Στατιστική, συνοπτική και δυναμική μελέτη επεισοδίων εξαιρετικής βροχόπτωσης στον ευρύτερο ευρωπαϊκό χώρο

Abstract

The statistical, synoptic and dynamic characteristics of extreme precipitation episodes in Europe are studied in the present thesis. Daily pluviometric data, and also synoptic and dynamic data, covering the period from 1958 to 2000, are used. Summer months, having a significant proportion of thermal thunderstorms, are not included in the analysis. A strict criterion is used to eliminate thermal thunderstorms that may develop during the rest of the year. With the use of this criterion, the “case” and “episode” of extreme precipitation is also defined. The majority of the episodes took place in three areas: Greece, the Alps area, and the Iberian Peninsula. The study of the statistic characteristics of extreme precipitation shows the following: A statistically significant negative trend that stops in the mid ‘70s, is found for the whole European area. Trends, that various sub-areas of Europe present, differ according to latitude. Negative trends are found for those southern of the 43o cycle, and positive trends are found for those northern of 45o cycle. The frequency of extreme precipitation is higher during autumn and spring months. Altitude increase, generally results in the increase of extreme precipitation. The examination of the mean values of selected synoptic and dynamic parameters results in the following: During the episodes of extreme precipitation, all the cyclonic characteristics are significantly enhanced. High relative humidity values of the lower troposphere combine with the strong upward motions in the middle troposphere and produce heavy precipitation. The cyclonic systems of Greece and the Iberian Peninsula, reach their mature stage during the last day of the episodes. On the contrary, in Alpine systems, the transformation of potential energy to kinetic energy is sustained during the full length of the episodes. Most of the episodes are found to be connected to a single troposhperic disturbance, with the exception of the three-days western Iberian episodes, that seem to be the result of two consecutive disturbances. The synoptic and mesoscale analysis of three characteristic episodes shows the following: Strong lower level flow, from sea to inland areas, can cause significant precipitation, mainly over the coastal areas. This is the result of the combination of continuous vapour advection, lower level convergence and forced uplifting motions. Extreme precipitation is often related to cold fronts and the instability that is released during the front’s passing through the examined area. The relative vorticity distribution is not directly connected to extreme precipitation zones, despite the fact that, cyclonic circulation areas are clearly identified by positive relative vorticity values. In some cases, cyclonic systems can maintain their strength even after they have reached their mature stage. The required energy can be found in the sensible and latent heat that is released from the relatively warmer sea, into the lower troposphere. Cyclogenesis may take place over the Alps and the Iberian peninsula, under appropriate synoptic conditions. Finally, “cold air pool” cut-off lows that are formed over the Iberian peninsula, present slow easterly or even retrograding movement, due to the “high-over-low” circulation, that often dominates the troposphere over the specific area.

Στην παρούσα διατριβή μελετώνται τα στατιστικά, συνοπτικά και δυναμικά χαρακτηριστικά επεισοδίων εξαιρετικής βροχόπτωσης στον ευρύτερο Ευρωπαϊκό χώρο. Χρησιμοποιούνται ημερήσια δεδομένα βροχόπτωσης, καθώς και δεδομένα συνοπτικών και δυναμικών παραμέτρων για την περίοδο 1958-2000. Οι θερινοί μήνες, οι οποίοι συγκεντρώνουν πολλές περιπτώσεις θερμικών καταιγίδων, αποκλείονται από την μελέτη. Ο εντοπισμός των επεισοδίων γίνεται με την βοήθεια ενός αυστηρού κριτηρίου επιλογής, το οποίο αποκλείει τις θερμικές καταιγίδες που μπορεί να εκδηλωθούν κατά το υπόλοιπο του έτους, ενώ παράλληλα διαχωρίζει την «περίπτωση» από το «επεισόδιο» εξαιρετικής βροχόπτωσης. Οι περιοχές που συγκεντρώνουν το μεγαλύτερο αριθμό επεισοδίων εξαιρετικής βροχόπτωσης είναι ο ευρύτερος Ελληνικός χώρος, ο ευρύτερος χώρος των Άλπεων και η Ιβηρική χερσόνησος. Από την μελέτη των στατιστικών χαρακτηριστικών της εξαιρετικής βροχόπτωσης προκύπτουν τα εξής: Στατιστικώς σημαντική πτωτική τάση καταγράφεται για το σύνολο της μελετούμενης περιοχής, η οποία σταματά στα μέσα της δεκαετίας του ’70. Οι τάσεις που εμφανίζουν διάφορες υποπεριοχές της Ευρωπαϊκής ηπείρου παρουσιάζουν διαφοροποίηση κατά γεωγραφικό πλάτος. Πτωτικές τάσεις σημειώνονται σε περιοχές νοτιότερα των 43ο, και ανοδικές σε περιοχές βορειότερα των 45ο. Η συχνότητα εκδήλωσης εξαιρετικών βροχοπτώσεων είναι υψηλότερη κατά τους Φθινοπωρινούς αλλά και τους Εαρινούς μήνες. Η αύξηση του υψομέτρου έχει ως γενικό αποτέλεσμα την αύξηση της εξαιρετικής βροχόπτωσης. Η μελέτη των μέσων τιμών μιας σειράς επιλεγμένων συνοπτικών και δυναμικών μεγεθών των επεισοδίων εξαιρετικής βροχόπτωσης, δείχνει ότι: Κατά την διάρκεια επεισοδίων εξαιρετικής βροχόπτωσης, ενισχύονται σημαντικά όλα τα κυκλωνικά χαρακτηριστικά πάνω από τις μελετούμενες περιοχές. Οι αυξημένες τιμές σχετικής υγρασίας που καταγράφονται στην κατώτερη τροπόσφαιρα, συνδυάζονται με τις ισχυρές ανοδικές κινήσεις που κυριαρχούν στην μέση τροπόσφαιρα, με αποτέλεσμα την εκδήλωση ισχυρών βροχοπτώσεων. Τα υφεσιακά συστήματα της Ελλάδας και της Ιβηρικής χερσονήσου, φτάνουν στην ώριμη φάση τους κατά την τελευταία ημέρα των επεισοδίων. Αντίθετα, στα συστήματα των Άλπεων, η μετατροπή δυναμικής ενέργειας σε κινητική συνεχίζεται έως και την τελευταία ημέρα. Το σύνολο σχεδόν των επεισοδίων σχετίζεται με μια μόνο τροποσφαιρική διαταραχή, με εξαίρεση τα επεισόδια διάρκειας τριών ημερών που εκδηλώνονται στην δυτική Ιβηρική χερσόνησο, τα οποία φαίνεται ότι σε μεγάλο ποσοστό τους οφείλονται σε δύο διαταραχές, που επηρεάζουν διαδοχικά την περιοχή. Από την αναλυτική μελέτη στην συνοπτική και μέση κλίμακα τριών αντιπροσωπευτικών επεισοδίων προκύπτουν τα παρακάτω: Η επικράτηση ισχυρών επιφανειακών ρευμάτων από θαλάσσιες περιοχές προς την χέρσο, μπορεί να προκαλέσει σημαντικές βροχοπτώσεις, στις παράκτιες κυρίως ζώνες. Το γεγονός οφείλεται στον συνδυασμό της συνεχούς τροφοδοσίας με υδρατμούς, της ισχυρής επιφανειακής σύγκλισης, και των εξαναγκασμένων ανοδικών κινήσεων. Οι εξαιρετικές βροχοπτώσεις οφείλονται πολύ συχνά σε ψυχρά μέτωπα, λόγω της σημαντικής έκλυσης αστάθειας κατά την διέλευση αυτών. Η κατανομή του πεδίου του σχετικού στροβιλισμού δεν σχετίζεται άμεσα με τις ζώνες ισχυρής βροχόπτωσης, παρά το γεγονός ότι, οι περιοχές επικράτησης θετικού σχετικού στροβιλισμού ταυτίζονται με τις περιοχές κυκλωνικής κυκλοφορίας. Σε κάποιες περιπτώσεις τα υφεσιακά συστήματα είναι δυνατόν να διατηρήσουν την ισχύ τους, ακόμη και αφού φτάσουν στο ώριμο στάδιο της ανάπτυξής τους. Η απαιτούμενη ενέργεια μπορεί να προέλθει από τα μεγάλα ποσά αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας, με τα οποία τροφοδοτεί η σχετικώς θερμότερη θάλασσα, τα υπερκείμενα τροποσφαιρικά στρώματα. Οι Άλπεις και η Ιβηρική χερσόνησος είναι δυνατόν να λειτουργήσουν κυκλογενετικά, υπό τις κατάλληλες συνοπτικές συνθήκες. Τέλος, τα αποκομμένα χαμηλά με «ψυχρή λίμνη» που δημιουργούνται στην Ιβηρική χερσόνησο, παρουσιάζουν αργή ανατολική κίνηση ή και οπισθοδρόμηση προς δυτικά, λόγω της κυκλοφορίας εμποδισμού που επικρατεί συχνά στην τροπόσφαιρα της περιοχής.