Εννοιολογικό μοντέλο των χαλαζοκαταιγίδων στην περιοχή της Κεντρικής Μακεδονίας
Creators: name: Φόρης, Δημήτριος Β.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Εννοιολογικό μοντέλο
Μονοκυτταρική καταιγίδα
Πολυκυτταρική καταιγίδα
Conceptual model
Singlecell storm
Multicell storm

description: Ένα εννοιολογικό μοντέλο των χαλαζοκαταιγίδων στην περιοχή της Κεντρικής Μακεδονίας παρουσιάζεται στη μελέτη αυτή, με βάση τα ψηφιακά δεδομένα που συλλέχτηκαν από το καταγραφικό σύστημα του ραντάρ Θεσσαλονίκης κατά τις θερμές περιόδους (Απρίλιος-Σεπτέμβριος) των ετών 1997-2001. Το μοντέλο, που περιλαμβάνει την εξέταση των καταιγίδων αυτών από θερμοδυναμική και κινηματική άποψη, αλλά και τη χωροχρονική τους κατανομή, συνθέτει όλες τις πληροφορίες σε μια νοητική χωροχρονική εικόνα. Η συνοπτική κατάσταση δεν εξετάζεται αυτοτελώς, αλλά υπεισέρχεται ως παράμετρος σε όλες τις επιμέρους αναλύσεις. Οι ημέρες καταιγίδας, που αποτελούν τη μία πειραματική μονάδα, κατατάσσονται σε επτά διατάξεις συνοπτικής κυκλοφορίας: το κλειστό (CLOSED) και το αποκομμένο (CUT) χαμηλό, τον αυλώνα μεγάλου (LW) και μικρού (SWT) μήκους κύματος, τη βορειοδυτική (NW), τη νοτιοδυτική (SW) και τη ζωνική (ZONAL) ροή. Το προκαταιγιδικό περιβάλλον εξετάζεται με τη βοήθεια 17 δεικτών ευστάθειας που προκύπτουν από την ανάλυση των ραδιοβολίσεων 06 και 12 UTC. Οι περισσότεροι δείκτες επιδεικνύουν μια αύξηση της αστάθειας από τις 06 στις 12 UTC για όλους τους τύπους κυκλοφορίας, σε συμφωνία με τον ημερήσιο κύκλο της λανθάνουσας αστάθειας. Η μηνιαία μεταβολή της αστάθειας ερμηνεύεται με βάση το συνοπτικό περιβάλλον: από τον Απρίλιο προς το Μάιο η εδαφική υπερθέρμανση δε συνεισφέρει σημαντικά στην αστάθεια, ενώ από το Μάιο ως τον Ιούλιο αποτελεί την κύρια συνεισφορά. Η μεγαλύτερη ευστάθεια παρατηρείται από τον Ιούλιο προς τον Αύγουστο, ενώ λόγω της έναρξης διέλευσης συνοπτικών διαταραχών το Σεπτέμβριο καταγράφεται μεγάλη αύξηση του δυναμικού για καταιγίδες. Οι διατάξεις κυκλοφορίας που ευνοούν την ανάπτυξη καταιγίδων σχετίζονται με νοτιοδυτική ροή, η οποία εμπλουτίζει τις αέριες μάζες με υγρασία και μεταφέρει γενικά θετικό στροβιλισμό, ενώ οι λιγότερο ευνοϊκές σχετίζονται με βορειοδυτική ροή, πιο ξηρές μάζες και μεταφορά αρνητικού στροβιλισμού. Ορισμένοι δείκτες αποδίδουν καλύτερα στις 06, άλλοι στις 12 UTC, κάποιοι για συγκεκριμένους μήνες και κάποιοι άλλοι για συγκεκριμένη συνοπτική κυκλοφορία. Η διάκριση μεταξύ θερμικά και δυναμικά (πρωί ή βράδυ) επαγόμενων καταιγίδων μπορεί να αποκαλύψει εκείνους τους δείκτες που εκφράζουν καλύτερα το δυναμικό για καταιγίδες σε κάθε περίπτωση. Η ευρύτερα γνωστή κατάταξη των καταιγίδων περιλαμβάνει τέσσερις τύπους: τις μονοκυτταρικές, τις πολυκυτταρικές, τις υπερκυτταρικές και τις γραμμές λαίλαπας. Το μεγαλύτερο πλήθος των καταιγίδων ανήκει στους δύο πρώτους τύπους, που εμφανίζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά από πολλές απόψεις. Έτσι, οι μακρόβιες πολυκυτταρικές διανύουν διπλάσια, κατά μέσον όρο, απόσταση από τις βραχύβιες μονοκυτταρικές, οι μέσες ταχύτητές τους όμως, εμφανίζουν παραπλήσια κατανομή. Όταν ο μέσος άνεμος είναι ασθενής, η κίνηση των καταιγίδων αποτελεί ουσιαστικά διάδοση, ενώ όταν αυτός είναι ισχυρός, πηδαλιουχεί και μεταφέρει τις καταιγίδες. Οι μονοκυτταρικές εμφανίζουν μικρή γωνιακή απόκλιση προς τα δεξιά ή τα αριστερά του μέσου ανέμου, ενώ οι πολυκυτταρικές μεγαλύτερη απόκλιση μόνο προς τα δεξιά. Οι τύποι NW και ZONAL ευνοούν μακρόβιες καταιγίδες που διανύουν μεγάλες αποστάσεις και κινούνται γρήγορα, ενώ οι τύποι LW και CLOSED βραχύβιες που διανύουν μικρές αποστάσεις και κινούνται αργά. Οι μέγιστες ταχύτητες καταγράφονται το Σεπτέμβριο και οι ελάχιστες τον Ιούλιο, ενώ η συχνότερη διεύθυνση κίνησης είναι από ΒΔ προς ΝΑ. Όταν οι καταιγίδες υπερπηδούν ορογραφικά εμπόδια επιβραδύνονται γενικά στα προσήνεμα και επιταχύνονται στα υπήνεμα, με τη ροή να χαρακτηρίζεται τότε υπερκρίσιμη. Το μέγιστο της κατανομής της καταιγιδοφόρου δραστηριότητας συμπίπτει με το μέγιστο της ημερήσιας θέρμανσης (12-15 UTC). Το μέγιστο της δραστηριότητας αυτής εμφανίζεται τον Ιούνιο, ένα δευτερεύον μέγιστο τον Αύγουστο, ενώ το ελάχιστο τον Απρίλιο και το Σεπτέμβριο. Το θερμικό αίτιο συνεισφέρει αποκλειστικά τον Ιούνιο, ενώ κατά τους μεταβατικούς μήνες συνεισφέρει σημαντικά το δυναμικό αίτιο. Ο μέσος χρόνος ζωής των κυττάρων, που αποτελούν άλλη μια πειραματική μονάδα, αυξάνεται σχεδόν μονότονα από τον Απρίλιο (μία ώρα) προς το Σεπτέμβριο (μιάμιση ώρα), ενώ η διάρκεια των χαλαζοπτώσεων κυμαίνεται από 15 λεπτά τον Απρίλιο ως 21 λεπτά το Μάιο και τον Ιούνιο, και συμβαίνει 20 λεπτά περίπου από την πρώτη ανίχνευση των καταιγίδων. Το μέσο μήκος και πλάτος των ζωνών χαλαζιού είναι 10-20 και 4-6 km αντίστοιχα, ο συνηθέστερος προσανατολισμός τους είναι από ΝΔ προς ΒΑ και το συνηθέστερο σχήμα τους το κυκλικό, που οφείλεται στην επικράτηση των βραχύβιων μονοκυτταρικών καταιγίδων. Η τοπογραφία παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των καταιγίδων. Η οροσειρά Βόρα-Βέρμιου-Πιερίων προκαλεί ανολίσθηση, ιδίως με δυτικό ρεύμα. Η ανάπτυξη καταιγίδων στα υπήνεμα συμβαίνει λόγω σύγκλισης και δημιουργίας δυναμικού αυλώνα στα ανατολικά της οροσειράς, όπου εμφανίζεται και το μέγιστο των χαλαζοπτώσεων, το οποίο εκτείνεται προς τα ανατολικά και τα νοτιοανατολικά. Η μέγιστη ανακλαστικότητα και κορυφή εμφανίζονται στα 10 λεπτά από την πρώτη ανίχνευση για τις μονοκυτταρικές και στα 30 λεπτά για τις πολυκυτταρικές, και συμβαίνει γενικά στο 30-50% του χρόνου ζωής τους. Με μια μέση πιθανότητα 80% μπορεί κανείς να θεωρήσει σχεδόν βέβαιη την εκδήλωση χαλαζοπτώσεων αν η ανακλαστικότητα και η κορυφή υπερβαίνουν τα 58 dBZ και τα 12 km αντίστοιχα και για μη εκδήλωση χαλαζόπτωσης τιμές που υπολείπονται των 44 dBZ και των 8.5 km. Η μέγιστη κατακόρυφη ανάπτυξη των καταιγίδων συμπίπτει γενικά με το χρόνο της μέγιστης έντασής τους. Οι χαλαζοκαταιγίδες παρουσιάζουν γενικά μεγαλύτερες τιμές των χαρακτηριστικών τους από τις μη χαλαζοφόρες καταιγίδες. Αυτό ισχύει για την ανακλαστικότητα, το ύψος κορυφής, τη μάζα, τον όγκο, την επιφάνεια, τον υετό και το VIL. Επίσης, οι πολυκυτταρικές εμφανίζουν τιμές όλων αυτών των χαρακτηριστικών μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες των μονοκυτταρικών. Τέλος, η πιθανότητα ύπαρξης χαλαζιού στο έδαφος μπορεί να υπολογιστεί με τη βοήθεια μέτρων χαλαζιού μέσα στο νέφος. Τέτοια μέτρα χαλαζιού θεωρούνται η μέγιστη ανακλαστικότητα, το ύψος στο οποίο αυτή παρατηρείται, η μέγιστη τιμή του κατακορύφως ολοκληρωμένου υγρού νερού, η διαφορά ύψους μεταξύ της μέγιστης κορυφής και της ισοθέρμου του μηδενός ή μεταξύ της ισοπληθούς των 45 dBZ και της ισοθέρμου του μηδενός, καθώς και η αναλογία της κατακόρυφης προς την οριζόντια διάσταση των καταιγίδων.
description: A conceptual model of hailstorms in the region of central Macedonia is presented in this study, based on the digital data acquired from the Thessaloniki's radar recording system during the warm season (April to September) of the years 1997-2001. The model, which comprises the thermodynamic and kinematic study of these storms, as well as their spatial and temporal distribution, is a synthesis of all this information into a conceptual space-time picture. The synoptic situation is not examined separately, but enters as a parameter in all different approaches. Storm days, constituting an experimental unit, are classified in seven synoptic circulation patterns: closed (CLOSED) and cut-off (CUT) low, longwave (LW) and shortwave (SWT) trough, northwest (NW), southwest (SW) and zonal (ZONAL) flow. The pre-storm environment is examined with the aid of 17 stability indices, resulting from 06 and 12 UTC sounding analyses. Most of the indices reveal an increase of instability from 06 to12 UTC for all circulation types, in accordance with the diurnal cycle of latent instability. The monthly variation of instability is explained on the grounds of the synoptic environment: from April to May surface overheating does not contribute significantly to instability, while from May to July it constitutes the main factor. The most stable conditions prevail from July to August, while the synoptic disturbance passage is responsible for the significant increase of storm potential recorded in September. The circulation patterns that favor storm development are related to southwest flow which enriches air masses with moisture and advects in general positive vorticity, while the less favorable patterns are related to northwest flow, drier masses and negative vorticity advection. Some of the indices perform best at 06, others at 12 UTC, some of them during specific months, some others in a particular synoptic circulation. The differentiation between thermally and dynamically (morning or night) driven storms may reveal those indices that best express storm potential for each case. The most widely used storm classification comprises four types: singlecell, multicells, supercell storms and squall lines. Most storms fall into the first two categories, which present different characteristics in many aspects. Thus, long-lived multicells travel on the average a distance double as that traveled by short-lived singlecells. Their corresponding speeds instead have a similar distribution. When the mean wind is weak, the motion of storms can be thought of as propagation, while in strong wind conditions, storms are steered and carried along by the mean wind. Singlecells present a small deviation to the right or left of the mean wind, while multicells a greater deviation to its right only. NW and ZONAL circulation types favor long-lived storms traveling long distances and moving fast, while LW and CLOSED types favor short-lived storms traveling short distances and moving slowly. The maximum mean storm velocities are recorded in September and the minimum in July, while the commonest direction of motion is from NW to SE. Storms overcoming the orographic barriers are decelerated on the windward side and accelerated on the lee side. This flow is characterized as supercritical. The daily maximum of storm activity coincides with the time of maximum heating (12-15 UTC). The maximum of storm activity occurs in June, a secondary maximum in August, while the minimum occurs in April and September. The thermal triggering contributes exclusively to storm initiation in June, while during the transitional months the dynamic triggering is dominant. The mean lifetime of cells, which constitute another experimental unit, is increased almost monotonically from April (one hour) to September (one and a half hour), while hailfall lasts 15 minutes in April and 21 minutes in May and June, starting 20 minutes after the first storm detection. The mean length and width of hailswaths is 10-20 and 4-6 km respectively, their commonest orientation is SW to NE and their commonest shape is circular, indicating the dominance of short-lived singlecell storms. Topography plays a key role in storm development. The mountain chain Voras-Vermion-Pieria causes uplift, especially with a westerly flow. Storm development occurs on the lee side, due to convergence and the formation of a dynamic trough. This is the location where the hailfall maximum occurs, extending with two branches to the east and southeast. The maximum reflectivity and top show up 10 minutes after the first storm detection for singlecells and 30 minutes for multicells, and happens in general within the 30-50% of their lifetime. With a mean probability of 80% one can ascertain a hailfall if reflectivity and top exceed 58 dBZ and 12 km respectively and a non-hailfall if these values are less than 44 dBZ and 8.5 km. The maximum vertical storm development coincides in general with the time of their maximum intensification. Hailstorms present in general higher values of their characteristics than non-hailers. This holds true for reflectivity, top height, mass, volume, area, precipitation flux and VIL. Likewise, multicells present higher values of all those characteristics than singlecell storms. Finally, the probability of hail on the ground can be assessed with the aid of several hail metrics aloft. Such metrics are the maximum reflectivity, the height at which this is recorded, the maximum vertically integrated liquid water of the storm, the height difference between maximum top and the 0oC-isotherm or between the 45 dBZ contour and the 0oC-isotherm and the aspect ratio, that is the ratio of the vertical to horizontal extent of the storms.