Η τηλεσύνδεση της ανατολικής Μεσογείου:: δομή, δυναμικοί μηχανισμοί και επίδραση στο περιοχικό κλίμα

Abstract

The objective of this thesis is: a) the identification of teleconnection patterns located in eastern mediterranean region, b) the study of the structure and characteristics of the eastern mediterranean teleconnection pattern (emp), c) the investigation and understanding of dynamic and thermodynamic processes that contribute to the formation of emp, d) its impact on the regional climate of the mediterranean and e) the investigation of possible future variations of emp under global warming conditions. The atmospheric teleconnection patterns appear as preferred modes of low-frequency natural variability of the atmospheric circulation with fixed oscillating nodes and antinodes, called poles. The existence of teleconnection patterns located eastern mediterranean investigated analyzing climate data of northern hemisphere geopotential heights for the period 1958-2003 with the aid of correlation analysis and principal component analysis, identifying a teleconnection pattern with two poles centered in eastern mediterranean and northeastern atlantic in geopotential height fields of 300 and 500hpa and maximum intensity during winter. This pattern is called the eastern mediterranean teleconnection pattern (emp) and a positive and a negative phase are discriminated. Furthermore, the mechanisms that are suggested to dominate on the formation of teleconnections were investigated: a) in planetary scale the rossby wave propagation, b) in synoptic scale, the impact of transient eddies in the mean flow and c) the troposphere-stratosphere interaction through the intrusion of stratospheric air masses into the troposphere. In order to investigate the impact of the emp on mean distributions of temperature and precipitation, as well as on their extreme events in eastern mediterranean, the regularized canonical correlation analysis (rcca) and the composite analysis for both phases were applied. It was found that the two phases of emp affect oppositely the eastern mediterranean climate. Finally, the possible variations of the position and the intensity of emp in the future, as the knowledge of the teleconnection behavior can help in the improvement of climate models simulations, as well as the resulting impacts on the future regional climate of eastern mediterranean were investigated.

Αντικείμενο της διατριβής είναι α) ο εντοπισμός τηλεσυνδέσεων της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας στην περιοχή της ανατολικής μεσογείου, β) η μελέτη της δομής και των χαρακτηριστικών της τηλεσύνδεσης της ανατολικής μεσογείου (eastern mediterranean teleconnection pattern-εμρ) γ) η διερεύνηση και ερμηνεία των δυναμικών και θερμοδυναμικών διεργασιών που συμβάλλουν στη δημιουργία της, δ) η επίδρασή της στο περιοχικό κλίμα της μεσογείου και ε) η διερεύνηση των μεταβολών της στο μέλλον υπό συνθήκες παγκόσμιας θέρμανσης. Οι ατμοσφαιρικές τηλεσυνδέσεις εμφανίζονται κυρίως σαν προτιμώμενες καταστάσεις της φυσικής μεταβλητότητας της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας χαμηλής συχνότητας. Η μελέτη της ύπαρξης τηλεσυνδέσεων με κέντρο την ανατολική μεσόγειο, πραγματοποιήθηκε μέσω της ανάλυσης κλιματολογικών δεδομένων γεωδυναμικού του βορείου ημισφαιρίου για την περίοδο 1958-2003 με τη βοήθεια της ανάλυσης συσχετίσεων (correlation analysis) και της ανάλυσης σε κύριες συνιστώσες (principal component analysis) που οδήγησε στη διαπίστωση της ύπαρξης μίας τηλεσύνδεσης με πόλους στην ανατολική μεσόγειο και το βορειοανατολικό ατλαντικό, στο πεδίο των γεωδυναμικών υψών για τις επιφάνειες των 300 και 500 hpa και με μέγιστη ένταση κατά το χειμώνα. Η τηλεσύνδεση αυτή ονομάστηκε eastern mediterranean teleconnection pattern (emp) και διακρίνεται σε δύο φάσεις, τη θετική και την αρνητική. Μελετήθηκαν οι μηχανισμοί που θεωρητικά έχουν προταθεί ότι μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό των τηλεσυνδέσεων: α) σε πλανητική κλίμακα η διάδοση των κυμάτων rossby, β) σε συνοπτική κλίμακα η επίδραση των transients eddies στην πλανητική ροή και γ) η αλληλεπίδραση στρατόσφαιρας-τροπόσφαιρας μέσω εισβολής στρατοσφαιρικού αέρα στην τροπόσφαιρα. Για τη μελέτη της επίδρασης της εmp στη μέση κατανομή της θερμοκρασίας, της βροχόπτωσης και των αντίστοιχων ακραίων φαινομένων στην ανατολική μεσόγειο, εφαρμόστηκε η κανονικοποιημένη ανάλυση κανονικών συσχετίσεων (rcca) και η ανάλυση σύνθετων ανωμαλιών των παραμέτρων για τις δύο φάσεις. Βρέθηκε ότι η emp επηρεάζει το κλίμα της ανατολικής μεσογείου με αντίθετο τρόπο σε κάθε φάση. Τέλος, έγινε διερεύνηση της τυχόν μεταβολής της θέσης και της έντασης της emp στο μέλλον, καθώς η γνώση της συμπεριφοράς των τηλεσυνδέσεων στο μελλοντικό κλίμα μπορεί να οδηγήσει στη βελτίωση των προσομοιώσεων των κλιματικών μοντέλων και .διερευνήθηκαν οι επακόλουθες επιπτώσεις στο μελλοντικό περιοχικό κλίμα της ανατολικής μεσογείου, με δεδομένα προσομοιώσεων κλιματικών μοντέλων.