της Μεσογείου. Για την περιοχή του Β. Ατλαντικού, βρέθηκε ότι η «Κύμανση του Βορείου Ατλαντικού» και οι αντικυκλώνες εμποδισμού της δυτικής Ευρώπης διαδραματίζουν κυρίαρχο ρόλο στο θερμοκρασιακό καθεστώς τόσο της κατώτερης τροπόσφαιρας όσο και της επιφάνειας της θάλασσας κατά το χειμώνα. Οι αποχές της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας διαμορφώνονται από τη δράση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας με μια χρονική απόκριση της τάξης των 2 μηνών. Οι ροές αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας παρουσιάζουν, όπως και στην περίπτωση της Μεσογείου, υψηλή συμμεταβλητότητα και συνδέονται άμεσα με το σχετικό στροβιλισμό στην κατώτερη τροπόσφαιρα και κατ’ επέκταση με τις τροχιές των υφέσεων. Για το θέρος, η εφαρμοζόμενη μεθοδολογία δεν οδήγησε σε στατιστικά σημαντικά αποτελέσματα, μην εντοπίζοντας κάποιο κυρίαρχο τύπο ατμοσφαιρικής ή θαλάσσιας μεταβλητότητας που να διαμορφώνει σε μεγάλη κλίμακα τις αποχές των διαφόρων παραμέτρων που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση επιφάνειας θάλασσας – κατώτερης τροπόσφαιρας.