Μελέτη των παραμετροποιήσεων του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος και της μικροφυσικής στην προσομοίωση ισχυρών βροχοπτώσεων
Authors: Ευσταθίου Γεώργιος 
Published: August 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, πραγματεύεται τη μελέτη της επίδρασης των παραμετροποιήσεων μικροφυσικής και οριακού στρώματος ενός σύγχρονου μετεωρολογικού μοντέλου στην προσομοίωση επεισοδίων ισχυρής βροχόπτωσης σε μια περιοχή πολύπλοκου ανάγλυφου. Οι παραμετροποιήσεις των φυσικών μηχανισμών που διέπουν τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα αποτελούν έναν από τους βασικότερους παράγοντες διαμόρφωσης της αριθμητικής πρόγνωσης καιρού. Ως περιοχή μελέτης επιλέχτηκε η χερσόνησος της Χαλκιδικής εξαιτίας των ιδιόμορφων φυσιογραφικών χαρακτηριστικών και της ιδιαίτερης κλιματολογίας των βροχοπτώσεων. Κύριο χαρακτηριστικό αυτής είναι η ραγδαιότητα των επεισοδίων ισχυρής βροχόπτωσης που προκαλούν εξαιρετικά μεγάλες τιμές 24ωρου υετού παρότι η ετήσια βροχόπτωση είναι χαμηλή. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν διαθέσιμα βροχομετρικά δεδομένα και στοιχεία πλημμυρών για την αναγνώριση των επεισοδίων βροχόπτωσης και πλημμυρικών συμβάντων κατά τη ψυχρή περίοδο του έτους την τελευταία δεκαπενταετία στην περιοχή. Στη συνέχεια με την εφαρμογή μιας πολυμεταβλητής στατιστικής μεθοδολογίας, 55 περιπτώσεις κατηγοριοποιήθηκαν σε 8 ομάδες ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας που σχετίζονται με την εμφάνιση επεισοδίων βροχόπτωσης. Η πλειοψηφία των επεισοδίων προκαλούνται από οργανωμένες διαταραχές της μέσης τροπόσφαιρας που αποσταθεροποιούν τη δυνητικά ασταθή κατώτερη τροπόσφαιρα και επιβάλλουν μια συγκλίνουσα ροή πάνω από την περιοχή, που συνδέεται συνήθως με μεταφορά κυκλωνικού στροβιλισμού στη μέση τροπόσφαιρα. Το ανάγλυφο επιδρά μόνο τοπικά στη θέση και ένταση των παρατηρούμενων μεγίστων αθροιστικής βροχόπτωσης. Ακολούθησαν προσομοιώσεις των σημαντικότερων πλημμυρικών επεισοδίων με το μοντέλο WRF, το οποίο δύναται να αναπαράγει τα παρατηρούμενα ποσά βροχής εμφανίζοντας όμως σε ορισμένες περιπτώσεις μικρά σφάλματα που δημιουργούν αστοχίες στην πρόβλεψη της θέσης της μέγιστης βροχόπτωσης. Από την ανάλυση της συμπεριφοράς των προσομοιώσεων φαίνεται η σημαντική αλληλεπίδραση τυρβώδους διάχυσης και μικροφυσικής. Η μη-τοπική προσέγγιση στην παραμετροποίηση του οριακού στρώματος μεταφέρει περισσότερη υγρασία ψηλότερα παράγοντας μεγαλύτερη μάζα παγοσωματιδίων που εμφανίζουν την κύρια συνεισφορά στην επιφανειακή βροχόπτωση. Ο βαθμός στεφανώματος των παγοσωματιδίων που εκφράζεται στα περισσότερα σχήματα μικροφυσικής από την αναλογία μαλακού χαλαζιού-χιονιού, ορίζει στη συνέχεια τη χωρική και χρονική κατανομή της βροχόπτωσης. Αυξημένη παραγωγή μαλακού χαλαζιού ενισχύει τη ραγδαιότητα όμως η υπερεκτίμηση του χιονιού μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλα ποσά αθροιστικής βροχόπτωσης. Τέλος, είναι ιδιαίτερα σημαντική η εύρεση ενός έμμεσου μηχανισμού αλληλεπίδρασης της κατακόρυφης τυρβώδους διάχυσης με το συνοπτικό περιβάλλον στην περίπτωση κυκλογένεσης στο Αιγαίο. Η ικανότητα μεταφοράς υγρασίας στα ψηλότερα ατμοσφαιρικά στρώματα επηρεάζει το ρυθμό διαβατικής θέρμανσης από τις μικροφυσικές διεργασίες που με τη σειρά του τροποποιεί τη βαροκλινικότητα στη μέση τροπόσφαιρα. Επιπλέον αποδείχτηκε ότι απουσία της διαβατικής θέρμανσης δεν σχηματίζεται επιφανειακή ύφεση, καταδεικνύοντας την καθοριστική σημασία της στην κυκλογένεση στον Ελληνικό χώρο.