Rossby wave packets and their role in temperature extremes
Authors: Φραγκουλίδης Γεώργιος 
Published: October 2022

Η διάδοση κυματοπακέτων Rossby (RWP) προς την ανατολή αποτελεί κυρίαρχο χαρακτηριστικό της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας στα μέσα γεωγραφικά πλάτη. Τα RWP αντικατοπτρίζονται στο πεδίο του μεσημβρινού ανέμου της ανώτερης τροπόσφαιρας ως μια περιορισμένου μήκους αλληλουχία βόρειων και νότιων ανέμων. Η παρατηρηθείσα σχέση των RWP με ακραία καιρικά φαινόμενα απαιτεί την ανάπτυξη διαγνωστικών μεθόδων εντοπισμού και διερεύνησης των ιδιοτήτων τους τοπικά στο χώρο και στο χρόνο. Ο πρωταρχικός στόχος αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη τέτοιων μεθόδων, η διερεύνηση των τοπικών ιδιοτήτων των RWP και η ποσοτικοποίηση του ρόλου τους στα επεισόδια ακραίων θερμοκρασιών.Οι διαγνωστικές μέθοδοι βασίζονται στα αναλυτικά σήματα του φιλτραρισμένου μεσημβρινού ανέμου της ανώτερης τροπόσφαιρας και της περιβάλλουσας καμπύλης (πλάτους) του κατά μήκος κύκλων γεωγραφικού πλάτους. Οι τοπικές ιδιότητες των RWP όπως το πλάτος, το μήκος κύματος, η ταχύτητα φάσης και η ταχύτητα ομάδας αποτελούν συλλογικά τα κύρια χαρακτηριστικά της ανώτερης τροποσφαιρικής ροής στα μέσα γεωγραφικά πλάτη σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, αλλά επίσης αποκαλύπτουν και τα διακριτά κλιματολογικά της χαρακτηριστικά. Με βάση αυτές, διερευνάται ο ρόλος των RWP στην εμφάνιση και τη διάρκεια επεισοδίων ακραίων θερμοκρασιών. Ειδικότερα, αναλύσεις παλινδρόμησης δείχνουν ότι η πιθανότητα εμφάνισης ακραίων θερμοκρασιών σε πολλά μέρη του βόρειου ημισφαιρίου αυξάνεται σημαντικά με το πλάτος των RWP· μια σύνδεση που δεν μπορεί να αποκαλυφθεί τόσο καθαρά όταν χρησιμοποιούνται μη τοπικές μέθοδοι όπως τα πλάτη Fourier του πεδίου του μεσημβρινού ανέμου. Ο ρόλος των RWP ως μεγάλης κλίμακας πρόδρομων ακραίων φαινομένων από τα δυτικά επαληθεύεται και μέσω μιας ανάλυσης των θερμών και ψυχρών ακραίων θερμοκρασιών της Νοτιοανατολικής Ευρώπης.Ο εντοπισμός και η παρακολούθηση της χωροχρονικής εξέλιξης των RWP αποδεικνύεται επωφελής και στη διερεύνηση των κυμάτων καύσωνα του 2003 και του 2010 στη Δυτική Ευρώπη και τη Ρωσία αντίστοιχα. Με αυτήν την ανάλυση αποδεικνύεται ότι ένα ή περισσότερα διαδοχικά RWP περιορισμένου μήκους μπορούν να θέσουν τις βάσεις για την ενίσχυση θερμοκρασιακών αποκλίσεων και - σε συνδυασμό με φυσικές διεργασίες μικρότερης κλίμακας — να οδηγήσουν σε ακραία φαινόμενα. Αποδείχτηκε ότι σχετικά μικρή ταχύτητα φάσης των RWP παίζει σημαντικό ρόλο σε τέτοιες περιπτώσεις που οι ακραίες θερμοκρασίες διαρκούν αρκετές μέρες. Στη συνέχεια, η συνδυαστική επίδραση του πλάτους και της ταχύτητας φάσης των RWP στην εμφάνιση και τη διάρκεια επεισοδίων ακραίων θερμοκρασιών ποσοτικοποιήθηκε στατιστικά χρησιμοποιώντας ένα αρκετά μεγάλο δείγμα επεισοδίων μικρής και μεγάλης διάρκειας και δεδομένα μετα-ανάλυσης 40 ετών (1979-2018).Παγκόσμιοι κλιματολογίκοι χάρτες του πλάτους, της ταχύτητας φάσης και της ομαδικής ταχύτητας των RWP τοπικά παράγονται για πρώτη φορά και αποκαλύπτουν τις μεγάλες διαφορές στην κυκλοφορία της ανώτερης τροπόσφαιρας μεταξύ Βόρειου και Νότιου Ημισφαίριου. Επιπλέον, υπογραμμίζονται και σχολιάζονται σημαντικές πτυχές της εποχιακής μεταβλητότητας αυτών των ιδιοτήτων σε συγκεκριμένες περιοχές. Τέλος, διερεύνηση των επιχειρησιακών προγνώσεων καιρού του ECMWF κατά την περίοδο 2013-2018 στο Βόρειο Ημισφαίριο υποδεικνύει οτί συστηματικά σφάλματα στις ιδιότητες των RWP πιθανώς να έχουν συνέπειες στην πρακτική προγνωσιμότητα της εμφάνισης και της διάρκειας των ακραίων θερμοκρασιών.Συνολικά, αυτή η εργασία συμβάλλει στον πρωταρχικό στόχο της βελτίωσης της κατανόησης των RWP και των επεισοδίων ακραίων θερμοκρασιών. Τα προαναφερθέντα ευρήματα και οι προτεινόμενες διαγνωστικές μέθοδοι θα ωφελήσουν μελλοντικές έρευνες σχετικά με τις διεργασίες που επηρεάζουν την εξέλιξη των RWP και τις επιπτώσεις τους στην εμφάνιση και την προγνωσιμότητα ακραίων φαινομένων τόσο σε καιρικές όσο και σε κλιματικές χρονικές κλίμακες.