Σύστημα διαχείρισης του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος με συνεκτίμηση επιδράσεων του αστικού ιστού και χρήση μεθόδων γεωπληροφορικής
Creators: name: Νίτης, Θεόδωρος Ευστρατίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Μετεωρολογία
Ατμοσφαιρικές διεργασίες
Γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών
Τηλεπισκόπηση
Meteorology
Atmospheric processes
Geographical information systems
Remote sensing

description: Οι αστικές περιοχές, μέσω της επίδρασής τους στις ιδιότητες της γήινης επιφάνειας, μπορούν να μεταβάλουν σε σημαντικό βαθμό τις μετεωρολογικές διεργασίες και την ατμοσφαιρική ροή τροποποιώντας τα φαινόμενα μεταφοράς στην ευρύτερη περιοχή τους. Μπορούν επίσης να δημιουργήσουν μεταβολές στην επιφανειακή θέρμανση, υγρασία και τραχύτητα, σε κλίμακες από μερικά έως 100 km, και να επηρεάσουν έτσι τις κυκλοφορίες μέσης κλίμακας, καθώς επίσης και τη δομή του Ατμοσφαιρικού Οριακού Στρώματος. Στο πλαίσιο των προαναφερθέντων, στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή επιχειρήθηκε η ανάπτυξη ενός Συστήματος Διαχείρισης του Ατμοσφαιρικού Περιβάλλοντος με συνεκτίμηση της επίδρασης των αστικών περιοχών και χρήση μεθόδων γεωπληροφορικής. Η δομή του συστήματος περιλαμβάνει:(α) Δημιουργία νέας έκδοσης του Μετεωρολογικού Μοντέλου Μεσοκλίμακας ΜΕΜΟ, η οποία λαμβάνει υπόψη την επίδραση των αστικών περιοχών στα τοπικά συστήματα κυκλοφορίας και αναπαράγει ακριβέστερα τα φαινόμενα μεταφοράς μέσης κλίμακας. Περιλαμβάνεται: (i) Σχήμα αφομοίωσης δεδομένων (ΣΜΕΠ - Σχήμα Μεταβολής Επιφανειακών Παραμέτρων) μέσω του οποίου εισάγονται νέα αναλυτικότερα δεδομένα που προέρχονται από επεξεργασία δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης (Έκδοση ΣΜΕΠ), (ii) Η Έκδοση ΣΜΕΠ με συνυπολογισμό ωριαίων τιμών της ροής της ανθρωπογενούς θερμότητας σε αστικές περιοχές βάσει πρότυπης μεθοδολογίας αφομοίωσης δορυφορικών δεδομένων και (iii) Η Έκδοση ΣΜΕΠ με συνυπολογισμό ωριαίων τιμών Επιφανειακής Θερμοκρασίας Θάλασσας, μέσω μονόδρομης σύζευξης του Μετεωρολογικού Μοντέλου Μεσοκλίμακας με ένα υδροδυναμικό μοντέλο πρόγνωσης θαλάσσιας κυκλοφορίας.(β) Διαχείριση και οπτικοποίηση του συνόλου των γεωχωρικών δεδομένων εισόδου και των αποτελεσμάτων του μοντέλου, μέσω διαδικτυακής εφαρμογής Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών.Για την επικύρωση του συστήματος, επιλέχθηκαν ως περιοχές μελέτης η Ευρύτερη Περιοχή της Αθήνας και του Παρισιού, όπου έγινε εφαρμογή του για τρεις διαφορετικές μετεωρολογικές περιόδους. Η επιλογή των περιοχών βασίστηκε στα διαφορετικά γεωμορφολογικά τους χαρακτηριστικά και αποσκοπούσε στην πληρέστερη αξιολόγηση της Έκδοσης ΣΜΕΠ του μοντέλου, βασική συνιστώσα του Συστήματος Διαχείρισης του Ατμοσφαιρικού Περιβάλλοντος. Η στατιστική αξιολόγηση της Έκδοσης ΣΜΕΠ έδειξε βελτίωση των αποτελεσμάτων του μοντέλου σε σχέση με την Αρχική Έκδοση. Επιπρόσθετα, εξετάστηκαν οι μεταβολές που επιφέρει στα μετεωρολογικά πεδία η συνεκτίμηση της ωριαίας μεταβολής της ανθρωπογενούς θερμότητας και της επιφανειακής θερμοκρασίας θάλασσας. Αναπτύχθηκαν επίσης και εφαρμόστηκαν σενάρια όσον αφορά στην επίδραση της χωρικής μεταβολής των αστικών περιοχών στο ροϊκό πεδίο. Η μελέτη των μετεωρολογικών πεδίων που προέκυψαν επιβεβαίωσε το σημαντικό ρόλο που διαδραματίζουν οι αστικές ζώνες και τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της ευρύτερης περιοχής μελέτης στα φαινόμενα μεταφοράς στη μεσοκλίμακα. Το σύνολο της χωρικής πληροφορίας (δεδομένα εισόδου και αποτελέσματα) οπτικοποιήθηκε μέσω διαδικτυακής εφαρμογής Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφορίων που αναπτύχθηκε για το σκοπό αυτό. Η συγκεκριμένη εφαρμογή διευκολύνει τη διαχείριση της ογκώδους γεωβάσης που προέκυψε, ενώ παράλληλα επιτρέπει σε απεριόριστο αριθμό χρηστών την πρόσβαση μέσω ενός απλού περιηγητή διαδικτύου. Τέλος, προτείνονται συγκεκριμένες δράσεις για περαιτέρω έρευνα.
description: Urban development directly transforms large areas of the earth surface. Urban areas can have a significant impact on the meteorological processes and the air flow by modifying the transport phenomena in local and regional scale. They could also induce anomalies in surface heating, moisture availability and surface roughness, in distances from several to 100 km, which affect mesoscale circulations and the structure of the Atmospheric Boundary Layer. In the framework of this Ph.D. thesis an Atmospheric Environment Management System has been developed by co-estimating the influence of urban fabric and use of geoinformatics. The structure of the system includes:(a) A new version of the Meteorological Mesoscale Model MEMO which takes into account the influence of urban areas in local circulation systems and reproduces in an accurate way the mesoscale transport phenomena. For this purpose, the following are implemented: (i) Data assimilation scheme (Surface Parameters Modification Scheme - SPMS) including more detailed and accurate data, acquired by high-resolution satellite images processing (SPMS Version), (ii) SPMS Version by co-estimating hourly anthropogenic heat fluxes based on standard methodology of satellite data assimilation and (iii) SPMS Version by co-estimating hourly sea surface temperature values through one way coupling between MEMO model and an ocean general circulation model.(b) Management and visualization of the geospatial datasets and model results via a web Geographical Information System application.The Greater Areas of Athens and Paris were selected as case studies for validating the system during three meteorological periods. The selection of these sites was based on their different geomorphological characteristics and aimed at the most effective evaluation of the SPMS Version, the main component of the Atmospheric Environment Management System. The results of the statistical evaluation showed improvement of the model results compared to the original version. Additionally, the impact of temporal (hourly) variation of anthropogenic heat and sea surface temperature on meteorological fields was assessed. Scenarios have also been developed and applied regarding the spatial extent of urban areas. The impact on the flow field has been assessed and the results confirmed the important role of urban areas and the geomorphological characteristics of the study area in mesoscale transport phenomena.The whole spatial information (input data and results) can be visualized via a webGIS application developed for this purpose. This application facilitates the management of the huge geodatabase, allowing an unlimited number of users to have access via a simple web browser. Finally, specific actions are proposed for further research.