Κυριακή 7 Οκτωβρίου 2012

Ατμοσφαιρικες τηλεσυνδεσεις και δεικτες. Ελ Νινιο, ΝΑΟ, ΑΟ, ΑΜΟ, MJO, κλπ....

Ατμοσφαιρικες τηλεσυνδεσεις και δεικτες.




 Συνελεξα μερικα στατιστικα περι των τιμων διαφορων ατμοσφαιρικων δεικτων ανα μηνα ανα ετος, απο το 1950 εως σημερα για τους χειμερινους μηνες μαζι και τον Μαρτιο.
 Προς το παρον, δεν ασχοληθηκα με το να αναζητησω τυχον συσχετισεις μεταξυ των τιμων των δεικτων αυτων σε σχεση με τους χειμωνες στην Ελλαδα (αναφερομενοι ως προς τις χιονοπτωσεις/κρυα παντα βεβαια) για 2 λογους. Και επειδη το εγχειρημα αυτο ειναι αρκετα πολυπλοκο και χρονοβορο καθως υπαρχουν εκατονταδες τεχνικες αναλυσης που μπορει να χρησιμοποιησει καποιος και δεν ξερω ακομα ποιες ειναι οι καλυτερες ή ποιες ειναι οι καταλληλοτερες για τουτο το θεμα, αλλά και επειδη τα δεδομενα που επρεπε να επεξεργαστω ηταν οχι η μεση τιμη του εκαστοτε δεικτη ανα μηνα αλλά η τιμη του ανα ημερα(εαν ειναι υπαρκτη) και ετσι το πληθος των δεδομενων που πρεπει να υποστουν επεξεργασια γινεται συντριπτικα μεγαλυτερο(30 φορες περιπου μεγαλυτερο προφανως). Πιθανοτατα ομως καποια στιγμη θα προβω σε τουτο το εγχειρημα χρονικης αναλυσης των δεικτων και ευρεσης ισχυρων/ασθενων κλπ συσχετισεων καποιων ή ολων με τις χιονοπτωσεις ή και τα κρυα στην Ελλαδα και μαλιστα καλο θα ηταν να χωριστει η Ελλαδα στα 2 για αυτο, γιατι χιονοπτωσεις στην βορεια Ελλαδα πιθανοτατα σημαινει βροχες στην νότια, ενω χιονοπτωσεις στην νότια δεν συνεπαγονται απαραιτητως και χιονοπτωσεις στην βορεια οποτε ειναι 2 οι χωρικες περιοχες που πρεπει να συσχετισθουν.

 Να πουμε σε αυτο το σημειο οτι η εννοια των λεγομενων ατμοσφαιρικων ταλαντωσεων(atmospheric oscillations) ξεκινησε γυρω στο 1870 οταν και αρχισαν μελετες για τους Ασιατικους μουσωνες. Λογω των επιπτωσεων που εφερε η λεγομενη Μεγαλη ξηρασια στην Ινδια το 1877 δημιουργηθηκε μετεωρολογικο τμημα στην Ινδια για να εξετασει εαν μπορουσαν να προβλεφθουν οι εποχιακοι μουσωνες. Αρχικα προσπαθησαν να δημιουργησουν συνδεση τους με την ηλιακη δραστηριοτητα αλλά τελικως δεν ειχε επιτυχια η προσπαθεια.
 Τελικως παρολο που δεν βρεθηκε με επιτυχια συνδεση των μουσωνων με κατι ωστε να μπορει να χρησιμοποιηθει για την προβλεψη τους, με μελετες της πιεσης ανακαλυφθηκαν για πρωτη φορα ατμοσφαιρικες ταλαντωσεις, δηλαδη διάφορες μεταβλητες επαιρναν καποιες τιμες που ειχαν καποια περιοδικοτητα. Μαλιστα ευρεθει μια ατμοσφαιρικη ταλαντωση της ατμοσφαιρικης πιεσης στον Ειρηνικο ωκεανο με συμπεριφορα "τραμπαλας", η οποια ονομαστηκε Νότια ταλαντωση(Southern Oscillation(SO)).

Ολοι οι δεικτες ΝΑΟ, ΑΟ, MJO, κλπ αναφερονται και οριζουν καποια χαρακτηριστικα στις αντιστοιχα ονομαζομενες ατμοσφαιρικες ταλαντωσεις.
 Οι ατμοσφαιρικες τηλεσυνδεσεις(teleconnections) απο την αλλη, ειναι ενας ορος που χρησιμοποιειται για να περιγραψει την αλληλοσυσχετιση των ατμοσφαιρικων ταλαντωσεων μεταξυ τους, ειτε αμεση, ειτε εμμεση, καθως και την συσχετιση τους με την ατμοσφαιρικη κυκλοφορια και την θερμοκρασια των θαλασσων. Πχ πολυ θετικος ΝΑΟ τον χειμωνα(>2), συνηθως σημαινει ζεστους και υγρους χειμωνες στην Δυτικη Ευρωπη.
Τετοιες συσχετισεις φαινομενων στην γη ηταν γνωστες απο πολυ παλια, πχ ηταν γνωστο οτι ξηρασια στην Ινδια σημαινε τις περισσοτερες φορες και ξηρασια στην Νοτια Αφρικη ή πχ οι βροχοπτωσεις στην βορειοανατολικη Βραζιλιδα συνδεονται αμεσα με ισχυρη και στατιστικως σημαντικη συνδεση με τις θερμοκρασιες του ανατολικου Ειρηνικου στην τροπικη ζωνη.

 Οι δεικτες αυτοι μπορουν να χρησιμοποιηθουν για την προβλεψη της συνοπτικης(δηλαδη οχι λεπτομερειακης) κυκλοφοριας. Για να βρουμε δηλαδη την γενικη κατασταση της κυκλοφοριας σε διαστηματα πχ μισου μηνα, δηλαδη για τον επομενο μηνα, για τον μεθεπομενο, κλπ, και φυσικα δεν μπορουν να προβλεψουν τα χαρακτηριστικα του καιρου αναλυτικα για μικρα χρονικα διαστηματα πχ τι καιρο θα κανει σε μια εβδομαδα.
 Η σωστη αναγνωση των δεικτων γινεται οχι απλως κοιτωντας εναν απο αυτους αλλά κοιτωντας συνδιασμους αυτων διοτι υπαρχουν οι αλληλεπιδρασεις(teleconnections) μεταξυ τους. Φυσικα δεν ξερουμε ακριβως τις αλληλεπιδρασεις μεταξυ τους και ειμαστε ετη φωτος μακρια απο αυτο το σημειο, αλλά γνωριζουμε αρκετα πραγματα. Γνωριζουμε δηλαδη αρκετες "γραμμικες σχεσεις" δεικτων και συνδιασμων δεικτων με το τι κυκλοφορια θα εχουμε σε πολλα σημεια της γης, παροτι βεβαια ειμαστε οπως προανεφερα ετη φωτος απο το να γνωριζουμε περιπλοκες συσχετισεις μεταξυ αυτων και τις συνεπειες τους στην γενικη κυκλοφορια. Γιατι εκει εμπλεκονται μαθηματικα χωροχρονικης χαοτικης φυσης και οχι απλως χρονικης χαοτικης, που ακομα βρισκονται σε πρωταρχικο σταδιο.


 Αρχικως θα ορισουμε εδω μερικους βασικους ατμοσφαιρικους δεικτες που θα χρησιμοποιησουμε.

 •ΝΑΟ(North Atlantic Oscillation): Το φαινομενο ΝΑΟ(βορειοΑτλαντικη ταλαντωση) ειναι μια ατμοσφαιρικη τηλεσυνδεση οπου συνδεεονται οι υψηλες ατμοσφαιρικες πιεσεις στον ευρυτερο χωρο των Αζορων με τις χαμηλες πιεσεις στον ευρυτερο χωρο της Ισλανδιας. Ενω ο δεικτης ΝΑΟ οριζεται ειτε ως η διαφορά επιφανειακης ατμοσφαιρικης πιεσης ενος μετεωρολογικου σταθμου τοποθετημενου στο κεντρο δρασης του υψηλου στις Αζορες, με την επιφανειακη ατμοσφαιρικη πιεση ενος αλλου μετεωρολογικου σταθμου τοποθετημενου στο κεντρο δρασης του χαμηλου στην ευρυτερη περιοχη της Ισλανδιας, ειτε ως η χρονοσειρα της κυριας εμπειρικης ορθογωνιας συναρτησης(EOF) των αποκλισεων της επιφανειακης ατμοσφαιρικης πιεσης στον χωρο του Ατλαντικου μεταξυ 20° Ν εως 80° Ν και 90° W εως 40° Ε.
 Θετικες τιμες του δεικτη ΝΑΟ υποδεικνυουν θετικη φαση του ΝΑΟ και υψηλοτερες απο το κανονικο πιεσεις στον ευρυτερο χωρο των Αζορων και βαθυτερο χαμηλο(χαμηλοτερες πιεσεις) απο το κανονικο στον ευρυτερο χωρο της Ισλανδιας. Αρνητικες τιμες του δεικτη του ΝΑΟ αντιστοιχα υποδεικνυουν αρνητικη φαση του ΝΑΟ και χαμηλοτερες απο το κανονικο πιεσεις στον ευρυτερο χωρο των Αζορων και πιο ασθενες χαμηλο(υψηλοτερες του κανονικου πιεσεις) απο το κανονικο στον ευρυτερο χωρο της Ισλανδιας.

 Ο δεικτης ΝΑΟ εχει κυριως σημαντικες μεταβολες και αυξομειωσεις τον χειμωνα(Δεκεμβρη εως και Μαρτιο). Ετσι λοιπον σε αυτο το διαστημα κυριως, οι θετικες τιμες του δεικτη ΝΑΟ σημαινουν μια σχετικα εντονη ζωνικη κυκλοφορια και επικρατηση της κυριαρχης δυτικης κυκλοφοριας και ανεμων, και θετικες τιμες εχουν ως σαφεις επιπτωσεις την μεταφορα θερμων και υγρων αεριων μαζων στην δυτικη και βορειοδυτικη Ευρωπη επιφεροντας ηπιο και υγρο καιρο και ηπιους και υγρους χειμωνες. Αντιθετως αρνητικες τιμες του δεικτη ευνοουν την μεταφορα ψυχρων μαζων απο τους πολους και επιφερουν ψυχρους χειμωνες στην δυτικη και βορειοδυτικη κυριως Ευρωπη αλλά συνδεονται και με σχετικα ξηροτερο καιρο. Οι παραπανω τηλεσυνδεσεις, οι συσχετισεις δηλαδη του ΝΑΟ με τον καιρο της δυτικης και βορειοδυτικης Ευρωπης, ειναι εξακριβωμενες και πολυ ισχυρες και στατιστικως σημαντικες μαλιστα, δηλαδη θετικος ΝΑΟ επιφερει σχεδον παντα, γενικα υγρο και θερμο καιρο στην βορειοδυτικη και δυτικη Ευρωπη, ενω αρνητικος ΝΑΟ συνδεεται με πιο ψυχρο καιρο και πιο ξηρο ταυτοχρονα(οχι ξηρο βεβαια, δεν πρεπει να παρερμηνευθει αυτο, μιλαμε παντα για σχετικες τιμες, πιο ξηρο σε σχεση με τις μεσες τιμες δηλαδη--αντιστοιχα για την εκφραση που αναφερθηκαμε πιο πριν δηλαδη "φερνει υγρο καιρο").

  Συγκεκριμενα τωρα για την Ελλαδα, οι νεοτερες υπαρχουσες ερευνες δεν δειχνουν καμια στατιστικως σημαντικη επιρροη και συσχετιση των χειμωνων σε σχεση με τις τιμες του δεικτη ΝΑΟ. Πχ, πιο συγκεκριμενα συμφωνα με τις νεοτερες μελετες, η αναλυση υετου καθως και των θερμοκρασιων για τους χειμωνες απο το 1950 εως το 2005, εχει δειξει μη στατιστικως σημαντικη(σχεδον μηδεν μαλιστα) συσχετιση θερμοκρασιων στην Ελλαδα με τον δεικτη ΝΑΟ, παροτι οι ενδειξεις(μη στατιστικως σημαντικες ενδειξεις βεβαια-και αυτο σημαινει οτι μπορει και να οφειλονται σε τυχη/συμπτωση) συσχετιζουν θετικες τιμες του δεικτη ΝΑΟ με αρνητικες αποκλισεις θερμοκρασιων δηλαδη λιγο χαμηλοτερες θερμοκρασιες απο τις κανονικες τιμες, ενω αντιθετα αρνητικες τιμες του δεικτη ΝΑΟ συσχετιζονται με θετικες αποκλισεις θερμοκρασιων δηλαδη λιγο υψηλοτερες θερμοκρασιες απο τις κανονικες τιμες, αλλά οπως ειπαμε τα αποτελεσματα δεν ειναι στατιστικως σημαντικα(α<0.05), ενω για την περιπτωση του υετου στην Ελλαδα τον χειμωνα, παροτι η συσχετιση με τον δεικτη ΝΑΟ ειναι μεγαλυτερη και παλι δεν ειναι στατιστικως σημαντικη, ομως τα δεδομενα(εστω και στατιστικως ασημαντα(α<0.05)) λενε οτι θετικες τιμες του δεικτη ΝΑΟ σημαινουν αρκετα λιγοτερες ποσοτητες υετου στην Ελλαδα, ενω οι αρνητικες τιμες σημαινουν περισσοτερες ποσοτητες υετου στην Ελλαδα, παροτι οπως ειπαμε τα συμπερασματα αυτα ειναι στατιστικως μη σημαντικα(α<0.05) και ειναι πιθανον να οφειλονται σε συμπτωσεις. Βεβαια, παλαιοτερες μελετες εδειχναν στατιστικως σημαντικη συσχετιση αν και οχι ισχυρη, των θερμοκρασιων σε σχεση με τον ΝΑΟ καθως και του υετου και για την Ελλαδα, αλλά αυτες ηταν για ολο το ετος οποτε δεν μπορουμε να ειμαστε σιγουροι και να βγαλουμε κανενα συμπερασμα για τον χειμωνα αλλά το τοπιο γενικα δεν ειναι και τελειως σαφες και χρειαζονται περαιτερω ερευνες για το θεμα περι της Ελλαδας αλλά και γενικοτερα.

 Αντιθετα η επιρροη/συσχετιση του δεικτη του ΝΑΟ με την Μεσογειο γενικοτερα ειναι στατιστικως σημαντικη και ισχυρη για την περιπτωση του υετου. Ετσι αρνητικος ΝΑΟ συσχετιζεται ισχυρα, με θετικες αποκλισεις του υετου για ολη την βορεια Μεσογειο και ειδικα την δυτικη. Με απλα λογια αρνητικος ΝΑΟ σημαινει αυξηση των βροχοπτωσεων και του υετου γενικοτερα στην βορεια αλλά και στην δυτικη Μεσογειο ακομα πιο πολυ. Πχ ενω η συσχετιση βορειας Ιταλιας και ΝΑΟ στο θεμα του υετου(για τον χειμωνα μαζι με Μαρτιο μιλαμε παντα) ειναι στατιστικως σημαντικη και ισχυρη, για την κεντρικη και νότια Ιταλια η συσχετιση ειναι πολυ ασθενεστερη και στατιστικως μη σημαντικη.
  Ακομα βεβαια χρειαζονται πολλες ερευνες στο να κατασταλαξουμε για την πληρη διελευκανση της φυσης της επιρροης του ΝΑΟ σε ολη την Μεσογειο καθως και σε μεμονωμενες περιοχες/χωρες.


 •ΑΟ(Arctic Oscillation): Η Αρκτικη ταλαντωση(ΑΟ) ειναι μια ταλαντωση που αναφερεται σε ακριβως παρομοιο φαινομενο με το φαινομενο ΝΑΟ, αλλά σε διαφορετικη περιοχη και ο δεικτης του φαινομενου ΑΟ υπολογιζεται συγκρινοντας την διαφορά της πιεσης του Βορειου Πολου με αυτη στα γεωγραφικα πλατη των 45° Ν σε σχεση με τους μεσους ορους τους. Και εδω η μετρηθεισα διαφορά των καταστασεων της πιεσης χρησιμοποιειται για να βγει ενας δεικτης που δειχνει την φαση της ταλαντωσης και παιρνει θετικες τιμες οταν αυξημενες τιμες πιεσης σε σχεση με τον μεσο ορο υπαρχουν στις 45° Ν ενω μικροτερες απο το κανονικο στον Β.Πολο. Ενω αντιστοιχα παιρνει αρνητικες τιμες οταν αυξημενες τιμες πιεσης σε σχεση με τον μ.ο υπαρχουν στον Β.Πολο ενω μικροτερες απο το κανονικο στις 45° Ν. Και εδω προφανως ισχυει οτι οσο μεγαλυτερη ειναι η διαφορά της πιεσης τοσο μεγαλυτερος(ή μικροτερος για αρνητικο ΑΟ) γινεται ο ΑΟ.

 Στο ΝΟΑΑ πχ, ο υπολογισμος του δεικτη ΑΟ εχει σαν σκελετο την συγκριση των καταστασεων της διαφοράς επιφανειακης πιεσης του Βορειου Πολου απο τον μεσο ορου του, με την διαφορά επιφανειακων πιεσεων των μικροτερων γεωγραφικων πλατων απο τον δικο τους μεσο ορο. Ουσιαστικα και περιληπτικα συγκρινει τις διαφορές επιφανειακων πιεσεων απο τον μεσο ορο για 2 περιοχες, Β.Πολο και χαμηλοτερα γεωγραφικα πλατη, και καθε κατασταση που προκυπτει συγκρινεται με τον μεσο ορο των καταστασεων οσον αφορα την πιεση στις 2 αυτες περιοχες και αντιστοιχειται μεσω αυτης της συγκρισης ενα νουμερο.

 Οπως μπορουμε να δουμε βεβαια απο τα διαγραμματα χρονοσειρων του ΑΟ και του ΝΑΟ, οι 2 δεικτες εχουν ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ μεγαλη αλληλοσυνδεση και οταν πεφτει ο ενας σχεδον ταυτοχρονα ή μετα απο λιγο πεφτει και ο αλλος και παρομοια οταν ανεβαινει ο ενας ανεβαινει και ο αλλος.
 Στατιστικως η συσχετιση τους ειναι ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ μεγαλη τοσο που πιστευουμε οτι σαφεστατα αποτελουν δεικτες του ιδιου φαινομενου/της ιδιας ταλαντωσης. Υπαρχει, να πουμε σε αυτο το σημειο, ακομα και τωρα μια μεγαλη ασαφεια και σκοταδι περι του εαν ο δεικτης ΝΑΟ και ο δεικτης ΑΟ, και τα αντιστοιχα φαινομενα/ταλαντωσεις που αντιπροσωπευουν, εαν λοιπον, ειναι το ιδιο ακριβως πραγμα και αναφερονται και οι 2 δεικτες στο ιδιο φαινομενο/ταλαντωση και απλως αποτελουν διαφορετικες μεταφρασεις θα λεγαμε του ιδιου φαινομενου. Ακομα δεν εχουμε εξακριβωσει εαν ισχυει αυτο, εαν δηλαδη ο ΝΑΟ και ο ΑΟ αναφερονται στο ιδιο φαινομενο και αρα δεν υπαρχει ουσιαστικη διαφορά μεταξυ τους ή εαν αποτελουν ξεχωριστες ταλαντωσεις/φαινομενα ή διαφορετικα τμηματα μια γενικης ταλαντωσης. Μια προσφατη ερευνα μαλιστα φερνει ολοενα και πιο κοντα την πιθανοτητα να ισχυει το πρωτο πραγμα, δηλαδη ο ΝΑΟ και ο ΑΟ να αντιπροσωπευουν το ιδιο φαινομενο και απλως να αποτελουν διαφορετικες μεταφρασεις/αποτυπωσεις του, χωρις ομως να εχουν καμια ουσιαστικη διαφορά.

 Για του λογου το αληθες ιδου η μεση τιμη του καθε δεικτη για τους Δεκεμβριους απο το 1950 εως το 2011. Η συσχετιση τους ειναι παρα παρα πολυ μεγαλη. Οταν αυξανει ο ενας αυξανει και ο αλλος και οταν πεφτει ο ενας πεφτει και ο αλλος με ελαχιστες εξαιρεσεις. Παρομοια ισχυουν φυσικα και για τους αλλους μηνες.
 

 

 •PDO(Pacific Decadal Oscillation): Η δεκαετης ταλαντωση του Ειρηνικου ωκεανου ειναι μια ταλαντωση πολυ σημαντικη επισης και ο δεικτης της προκυπτει μετρωντας τις μηνιαιες αποκλισεις της θερμοκρασιας της θαλασσας απο τον μεσο ορο στα βορεια των 20° Ν στον Ειρηνικο ωκεανο. Μπορει να περιγραφει σαν ενας ενας 20ετης με 30ετης κυκλος. Γινεται θετικος ο δεικτης του PDO οταν οι μετρησεις της αποκλισης της θερμοκρασιας στα βορειοδυτικα του Ειρηνικου ειναι αρνητικες και οι ιδιες μετρησεις στα ανατολικα των τροπικων περιοχων του Ειρηνικου ειναι θετικες, ενω γινεται αρνητικος στην αντιστροφη περιπτωση.


 •MJO(Madden-Jullian Oscillation): Η ταλαντωση Μαντεν-Τζουλιαν ειναι μια αυθεντικη ταλαντωση με την εννοια οτι εχει ενα σχεδον εξακριβωμενο κυκλο 60 με 90 ημερων. Θεωρειται οτι παιζει σημαντικο ρολο στην διακυμανση του υετου. Ενω εχει βρεθει και ισχυρη σχεση μεταξυ της ισχυος των τυφωνων με τον δεικτη του MJO και οτι οι τυφωνες ειναι 6 φορες πιο πιθανοι να συμβουν οταν ο δεικτης ειναι σε πτωση.


 •QBO(Quasi-biennial Oscillation): Ημιδιετης ταλαντωση σχετιζεται με την περιοδικη αντιστροφη των ανεμων στην κατω στρατοσφαιρα μεταξυ 20 και 30 χιλιομετρων. Η πρωτη συνειδητοποιηση αυτης της ταλαντωσης εγινε το 1883 με την εκρηξη του Κρακατοα οπου οι σταχτες του που εφτασαν τοσο ψηλα ειχαν για πολλα χρονια δυτικες και ανατολικες κατευθυνσεις.


 •ENSO(El Nino - Southern Oscillation): Η "Ελ Νινιο/Νότια ταλαντωση" ειναι μια απο τις πιο γνωστες περιοδικοτητες και πιο εκτεταμενα μελετημενες. Στην ουσια ειναι ενας δεικτης που μελετα τις αλληλεπιδρασεις μεταξυ της θαλασσας και της ατμοσφαιρας στην περιοχη του Ινδικου και Ειρηνικου ωκεανου στην περιοχη της τροπικης ζωνης. Τα 2 ακρα του ENSO ειναι τα γνωστα φαινομενα/φασεις της ατμοσφαιρας, La Nina(το ψυχρο επεισοδειο) και El Νino(το θερμο επεισοδειο). Ενας απο τους παραδοσιακους, αν και πλεον σχετικα ξεπερασμενος τροπος, τροπους για να βλεπουμε σε ποια κατασταση βρισκεται η ταλαντωση αυτη ειναι με τον δεικτη της νοτιας ταλαντωσης(Southern Oscillation) SOI(Southern Oscillation Index).
 Ενας απο τους σημαντικοτερους πλεον δεικτες για την επισημανση της φασης του ENSO αλλά και την προβλεψη επεισοδειων Ελ Νινιο ή Λα Νινα, ειναι ο δεικτης ΟΝΙ(Oceanic Nino Ιndex) και μετραει την αποκλιση των θερμοκρασιων του Ειρηνικου ωκεανου, απο τις μεσες τιμες μια καθορισμενης χρονικης περιοδου, για την λεγομενη περιοχη του Ειρηνικου ωκεανου, Nino 3.4 οπου βρισκεται περιπου στην μεση της τροπικης περιοχης/ζωνης του Ειρηνικου ωκεανου απο την ανατολικη Ασια εως την δυτικη Αμερικη. Οταν ο δεικτης ΟΝΙ για ενα συνεχομενο τριμηνο(δηλαδη ο μεσος όρος του ΟΝΙ για 3 συνεχομενους μηνες) ειναι πανω ή ακριβως απο 0.5 °C τοτε ειμαστε σε φαση(εχουμε επεισοδειο) Ελ Νινιο, ενω οταν ειναι κατω ή ακριβως απο -0.5 °C ειμαστε σε φαση Λα Νινα, ενω για τιμες αναμεσα ειμαστε σε ουδετερη φαση.

 Τα επεισοδεια Ελ Νινο αλλά και Λα Νινα προκαλουν σε πολλες περιπτωσεις μεγαλες καταστροφες σε ολη την γη, λογω ακραιων καιρικων φαινομενων που προκαλουν. Για αυτο η προβλεψη τους ειναι πολυ σημαντικη. Ειδικοτερα το Ελ Νινο σε ενα απο τα πιο ακραια επεισοδεια του, το 1998, προκαλωντας καιρικες καταστασεις που υπολογιζεται οτι προκαλεσαν ζημιες τουλαχιστον 34 δισεκατομμυριων δολαριωνκαι με 6 εκατομμυρια ατομα να μενουν αστεγοι λογω των καταστροφων!!
 Το Ελ Νινο εχει μεση περιοδο εμφανισης τα 3 με 4 χρονια αλλά εμφανιζεται και μετα απο 2 ή και μετα απο 7 χρονια, ενω κραταει απο 12 εως 18 μηνες περιπου.
 Να αναφερουμε σε αυτο το σημειο οτι αρχικως η λεξη Ελ Νινιο(που μεταφραζεται σε θειο βρεφος και αντιστοιχει στο βρεφος του Χριστου) χρησιμοποιουνταν για να προσδιορισει ενα ζεστο ωκεανιο ρευμα που ειχε κατευθυνση προς τα νότια και κινουνταν κοντα στις δυτικες ακτες του Περου και του Εκουαδορ καθε χρονο κοντα στα Χριστουγεννα. Αυτο το φαινομενο ονομαζονταν Ελ Νινιο και δεν εχει καμια σχεση με το φαινομενο Ελ Νινιο που αναφεραμε παραπανω και ο όρος εχει επικρατησει να αντιστοιχει σε αυτο το πολυ γενικοτερο και παγκοσμιο φαινομενο και οχι σε αυτο που συνεβαινε στις ακτες του Εκουαδορ και του Περου κοντα στα Χριστουγεννα.
  Ο όρος Ελ Νινιο λοιπον σημαινει ενα θερμο επεισοδειο του ΕΝΣΟ(με ΟΝΙ ≥+0.5 °C)-της ταλαντωσης ΕΝΣΟ δηλαδη.


 •AMO(Atlantic Multidecadal Oscillation): Η "πολυδεκαετης Ατλαντικη ταλαντωση"(ΑΜΟ) ειναι μια σχετικα νεοανακαλυφθεισα ταλαντωση της ατμοσφαιρας και σχετιζεται με τις θερμοκρασιες του βορειου Ατλαντικου ωκεανου. Η ταλαντωση ΑΜΟ σχετιζεται αρκετα ισχυρα με τις θερμοκρασιες αλλά και με την ποσοτητα του υετου στην βορεια Αμερικη αλλά και στην Ευρωπη καθως και ακομα πιο ισχυρα με τις θερμοκρασιες και τον υετο των καλοκαιριων σε αυτες τις περιοχες.


 Απο τους παραπανω δεικτες θα τους χρησιμοποιησουμε ολους εκτός απο τον MJO.


 Εχουμε λοιπον για καθε μηνα ξεχωριστα την διακυμανση ανα ετος του καθε δεικτη:
 Να πουμε οτι για το φαινομενο ΑΜΟ χρησιμοποιησαμε τον δεικτη του ΑΜΟ πολλαπλασιασμενο με το 10, ενω για το QBO τον αντιστοιχο δεικτη του QBO διαιρεμενο με το 10 για να ειναι ορατες οι τιμες τους στο γραφημα καθως πχ ο δεικτης ΑΜΟ ειναι μια ταξη μεγεθους μικροτερος(πχ κινειται απο -0.5 εως 0.5 περιπου οποτε δεν θα φαινονταν οι αυξομειωσεις και οι τιμες του στο διαγραμμα) απο τους αλλους δεικτες.
 Επισης για το ΕΝΣΟ 3.4 χρησιμοποιηθηκε ο δεικτης ΟΝΙ σε μηνιαια τιμη και μετραει αποκλιση θερμοκρασιας σε βαθμους Κελσιου σε σχεση με μια επιλεγμενη χρονικη περιοδο. Θυμηθειτε οτι οταν εχουμε ΟΝΙ >= 0.5 °C εχουμε συνθηκες/επεισοδειο Ελ Νινιο αλλά εκεινο το ΟΝΙ αναφερεται σε τριμηνιαια τιμη(μεσο όρο) του ΟΝΙ, για 3 συνεχομενους μηνες δηλαδη, οποτε αφου το διαγραμμα δινει τις μηνιαιες τιμες του ΟΝΙ, καθε φορα που εχουμε ΟΝΙ ≥ +0.5 °C δεν σημαινει και επεισοδειο Ελ Νινιο.

 Οποτε εχουμε(να σημειωθει οτι δεν λειπουν δεδομενα, οποτε οταν η "μπαρα" ενος δεικτη για καποιο ετος δεν υπαρχει, τοτε ο δεικτης ειναι μηδεν ή πολυ κοντα στο μηδεν και ετσι δεν εμφανιζεται η "μπαρα" του):


•Δεκεμβριος:









•Ιανουαριος:









•Φεβρουαριος:











Οπως βλεπουμε ειναι σχεδον αδυνατο διαισθητικα να διακρινουμε καποιο "pattern" καποια αλληλοσυνδεση μεταξυ τους. Το ιδιο ισχυει και με την συσχετιση με τους χειμωνες της βορειας και νότιας Ελλαδας, με τον υετο δηλαδη και με την θερμοκρασια για την βορεια και νότια Ελλαδα. Οποτε εδω ερχονται τα μαθηματικα και η στατιστικη αναλυση και μεθοδοι, για να βρουμε τυχον συσχετισεις. Αλλά οπως ανεφερα αυτο ειναι μια πολυ χρονοβορα διαδικασια(καθως πρεπει να παρουμε την ημερησια τιμη(οπου ειναι δυνατον) του καθε δεικτη, να διαλεξουμε μερικους σταθμους στην νοτια Ελλαδα, καθως και στην βορεια Ελλαδα ξεχωριστα, με μετεωρολογικα δεδομενα θερμοκρασιων και υετου, να αναλυσουμε και να ψαξουμε για αλληλοσυσχετισεις ΝΑΟ+ΑΟ+ΑΜΟ+QBO+ΟΝΙ+PDO με τον υετο καθως και με θερμοκρασια του καθε σταθμου και οι μεθοδοι αναλυσης που μπορει να επιλεξει κανείς ειναι πραγματικα εκατονταδες και δεν γνωριζω και ποιος ειναι ο καταλληλοτερος για αυτο το εγχειρημα με συνδεση πολλαπλων δεικτων με καποια μεταβλητη(πχ υετο)-και καλυτερο θα ηταν να επιλεχθουν 2-3 τροποι αναλυσης για συγκριση αποτελεσματων κιολας) και θα συντελεστει σε ενα μελλοντικο αφιερωμα.

Δευτέρα 1 Οκτωβρίου 2012

Αποσταση νεφων.

Αποσταση νεφων και καταιγιδων.




 Διαβαζοντας ενα πολυ καλο καιρικο μπλογκ ενος πολυ λογικου ανθρωπου(συνηθιζω να χωριζω τους ανθρωπους σε λογικους επιστημονες, σε λογικους μη επιστημονες, σε "αδιαφορους" και σε μη λογικους) που ουτε καν τον ξερω προσωπικα, απλως διαβαζω τις αποψεις του μεσα σε ενα καιρικο φορουμ που γραφει(hellasweather.gr) καθως και απο το καιρικο μπλογκ του(παροτι τωρα αρχισα να το διαβαζω) και διαπιστωσα, μερικα μικρολαθακια κακων/ελλειπων διατυπωσεων που μπορουν να παρερμηνευτουν, σε ενα θεμα.
Σε τουτο:
http://antisimvatikos.blogspot.gr/2011/08/blog-post.html

Ετσι λοιπον εχουμε οτι αναφερει:

"Ας ξεκινήσουμε από τον απλό υπολογισμό του πόσο μακριά είναι ο ορίζοντας (η νοητή γραμμή στην οποία θάλασσα και ουρανός γίνονται ένα), δηλαδή πόσο μακριά μπορούμε να δούμε σε μια καθαρή μέρα."

Αυτη η προταση, αν και ο δημιουργος της μαλλον εννοουσε πόσο μακρυα μπορουμε να δουμε ενα αντικειμενο που βρισκεται στην επιφανεια της γης, μπορει να παραπλανησει, καθως η αποσταση που μπορει να δουμε σε μια καθαρη μερα ειναι πολλα τρισεκατομμυρια χιλιομετρα μακρυα! Πχ τα αστερια που βλεπουμε στον ουρανο βρισκονται ακομα και πανω απο 150 τρισεκατομμυρια χιλιομετρα μακρυα μας. Και ομως μπορουμε να τα δουμε! Μπορουμε να δουμε δηλαδη σε αποσταση 150 τρισεκατομμυριων χιλιομετρων μακρυα μας!!

 Εαν εννοουσε πόσο μακρυα μπορουμε να δουμε ενα (σημειακο) αντικειμενο στην επιφανειας της γης, τοτε ναι οι υπολογισμοι του ειναι σωστοι φυσικα, αν και στην πραγματικοτητα υπαρχουν και φαινομενα ατμοσφαιρικης διαθλασης/σκεδασης κλπ, ωστε το φως να καμπτεται και ετσι να μπορουμε να δουμε λιγο παραπανω πισω απο τον οριζοντα μας απο οτι με τους παραπανω υπολογισμους(μια πολυ καλη προσεγγιστικη σχεση με εξαιρετικα αποτελεσματα ειναι θετοντας την ακτινα της γης ισης με τα 7/6 της πραγματικης-θεωρωντας την γη ως σφαιρα με ακτινα 6378 km).


Επειτα παμε παρακατω στο εξης που αναφερει:

"Ένας γενικός τύπος που υπολογίζει τις αποστάσεις στις οποίες μπορούμε να δούμε όταν εμείς είμαστε σε ύψος h_1 και το αντικείμενο έχει ύψος h_2, ακολουθεί στην επόμενη εικόνα."


"Εδώ φαίνεται πως ένα καταιγιδοφόρο νέφος που φτάνει σε ύψος, χοντρικά, τα 10 Km, είναι ορατό από απόσταση 360 Km περίπου. "

Η παραπανω ηταν μια αλλη παραπλανητικη προταση που μπορει επισης να οδηγησει σε μεγαλες παρερμηνευσεις. Το μόνο που χρειαζεται βασικα για να γινει σωστη ειναι να προστεθει η λεξη "μεγιστο" σε αυτην.
Ο παραπανω τυπος δηλαδη υπολογιζει την μεγιστη αποσταση που μπορει να δει καποιος ενα αντικειμενο με υψος h2 και οχι την αποσταση που μπορει να δει καποιος ενα αντικειμενο με υψος h2(ασαφης προταση).
Εφοσον δε, παρουμε ως υψος cumulonimbus νεφους το μεγιστο υψος που μπορει να φτασει(μιας και θεωρητικα δεν υπαρχει καποιο σαφες ιδιαιτερο οριο(παροτι φυσικα η εξωσφαιρα αποτελει σιγουρο ανωτατο οριο αλλά μιλαμε για ρεαλιστικο ανωτατο οριο) αλλά μπορουμε να παρουμε το ρεκορ μεγιστου υψους για νεφος cumulonimbus που ειναι 23 χιλιομετρα), βρισκουμε και την μεγιστη αποσταση που μπορει να δει κανείς ενα συννεφο cumulonimbus.

Ας δουμε τωρα γιατι ειναι η μεγιστη αποσταση που μπορουμε να δουμε ειναι αυτη. Ας την ονομασουμε hmax. Στην περιπτωση μας ισχυει hmax = 23 km αλλά το hmax μπορει να παρει οποιαδηποτε τιμη ωστε να βρουμε την μεγιστη αποσταση που μπορουμε να δουμε ενα αντικειμενο με υψος hmax.
Εχουμε αρχικα οτι μιλαμε για σφαιρικη γη και οτι εμεις(τα ματια μας) βρισκομαστε στο Α, σε υψος δηλαδη απο την επιφανεια της γης h = (ΟΑ) - R, οπου R η ακτινα της γης.
Παιρνουμε επισης μια ημιευθεια Αx και ενα ευθυγραμμο τμημα ΑΓ που περνα απο τον οριζοντα μας και τεμνει την επιφανεια της γης στο Β. Δηλαδη εχουμε το σχημα:


Το ορατο πεδιο μας ειναι αυτο που ειναι πανω απο τον οριζοντα ή ακριβως σε αυτον. Παροτι οπως αναφεραμε προηγουμενως λογω φαινομενων ατμοσφαιρικης διαθλασης/σκεδασης κλπ, που κανουν το φως να καμπτεται, μπορουμε να δουμε λιγο παραπανω πισω απο τον οριζοντα μας οποτε το οπτικο πεδιο μας ειναι λιγο μεγαλυτερο.
 Αλλά τελοσπαντων το ορατο πεδιο μας ειναι αυτο που ειναι σημειωμενο με κιτρινο. Βεβαια, παιρνουμε μόνο την μια εκ των 2 συμμετρικων περιπτωσεων, δηλαδη το πορτοκαλι γραμμοσκιασμενο τμημα "δεξιοτερα" του ευθυγραμμου τμηματος που περνα απο εμας και το κεντρο της γης, καθως η αντιμετωπιση που μπορουμε να εχουμε για αυτο το τμημα ειναι παντελως ομοια με αυτην που θα εχουμε παρακατω για το "αριστερο" τμημα.



Για να δειξουμε οτι το σημειο Γ οριζει την μεγιστη αποσταση(AΓ) που μπορουμε να δουμε ενα συννεφο cumulonimbus, παιρνουμε ενα τυχαιο σημειο μεσα απο το δυνατο ορατο μας πεδιο, εστω Δ.



Προεκτεινουμε το ευθυγραμμο τμημα ΑΔ και ονομαζουμε Ε το σημειο τομης της προεκτασης του με τον κυκλο με κεντρο το κεντρο της γης και ακτινα ιση με hmax, στο τμημα του ορατου πεδιου παντα.




Προφανως ΑΕ > ΑΔ αρα πρεπει να δειξουμε οτι ΑΓ >ΑΕ :


Αυτο ειναι αμεσα σαφες οτι ισχυει καθως τα τριγωνα ΟΑΕ και ΟΑΓ εχουν κοινη την ΑΟ, αντιστοιχα ισες πλευρες τις ΕΟ και ΓΟ, ενω οι αντιστοιχες περιοχομενες σε αυτες γωνιες ειναι οι ΑΟΕ και ΑΟΓ. Ομως ισχυει γωνια ΑΟΕ < γωνια ΑΟΓ οποτε λογω του σχετικα γνωστου βασικου θεωρηματος που δεν χρειαζεται να αποδειξουμε εδω, επεται οτι και η πλευρα απεναντι απο την μεγαλυτερη γωνια θα ειναι μεγαλυτερη.

Απο το παρακατω σχημα που δειχνει 2 ιδιου υψους νεφη cumulonimbus με κορυφες στα Δ και Ε, φαινεται οτι οι αποστασεις τους απο εμας μπορει να ειναι διαφορετικες, αρα αυτο σημαινει οτι δεν υπαρχει μονοσημαντη αντιστοιχια αποστασης της κορυφης του υψους απο εμας, με το υψος του.


Υπολογιζοντας επισης την μεγιστη αποσταση οπου μπορουμε να δουμε ενα νεφος cumulonimbus, θετουμε hmax = 23 km και απο τον τυπο που αναφερθηκε προηγουμενως και τον ξαναγραφουμε εδω:


Εδω να σταθουμε μια στιγμη και να γραψουμε την σωστη αναπαρασταση της εξισωσης, διοτι η παραπανω(ολες οι παραπανω βασικα) ειναι λανθασμενη αλλά χρησιμοποιειται ευρεως για λογους απλοτητας. Η σωστη λοιπον γραφη ειναι:


Η γραφη h/km πχ χρησιμοποιειται γιατι η μεταβλητη h ειναι μια φυσικη ποσοτητα που αναπαριστα και αντιστοιχει σε ποσοτητα αποστασης(του υψους), πχ h = 67 μετρα ή h = 12 km, ή h = 7000 εκατοστα κλπ. Οποτε θετοντας πχ h = 67 m στην εκφραση h/km εχουμε 67 m / km = 67/1000 = 0.067 που ειναι μια αριθμητικη τιμη και αρα εχει νοημα η εξισωση μας.
Ενω τελικως στο δεξιο μερος θα προκυψει ενας αριθμος(μια αριθμητικη τιμη) ενω στο αριστερο θα εχουμε την αριθμητικη τιμη dmax/km.
Δηλαδη πχ θα εχουμε dmax/km = 380 , αρα συνεπαγεται dmax = 380 km.

Ετσι λοιπον βλεπουμε οτι η μεγιστη αποσταση που μπορουμε να δουμε εξαρταται απο το υψος h που βρισκομαστε, οποτε για διάφορα υψη που βρισκομαστε μπορουμε να βρουμε μεσω του παραπανω τυπου την μεγιστη αποσταση που μπορουμε να δουμε ενα συννεφο cumulonimbus, αρα για:
•h = 2 μετρα, δηλαδη στην επιφανεια της θαλασσας και στεκομενοι ορθιοι: d ~= 547 km
•h = 100 μετρα : d ~= 578 km
•h = 1000 μετρα : d ~= 655 km
•h = 8848 μετρα : d ~= 878 km





Ας δουμε τωρα πως μπορουμε να βρουμε την αποσταση απο εμας απο το σημειο οπου εγινε η ηλεκτρικη εκκενωση που προκαλεσε εναν κεραυνο. Η συνηθης και που πρακτικη τακτικη ειναι να μετραμε πόσα δευτερολεπτα χρειαστηκε ο ηχος να φτασει σε εμας απο τη στιγμη που βλεπουμε το φως(που ειναι πρακτικα ιση με την στιγμη της "παραγωγης" του ηχου και της εκκινησης του προς ολες τις κατευθυνσεις και προς τα εμας) και να τα πολλαπλασιαζουμε με το 340(θεωρωντας ως σταθερη ταχυτητα του ηχου σοτν αερα ιση με 340 m/s) και το αποτελεσμα να εισαι σε μετρα. Πχ αν χρειαστηκε 10 δευτερολεπτα να ερθει ο ηχος απο τη στιγμη που ειδαμε την αστραπη, τοτε λεμε οτι η εκκενωση απεχει 3400 μετρα ή 3.5 χιλιομετρα περιπου.

Ομως η διαδικασια αυτη παροτι φοβερα πρακτικη και σχετικα καλης ακριβειας στην πραγματικοτητα εχει σχετικα σαθρο υποβαθρο καθως η ταχυτητα του ηχου στον αερα εξαρταται απο την θερμοκρασια(και μόνο απο αυτην και οχι πχ απο την ατμοσφαιρικη πιεση, σε ενα βουνο πχ με μια θερμοκρασια 20 °C και πιεση 950 hPa, ο ηχος θα ταξιδευει με την ιδια ταχυτητα με οση θα ταξιδευε στην επιφανεια της θαλασσας με πιεση πχ 1010 mbar(hPa) και θερμοκρασια παλι 20 °C) και στα 10 περιπου χιλιομετρα που αναπτυσσονται τα περισσοτερα cumulonimbus η θερμοκρασια καθε αλλο παρα ειναι κοντα στις θετικες τιμες της κλιμακας Κελσιου και μαλιστα στην θερμοκρασια των 15 °C που υπονοει/αντιστοιχει η τιμη των 340 m/s που χρησιμοποιουμε στον πρακτικο τυπο.

Ας παμε λοιπον να δουμε μια πολυ πιο ακριβη(οχι και παλι την ακριβεστερη) προσεγγιση του θεματος.
Εχουμε ενα σημειο Β λοιπον οπου γινεται η ηλεκτρικη εκκενωση. Στο σημειο Α βρισκομαστε εμεις, ενω θελουμε να βρουμε την αποσταση d που ειναι η αποσταση που ταξιδεψε ο ηχος για να ερθει σε εμας.



Με την πολυ ορθη υποθεση οτι η μεση θερμοκρασια Τ, που διενυσε ο ηχος μεταξυ του σημειου  Β και του σημειου Α(εκει που ειμαστε εμεις), ειναι κατα πολυ καλη προσεγγιση ιδια με αυτην που θα διενυσε εαν εκανε την διαδρομη Β προς το σημειο Γ πανω στην ΟΒ που απεχει απο την επιφανεια της γης αποσταση h1 ιση με το υψος που βρισκομαστε δηλαδη, με αυτη την υποθεση λοιπον εχουμε τα εξης:

Χρησιμοποιωντας την υψομετρικη εξισωση λυνουμε ως προς την θερμοκρασια(βλεπε παρακατω).
Οποτε εχουμε αγνωστο το υψος του συννεφου h2.
Επισης απο την εξισωση d = Sair·t οπου t ο χρονος που μετραμε οπως και πριν(απο τη στιγμη που βλεπουμε την αστραπη εως οτους ακουμε την βροντη της) και Sair η μεση ταχυτητα του ηχου καθολη την διαδρομη, θελουμε να βρουμε την αποσταση μας d απο το συννεφο.


Επισης η ταχυτητα του ηχου εξαρταται απο την μεση θερμοκρασια με τον τροπο που βλεπουμε παρακατω.




Οπως βλεπουμε εχουμε 4 αγνωστους(T,h2,d,Sair) και 3 εξισωσεις αρα πρεπει να αποφασισουμε τι θελουμε να βρουμε.
Εστω οτι θελουμε να βρουμε την αποσταση d οπως ειπαμε και παραπανω.
 Τοτε πρεπει να βρουμε ειτε την μεση θερμοκρασια μεταξυ Β και Α, ή μεταξυ Β και Γ διαδρομης, ή την μεση ταχυτητα που θα εχει ο ηχος καθολη την διαδρομη ειτε το υψος του συννεφου.

 Αν πχ το υψος ειναι h2 = 10 km, ενω ξερουμε οτι η πιεση στα 10 χιλιομετρα ειναι περιπου P2 = 250 hPa, ενω αν βρισκομαστε σε υψομετρο πχ h1= 100 μετρα, με πιεση P1 = 1010 hPa, και σε γεωγραφικο πλατος 40.65° βορεια, αρα υπολογιζοντας την επιταχυνση της βαρυτητας ιση με g = 9.80228 m/s2, και εαν εκανε ο ηχος 10 δευτερολεπτα να φτασει, τοτε βρισκουμε οτι:
μεση Τ ~=  -28.6 °C
Sair~= 313.5 m/s και αρα και:
d = 10·313.5 = 3135 μετρα.

Να θυμηθουμε οτι η πρακτικη μεθοδος εδωσε 3400 μετρα δηλαδη 265 μετρα παραπανω.

Μπορει να μην εχει καμια σχεδον πρακτικη αξια ο παραπανω τροπος να βρισκουμε την αποσταση απο ενα συννεφο αλλά η αντιμετωπιση ειναι που μετραει και που ειναι η ορθη καθως η πρακτικη μεθοδος υποθετει σταθερη ταχυτητα του ηχου απο τα 5-7-8-9 ή τελοσπαντων σε οσα χιλιομετρα γινεται η ηλεκτρικη εκκενωση, εως και τον παρατηρητη, και αρα υποθετει σταθερη θερμοκρασια απο τα 5-10 χιλιομετρα εως και το εδαφος, κατι που δεν θα μπορουσε να ειναι πιο αναληθες.

Και ομως οπως βλεπουμε απο τα τελικα αποτελεσματα, μπορει η πρακτικη μεθοδος να ηταν 265 μετρα μακρια απο την ορθοτερη προσεγγιση, αλλά εχουν αραγε καμια μεγαλη σημασια αυτα τα 265 μετρα που επεσε εξω η πρακτικη μεθοδος? Ειναι σαφες και εκπληκτικο συναμα, οτι με την πρακτικη μεθοδο με ενα πολλαπλασιασμο και μόνο ειχαμε σε τουτο το παραδειγμα σφαλμα μόνο 8.5% περιπου!! Εντυπωσιακο θα ελεγα, αν και η πολυ ορθοτερη θεωρηση του θεματος παραμενει ορθοτερη θεωρηση εστω και πρακτικα δυσχρηστη εως και αχρηστη. :)