Δευτέρα, 21 Μαΐου 2012

Δείκτες Επικινδυνότητας Καιρού (Severe Weather Indices) - Καλοκαίρι

Κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου του έτους το καιρικό ενδιαφέρον περιστρέφεται μοιραία γύρω από την εκδήλωση ισχυρών και πολλές φορές βίαιων καταιγίδων. Φαινόμενα τα οποία μπορεί να χαρακτηρίζονται από μικρή χρονική διάρκεια, ωστόσο μπορεί να συνοδεύονται από εξαιρετικά μεγάλα ύψη υετού, εκτεταμμένη ηλεκτρική δραστηριότητα και θυελλώδεις ανέμους. Κατά συνέπεια, η έγκαιρη και έγκυρη πρόγνωση τους αποτελεί ένα τομέα της Μετεωρολογίας με εξαιρετικά μεγάλο ενδιαφέρον και σημασία. Αντικείμενο λοιπόν του συγκεκριμένου άρθρου είναι η παρουσίαση ορισμένων εξειδικευμένων δεικτών που χρησιμοποιούνται με στόχο την πρόβλεψη της εκδήλωσης καταιγίδων.

Μία καλοκαιρινή καταιγίδα μπορεί να σχηματιστεί σε λιγότερο από 20 min και να επιφέρει καταστρεπτικές συνέπειες. Τέτοιες καταιγίδες μπορεί να συνοδεύονται από ισχυρή χαλαζόπτωση ή βροχόπτωση, εξαιρετικά επικίνδυνα ηλεκτρικά φαινόμενα (κεραυνοί), θυελλώδεις ανέμους, και σε ορισμένες περιπτώσεις ανεμοστρόβιλους. Η μελέτη της ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια εκδήλωσης τέτοιων φαινομένων παρακίνησε τους Μετεωρολόγους να αναπτύξουν συγκεκριμένες παραμέτρους που να υποδεικνύουν το κατά πόσο οι ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι ευνοϊκές για την εκδήλωση επικίνδυνων και βίαων καταιγίδων. Οι παράμετροι αυτοί είτε περιγράφουν το βαθμό αστάθειας της ατμόσφαιρας, είτε εκφράζουν την πιθάνοτητα εκδήλωσης θερμικών καταιγίδων. Ψυχρός αέρας ψηλά στην ατμόσφαιρα, θερμός αέρας στα κατώτερα στρώματα και άφθονη υγρασία, όλα αυτά συνεισφέρουν στην διαμόρφωση εξαιρετικά ασταθών συνθηκών στην ατμόσφαιρα. Από την άλλη, η κατακόρυφη διάτμηση του ανέμου, δηλαδή η μεταβολή της διεύθυνσης του καθ' ύψος, μπορεί να επηρεάσει με καταλυτικό τρόπο την ένταση μιας αναπτυσσόμενης καταιγίδας. Από τη στιγμή λοιπόν που τα αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης καιρού έχουν τη δυνατότηα να προβλέψουν αυτές τις παραμέτρους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης για την πρόγνωση της ατμοσφαιρικής αστάθειας. Οι παράμετροι που παρουσιάζονται παρακάτω αποτελούν ορισμένους από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους δείκτες επικινδυνότητας καιρού (severe weather indices).

(1) Lifted Index (LI)
Υπολογίζεται ως η διαφορά της θερμοκρασίας στα 500 hPa μείον τη θερμοκρασία που θα είχε ένα πακέτο αέρα εάν ανέβαινε έως το ύψος συμπύκνωσης (lifted condensation level) ακολουθώντας την ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα και στη συνέχεια ανερχόταν στο επίπεδο των 500 hPa ακολουθώντας την υγρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα. Μονάδα μέτρησης του LI είναι ο βαθμός Κελσίου.
Ο LI παρέχει ένα μέτρο του βαθμού αστάθειας της ατμόσφαιρας εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στα 500 hPa και της θερμοκρασίας που θα είχε ένα πακέτο αέρα ανερχόμενο από την επιφάνεια εώς τη συγκεκριμένη ισοβαρική επιφάνεια. Είναι γνωστό πως ένα πακέτο αέρα κινείται ανοδικά όταν είναι θερμότερο από τον περιβάλλοντα ατμοσφαιρικό αέρα. Όταν ένα πακέτο αέρα εξαναγκάζεται να κινηθεί ανοδικά, τότε αποκτά κατακόρυφη ταχύτητα. Η εξαναγκασμένη αυτή κίνηση μπορεί να είναι το απότελεσμα ενός επιφανειακού μετώπου ή αυλώνα, ενός ορογραφικού στοιχείου (π.χ. βουνό), μίας κύμανσης μικρού μήκους κύματος της ανώτερης ατμόσφαιρας, ή θέρμανσης της επιφάνειας (θερμική αστάθεια).
Αρνητικές τιμές του LI υποδεικνύουν την πιθανότητας εκδήλωσης καταιγίδων, ενώ όταν οι τιμές του είναι μικρότερες από -8 oC τότε η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται ως εξαιρετικά ασταθής και η πιθανότητα εκδήλωσης ισχυρών καταιγίδων είναι αυξημένη. Οι τρεις βασικές παράμετροι που συνεισφέρουν σε μια πολύ χαμηλή τιμή του LI είναι η παρουσία ψυχρού αέρα στην ανώτερη ατμόσφαρια, η χαμηλή υγρασία στα κατώτερα στρώματα και η υψηλή θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους.

(2) Showalter Index (SWI)
Υπολογίζεται ως η διαφορά θερμοκρασίας στα 500 hPa μείον τη θερμοκρασία που θα είχε ένα πακέτο αέρα εάν ανέβαινε ξηρά αδιαβατικά από το επίπεδο των 850 hPa έως το ύψος συμπύκνωσης και από εκεί υγρά αδιαβατικά έως την ισοβαρική επιφάνεια των 500 hPa. Μονάδα μέτρησης του SWI είναι ο βαθμός Κελσίου.
Ο SWI έχει αρκετές ομοιότητες με τον LI. Αποτελεί και αυτός μέτρο της αστάθειας της ατμόσφαιρας εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στα 500 hPa και της θερμοκρασίας που θα είχε ένα πακέτο αέρα εφόσον ανερχόταν από τα 850 στα 500 hPa. Χρησιμοποιείται συχνότερα όταν το επίπεδο των 850 hPa θεωρείτε πιο αντιπροσωπευτικό της ατμοσφαιρικής αστάθειας, όπως για παράδειγμα όταν η θερμοκρασία του εδάφους είναι σχετικά χαμηλή.
Τιμές του SWI μικρότερες των 3 oC δηλώνουν την πιθανότητα ισχυρών βροχοπτώσεων, ενώ όταν ο SWI<-3 οC τότε υπάρχει σημαντική πιθανότητα εκδήλωσης ισχυρών θερμικών καταιγίδων.

(3) Total Totals Index (TTI)
Υπολογίζεται ως το άθροισμα του σημείου δρόσου και της θερμοκρασίας στα 850 hPa μείον το διπλάσιο της θερμοκρασίας στα 500 hPa. Μονάδα μέτρησης του ΤΤΙ είναι ο βαθμός Κελσίου.
Ο TTI αποτελεί μέτρο της ατμοσφαιρικής αστάθειας και ουσιαστικά συντίθεται από δύο επιμέρους δείκτες: τον cross total (CT) και τον vertical total (VT). Ο CT εκφράζει το μέγεθος της άνωσης ενός πακέτου αέρα εξαιτίας του λιγότερου πυκνού, υγρού αέρα στα κατώτερα στρώματα. Ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ του σημείου δρόσου στα 850 hPa και της θερμοκρασίας στα 500 hPa. Ο VT αποτελεί μέτρο της άνωσης ενός πακέτου αέρα εξαιτίας του θερμότερου αέρα στα κατώτερα στρώματα. Υπολογίζεται αφαιρώντας τη θερμοκρασία στα 500 hPa από την αντίστοιχη στα 850 hPa. Ο VT λαμβάνει υπόψη του τις θερμοκρασιακές διαφορές, ενώ ο CT συμπεριλαμβάνει την επίδραση της υγρασίας.
Τιμές του ΤΤΙ μεγαλύτερες των 44 oC αποτελούν ένδειξη εκδήλωσης καταιγίδων. Όταν ο ΤΤΙ>50 oC υπάρχει αυξημένη πιθανότητα εκδήλωσης ισχυρών καταιγίδων, ενώ όταν ο ΤΤΙ>55 oC τότε η πιθανότητα για ισχυρές καταιγίδες είναι μεγάλη. Υψηλές τιμές του ΤΤΙ επιτυγχάνονται όταν η θερμοκρασία και το σημείου δρόσου στα 850 hPa έχουν σημαντικά υψηλότερες τιμές από τη θερμοκρασία στα 500 hPa.

(4) Κ Index
Υπολογίζεται ως το άθροισμα του σημείου δρόσου και της θερμοκασίας στα 850 hPa μείον τη θερμοκρασία στα 500 hPa, μείον τη διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας και του σημείου δρόσου στα 700 hPa. Μονάδα μέτρησης του Κ είναι ο βαθμός Κελσίου.
Ο Κ χρησιμοποιείται συνηθέστερα για την πρόγνωση καταιγίδων που προκαλούνται από τη σύγκρουση αερίων μαζών με διαφορετικά χαρακτηριστικά ή καταιγίδων που η εκδήλωση τους δε σχετίζεται με δυναμικά αίτια (π.χ. ορογραφική ανύψωση).
Τιμές του Κ μικρότερες των 15 oC υποδεικνύουν μηδενική πιθανότητα εκδήλωσης καταιγίδων, εών όταν ο Κ κυμαίνεται μεταξύ 15 και 20 oC η πιθανότητα αυτή είναι μεταξύ 0-20%. Στην περίπτωση που ο Κ είναι μεγαλύτερος των 21 oC και μικρότερος των 25 oC η πιθανότητα εκδήλωσης καταιγίδων είναι 20-40%. Η πιθανότητα εκδήλωσης καταιγίδων αυξάνεται σε 40-60% όταν 26<Κ<30 oC. Για τιμές του Κ μεταξύ 31 και 35 oC ή 36 και 40 oC η πιθανότητα καταιγίδων είναι 60-80% ή 80-90% αντίστοιχα. Τέλος, όταν ο Κ>41 oC η εκδήλωση καταιγίδων πρέπει να θεωρείται σχεδόν βέβαιη.

(5) Convective Available Potential Energy (CAPE)
Ορίζεται ως η δυναμική ενέργεια που θα αποκτούσε ένα πακέτο αέρα ανερχόμενο κατά ορισμένη απόσταση μέσα στην ατμόσφαιρα. Μονάδα μέτρησης του CAPE είναι το 1 J/kg.
Ο CAPE αποτελεί δείκτη ατμοσφαιρικής αστάθειας, εκφράζοντας το ποσό της θετικής άνωσης που χαρακτηρίζει ένα ορισμένο πακέτο αέρα. Μεγαλύτερες τιμές του CAPE υποδεικνύουν μεγαλύτερη ευκόλια στις κατακόρυφες κινήσεις, άρα μεγαλύτερη αστάθεια.
Τιμές του CAPE μικρότερες των 1000 J/kg υποδεικνύουν συνθήκες ασθενούς θερμικής αστάθειας, ενώ όταν ο CAPE είναι μεταξύ 1000 και 2500 J/kg η θερμική αστάθεια αυξάνεται. Όταν ο CAPE>2500 J/kg τότε επικρατούν συνθήκες ισχυρής θερμικής αστάθειας.

(6) Convective Inhibition (CIN)
Ορίζεται ως το ποσό της ενέργειας που απαιτείται ώστε ένα πακέτο αέρα να κατορθώσει να ξεπεράσει την αρνητική άνωση που τυχόν δημιουργείται από τις επικρατούσες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Μονάδα μέτρησης του είναι το 1 J/kg.
Ο CIN μπορεί να θεωρηθει ότι αποτελεί μέτρο του πόσο απίθανο είναι να αναπτυχθεί μία καταιγίδα ή της ενέργειας που απαιτείται για να αναπτυχθεί μία καταιγίδα.
Τιμές του CIN μικρότερες των 15 J/kg συνδέονται με την εμφάνιση νεφών cumulus καλοκαιρίας (fair weather cumulus). Όταν ο CIN λαμβάνει τιμές μεγαλύτερες από 15 και μικρότερες από 50 J/kg, τότε υπάρχει πιθανότητα σχηματισμού μεμονωμένων καταιγίδων. Όταν 50>200 J/kg δεν είναι πιθανός ο σχηματισμός καταιγίδων.>

Αξίζει τέλος να αναφερθεί πως οι δείκτες LI και SWI υπολογίζονται με βάση τα τεφιγράμματα (skew-T plots).

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος (thgian82)

Πηγή:http://www.meteoclub.gr/

Δεν υπάρχουν σχόλια: