Study of lightning and thunderstorm climatology in the Mediterranean area
Authors: Γαλανάκη Ελισσάβετ 
Published: September 2021

Οι κεραυνοί αποτελούν ένα από τα εντονότερα καιρικά φαινόμενα, καθώς συνδέονται με καταστροφές στο φυσικό και αστικό περιβάλλον. Οι καταιγίδες καθώς και οι κεραυνοί που τις συνοδεύουν συνδέονται με θανάτους, τραυματισμούς, πυρκαγιές δασών, πλημμύρες και ζημιογόνες καταστροφές στις ιδιοκτησίες και στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Επομένως, η μελέτη της κεραυνικής δραστηριότητας και η γνώση της χωροχρονικής κατανομής της είναι μεγάλης σημασίας.Το θέμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής επικεντρώνεται στην κλιματολογική ανάλυση των κεραυνών στην περιοχή της Μεσογείου και στην σχέση της με την κυκλωνική δραστηριότητα και την ένταση των καταιγιδοφόρων συστημάτων. Για την διεξαγωγή αυτής της μελέτης, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα κεραυνικής δραστηριότητας (δεκαετής βάση: 2005-2014) παρεχόμενα από το σύστημα ανίχνευσης κεραυνών ZEUS (ZEUS long-range lightning detection system), το οποίο λειτουργεί υπό την αιγίδα του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. Αυτή η δεκαετής βάση δεδομένων κεραυνικής δραστηριότητας χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με δεδομένα κυκλωνικής δραστηριότητας για την μελέτη της σχέσης της κυκλωνικής και της κεραυνικής δραστηριότητας. Επιπλέον, αναπτύχθηκε και εφαρμόσθηκε μια μέθοδος ομαδοποίησης (clustering) των δεδομένων της κεραυνικής δραστηριότητας, προκειμένου να αναλύσουμε την κλιματολογία των καταιγίδων στην περιοχή της Μεσογείου.Στο πρώτο μέρος αυτής της διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκε η χωροχρονική μεταβολή της κεραυνικής δραστηριότητας καθώς και η επίδραση του υψομέτρου, της κλίσης του εδάφους, του τύπου της βλάστησης και της διαθέσιμης δυναμικής ενέργειας μεταφοράς (CAPE) στην κατανομή της κεραυνικής δραστηριότητας στην περιοχή της Ανατολικής Μεσόγειου, για τα έτη 2005-2014. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η κεραυνική δραστηριότητα επηρεάζεται από τον ημερήσιο κύκλο της ηλιακής ακτινοβολίας και τα υποκείμενα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής. Η μελέτη της χωρικής κατανομής της κεραυνικής δραστηριότητας έδειξε ότι την άνοιξη και το καλοκαίρι, η κεραυνική δραστηριότητα εντοπίζεται κυρίως στις ηπειρωτικές περιοχές, ενώ τον χειμώνα και το φθινόπωρο εντοπίζεται στις θαλάσσιες περιοχές. Η κεραυνική δραστηριότητα εμφανίζει την μέγιστη τιμή της τον Ιούνιο και την ελάχιστη τον Ιανουάριο. Η κεραυνική δραστηριότητα στην ξηρά παρουσιάζει έντονη ημερήσια διακύμανση, με το μέγιστο να εμφανίζεται αργά το απόγευμα, ενώ η κεραυνική δραστηριότητα πάνω από την θάλασσα εμφανίζει μικρή ημερήσια διακύμανση, με ένα μικρό μέγιστο τις πρωινές ώρες. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η ορογραφία και η κλίση του εδάφους επηρεάζουν την χωρική κατανομή της κεραυνικής δραστηριότητας κυρίως τον χειμώνα και το φθινόπωρο. Την άνοιξη και το καλοκαίρι, οι δασικές περιοχές παρουσιάζουν αυξημένη κεραυνική δραστηριότητα. Ο αριθμός των κεραυνών και το CAPE συνδέονται με γραμμική σχέση, υποδεικνύοντας ότι οι τιμές του CAPE θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως ένδειξη για την πιθανότητα εμφάνισης κεραυνών.Το δεύτερο μέρος της παρούσας διατριβής επικεντρώθηκε στη μελέτη της σχέσης ανάμεσα στην κυκλωνική και την κεραυνική δραστηριότητα. Στην μελέτη αυτή, χρησιμοποιήθηκε μια δεκαετής βάση κυκλωνικής δραστηριότητας στην περιοχή της Μεσογείου για την επίτευξη δύο στόχων: αρχικά να ποσοτικοποιηθεί η συνεισφορά της κυκλωνικής δραστηριότητας στην εμφάνιση κεραυνών και έπειτα να διερευνηθεί η πιθανή σύνδεση της κεραυνικής δραστηριότητας με την ένταση των κυκλώνων. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τροχιές κυκλωνικής δραστηριότητας, δεδομένα κεραυνικής δραστηριότητας και reanalysis δεδομένα από το Ευρωπαϊκό Κέντρο Μετεωρολογικών Προγνώσεων (ECMWF) για το χρονικό διάστημα 2005-2014. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η συνεισφορά της κυκλωνικής δραστηριότητας στην κεραυνική είναι κατά μέσο όρο της τάξεως του 10%, ενώ σε αρκετές περιοχές η συνεισφορά αυτή φτάνει το 20-30%. Διαπιστώθηκε ότι οι ισχυρής εντάσεως κυκλώνες, οι οποίοι συνδέονται με την ύπαρξη κεραυνικής δραστηριότητας κοντά στο κέντρο τους, αποτελούν περίπου το ένα τρίτο του συνολικού αριθμού των κυκλώνων. Επομένως, δημιουργήθηκαν δύο ομάδες κυκλωνικής δραστηριότητας: κυκλώνες που συνδέονται (ομάδα Α) και δεν συνδέονται (ομάδα Β) με κεραυνική δραστηριότητα. Η ανάλυση των κατακόρυφων προφίλ της συγκέντρωσης πάγου και νερού κοντά στο κέντρο των κυκλώνων, έδειξε ότι η πρώτη ομάδα παρουσιάζει περίπου 35% περισσότερο πάγο και 15% περισσότερο νερό στο ανώτερο και κατώτερο ατμοσφαιρικό επίπεδο, αντίστοιχα. Η πρώτη ομάδα σχετίζεται επίσης με κατά μέσο όρο τριπλάσιες τιμές του CAPE. Περαιτέρω ανάλυση έδειξε ότι δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές στις εντάσεις των δύο κυκλωνικών ομάδων, γεγονός που υποδεικνύει ότι η κεραυνική δραστηριότητα δεν αποτελεί χαρακτηριστικό της εμφάνισης ισχυρής εντάσεως κυκλογένεσης στην Μεσόγειο. Τέλος, διαπιστώθηκε ότι οι κυκλώνες που σχετίζονται με κεραυνούς παρουσιάζουν την υψηλότερη κεραυνική δραστηριότητα περίπου 6 ώρες πριν από τη επίτευξη της μέγιστης έντασης του.Το τρίτο και τελευταίο μέρος αυτής της διδακτορικής διατριβής αφορά την χωροχρονική ανάλυση των καταιγιδοφόρων συστημάτων καθώς και την μελέτη των φυσικών χαρακτηριστικών τους στην περιοχή της Μεσογείου. Για τις ανάγκες της ανάλυσης αυτής, αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος ομαδοποίησης των κεραυνικών δεδομένων, για τον εντοπισμό των καταιγίδων από το 2005-2014 στην περιοχή μελέτης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ημερήσιος κύκλος της ηλιακής ακτινοβολίας και τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής καθορίζουν την χωροχρονική κατανομή του ετήσιου αριθμού των ημερών καταιγίδας. Η πλειοψηφία των καταιγίδων είναι στην ηπειρωτική περιοχή την άνοιξη και το καλοκαίρι, ενώ οι καταιγίδες τον χειμώνα και το φθινόπωρο τείνουν να εμφανίζονται πάνω από τη θάλασσα. Οι καταιγίδες τον χειμώνα είναι λιγότερο συχνές, συνδέονται με μικρότερη ένταση κεραυνικής δραστηριότητας, είναι μεγαλύτερης διάρκειας, έχουν μεγαλύτερη έκταση και κινούνται ταχύτερα από τις καλοκαιρινές καταιγίδες, κατά μέσο όρο. Ανεξάρτητα από την εποχή, η μέση κατεύθυνση διάδοσης των καταιγίδων είναι από τα νοτιοδυτικά προς τα βορειοανατολικά. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια μιας ηπειρωτικής καταιγίδας, τόσο νωρίτερα την ημέρα αναμένεται να ξεκινήσει. Η ένταση της καταιγίδας και η σχετική βροχόπτωση συνδέονται με γραμμική σχέση στην περιοχή της Μεσογείου, όπου η βροχόπτωση υπολογίζεται σε περίπου 1.8 108 kg βροχόπτωσης ανά κεραυνό.