Επίδραση των μουσώνων σε κλιματικά ακραία φαινόμενα της Ανατολικής Μεσογείου κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού

Abstract

The objective of this thesis is the study of the effect of the Indian Summer Monsoon (ISM) on the summer climatic features of the Eastern Mediterranean (EM). The focus is specifically given on the impact of ISM on the two main dynamic factors governing the EM summer circulation, i.e. the intensified subsidence and the persistent northerly flow, known since antiquity by the name “Etesians”. The investigation of this effect was carried out at different time scales, the inter-annual and intra-seasonal time scale, by implementing multivariate statistical techniques (PCA-CCA). From the study of the circulation fields of the lower troposphere during extreme ISM years, the two circulation centers that are responsible for generating the Etesians pattern over the Aegean Sea were identified. The enhancement of these two centers, the high-pressure system over Western and Central Europe and the Persian trough, was found to be directly related to the ISM activity. The study of the potential temperature in the upper troposphere revealed a tropospheric warming over the area of action of the Central Asia anticyclone, which is directly linked to the ISM activity and was found to spread westward, up to the Mediterranean area and North Africa. Hence, through this mechanism, an enhanced monsoon activity induces a significant depression of the isentropes in the East-West direction over the latitude band 30°-40°N. This inclination of the isentropes, combined with the mid-latitude westerlies to the west of the ISM area, results in enhanced subsidence over the EM. Regarding the study of the interrelationship of the two regions on an inter-annual scale, it was found that ISM influences the inter-annual variability of the Etesians, through its impact on the intensity of the low-pressure system of Pakistan-SW Asia. In the upper atmospheric circulation a teleconnection pattern was identified, which depicts a structure of an anticyclonic gyre extending over the tropics and the subtropics, westward from northern India region up to the American continent, and represents the equatorially trapped Rossby wave response to the convective activity of the ISM. This wave is associated with the development of the warm structure in the troposphere over the areas that it extends, and therefore with the enhanced subsidence movement over the EM in the upper (200 hPa) and the middle troposphere (500 hPa). The intra-seasonal study of the interconnection of the EM and the ISM regions revealed that the active phases of the monsoon are associated with the development of the subsidence movements over the EM in the middle and the upper troposphere. These movements do not appear in-situ but instead, they seem to shift towards the northwest concurrently with the westward propagation of the equatorially trapped Rossby wave-response to the convective activity of the ISM. On the other hand, it was found that the high-frequency variability of Etesians is not related to the monsoon activity but is mainly controlled by the middle latitude dynamics.

Η διατριβή αυτή έχει ως αντικείμενο τη μελέτη της επίδρασης του ΝΔ μουσώνα της Ινδίας (ISM) στα κλιματικά φαινόμενα που επικρατούν στην Ανατολική Μεσόγειο (EM) κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, εστιάζοντας συγκεκριμένα στην επίδραση του ISM στα κυρίαρχα χαρακτηριστικά της θερινής κυκλοφορίας της EM, τις καθοδικές κινήσεις και τους Ετησίες ανέμους. Η διερεύνηση της επίδρασης αυτής πραγματοποιήθηκε σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες, την υπερετήσια και την ενδοεποχιακή, με τη βοήθεια πολυμεταβλητών στατιστικών μεθόδων (PCA-CCA). Από τη μελέτη των πεδίων κυκλοφορίας της κατώτερης ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια των ακραίων ISM ετών αναγνωρίστηκαν τα δύο κέντρα κυκλοφορίας που ευθύνονται για τη δημιουργία των ενισχυμένων βόρειων ανέμων πάνω από την περιοχή του Αιγαίου (Ετησίες). Τα κέντρα αυτά, το αντικυκλωνικό σύστημα πάνω από την Δυτική και Κεντρική Ευρώπη και ο αυλώνας υφέσεων του Περσικού Κόλπου, βρέθηκαν ότι ενισχύονται συγχρόνως με την ενίσχυση του ISM. Η μελέτη της δυνητικής θερμοκρασίας στην ανώτερη ατμόσφαιρα απεκάλυψε μία θέρμανση της τροπόσφαιρας πάνω από την περιοχή δράσης του αντικυκλώνα της Κεντρικής Ασίας, η οποία βρέθηκε να εξαπλώνεται προς τα δυτικά και να φτάνει μέχρι τη Μεσόγειο και τη Β. Αφρική. Παρατηρήθηκε ότι μέσω αυτού του μηχανισμού θέρμανσης της τροπόσφαιρας, η έντονη μουσωνική δραστηριότητα επιφέρει κλίση των ισεντροπικών επιφανειών στη διεύθυνση Ανατολή-Δύση στη ζώνη των γ.π. 30°-40°Β. Η κλίση αυτή των ισεντροπικών σε συνδυασμό με την κυρίαρχη υπόβαθρη δυτική ροή των μέσων πλατών στα δυτικά του ISM, επιφέρει την εμφάνιση έντονων καθοδικών κινήσεων από την EM. Όσον αφορά στη μελέτη της διασύνδεσης των δύο περιοχών σε υπερετήσια κλίμακα, βρέθηκε ότι ο ISM επηρεάζει την υπερετήσια μεταβλητότητα των Ετησιών, μέσω της επίδρασης που ασκεί στην ένταση του συστήματος χαμηλών πιέσεων του Πακιστάν-ΝΔ Ασίας. Επίσης, βρέθηκε ότι ο ISM συνδέεται με τη δημιουργία ενός ισημερινού κύματος Rossby, που ξεκινάει από τα βόρεια της Ινδίας και εκτείνεται στα δυτικά μέχρι και την Αμερικανική ήπειρο πάνω από τα τροπικά και υποτροπικά πλάτη. Το κύμα αυτό συνδέεται με την ανάπτυξη της θερμής δομής στην τροπόσφαιρα, πάνω από τις περιοχές όπου εκτείνεται, και κατ’ επέκταση με τις καθοδικές κινήσεις πάνω από την περιοχή της EM στην ανώτερη (200 hPa) και μέση τροπόσφαιρα (500 hPa). Η ενδοεποχιακή μελέτη της τηλεσύνδεσης των δύο περιοχών έδειξε ότι οι “ενεργές” φάσεις του μουσώνα συνδέονται με την ανάπτυξη των καθοδικών κινήσεων της μέσης και ανώτερης τροπόσφαιρας πάνω από την Αν. Μεσόγειο. Οι καθοδικές αυτές κινήσεις δεν εμφανίζονται στις περιοχές αυτές in-situ αλλά παρουσιάζουν μία μετακίνηση προς τα βορειοδυτικά, συγχρόνως με την διάδοση προς τα δυτικά του ισημερινού κύματος Rossby, που αποτελεί απόκριση στην πηγή διαβατικής θέρμανσης του μουσώνα. Από την άλλη αποδείχτηκε ότι η μουσωνική δραστηριότητα δεν συνδέεται με την υψηλής συχνότητας μεταβλητότητα των Ετησιών στην περιοχή του Αιγαίου. Αντιθέτως, βρέθηκε ότι η ενδοεποχιακή μεταβλητότητα των Ετησιών ελέγχεται κατά κύριο λόγο από τη δυναμική των μέσων πλατών.