Πίνακας Περιεχομένων

Transcript

1 Πίνακας Περιεχομένων ΑΣΚΗΣΗ 1. Ανάλυση Σφαλμάτων... 2 ΑΣΚΗΣΗ 2. Κατανομή Συχνότητας Κλιματικών Παραμέτρων... 6 ΆΣΚΗΣΗ 3. Ηλιακή και Γήινη Ακτινοβολία ΑΣΚΗΣΗ 4. Θερμοκρασία Αέρα ΑΣΚΗΣΗ 5. Ατμοσφαιρική Υγρασία ΑΣΚΗΣΗ 6. Βροχή ΑΣΚΗΣΗ 7. Ατμοσφαιρική Πίεση ΑΣΚΗΣΗ 8. Άνεμος ΆΣΚΗΣΗ 9. Πρόγνωση σημαντικού καιρού... 50

2 ΑΣΚΗΣΗ 1. Ανάλυση Σφαλμάτων Η έννοια του σφάλματος αναφέρεται στην ακρίβεια της μέτρησης, δηλαδή στην αβεβαιότητα των μετρήσεων την οποία εισάγουν τα όργανα μέτρησης, η πειραματική διαδικασία και οι συνθήκες του πειράματος. Επειδή κατά την πειραματική διαδικασία υπάρχουν παράγοντες που υπεισέρχονται και δεν τους γνωρίζουμε ή δεν μπορούμε να τους λάβουμε υπόψη, δεν μπορούμε πάντα να διορθώσουμε όλα τα σφάλματα. Ακόμα κι αν επαναλάβουμε τις μετρήσεις ενός μεγέθους, τα σφάλματα δεν μπορούν να εξαλειφθούν, μπορούμε όμως να οδηγηθούμε σε μία κατανομή των μετρούμενων τιμών που μπορεί να αναλυθεί συστηματικά με τη στατιστική. Από την άλλη είναι εμφανές ότι τα σφάλματα πρέπει να υπολογίζονται ώστε να οδηγηθούμε σε ορθά συμπεράσματα. Τα σφάλματα που παρατηρούνται στην πειραματική μέτρηση ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες, ανάλογα με την προέλευσή τους: τα καθορισμένα ή συστηματικά σφάλματα, που μπορούν να αποδοθούν σε συγκεκριμένες αιτίες, και τα τυχαία σφάλματα, που οφείλονται σε μη ελεγχόμενες και μη μόνιμες αιτίες. Α. Συστηματικά σφάλματα Τα σφάλματα αυτά τείνουν να μετατοπίσουν όλες τις μετρήσεις με συστηματικό τρόπο, έτσι ώστε η μέση τιμή να είναι μετατοπισμένη προς μία διεύθυνση, δηλαδή επιδρούν στο αποτέλεσμα μιας μέτρησης πάντοτε κατά την ίδια φορά (μόνο θετικά ή μόνο αρνητικά), όσες φορές και αν επαναληφθεί η μέτρηση, και παραμένουν σταθερά για μια σειρά μετρήσεων, που διεξάγονται κάτω από τις ίδιες συνθήκες. Τα καθορισμένα σφάλματα ανάλογα με την αιτία που τα προκαλεί, διακρίνονται σε σφάλματα μεθόδου, σφάλματα οργάνων και προσωπικά σφάλματα. Σφάλματα μεθόδου. Τα σφάλματα αυτά υπάρχουν στη μέθοδο και δεν είναι δυνατό να μειωθούν εκτός αν μεταβληθούν οι πειραματικές συνθήκες. Σφάλματα οργάνων. Η χρήση οργάνων που δεν έχουν βαθμονομηθεί σωστά είναι δυνατό να προκαλέσει συστηματικό σφάλμα. Προσωπικά σφάλματα. Τα προσωπικά σφάλματα συνίστανται συνήθως σε σφάλματα που προκαλούνται από φυσικές αδυναμίες του παρατηρητή, από αμέλεια, από κακή εκτέλεση του πειράματος κλπ. Άλλος παράγοντας προσωπικού καθορισμένου σφάλματος είναι και η προκατάληψη του παρατηρητή στην ανάγνωση των ενδείξεων διαφόρων οργάνων. Β. Τυχαία σφάλματα Τα τυχαία σφάλματα είναι πιο κοινά και πιο συχνά από τα συστηματικά (καθορισμένα) και οφείλονται σε μη μόνιμες αιτίες. Είναι δικατευθυνόμενα (θετικά και αρνητικά) και επιδρούν ακανόνιστα στο αποτέλεσμα. Εξουδετερώνονται εν μέρει με την αύξηση του αριθμού των μετρήσεων. Μπορεί να οφείλονται στην έλλειψη ευαίσθητης απόκρισης του οργάνου ή στον παρατηρητή (σφάλματα ανάγνωσης), στον εξωτερικό θόρυβο, κ.λ.π. Τα τυχαία σφάλματα είναι αναπόφευκτα και περιγράφονται από τη στατιστική θεωρία. Σύμφωνα με τη στατιστική θεωρία, εάν ένα φαινόμενο είναι πράγματι τυχαίο, τότε η οριακή κατανομή που θα προκύψει (μετά από άπειρες προσπάθειες) θα είναι μια κανονική κατανομή ή κατανομή Gauss. Μέση τιμή και σφάλμα Επειδή σε πολλές περιπτώσεις, όταν μετρούμε πολλές φορές, στις ίδιες συνθήκες την ίδια ποσότητα βρίσκουμε διαφορετικά αποτελέσματα, βρίσκουμε τη μέση τιμή και το τυπικό σφάλμα της μέσης τιμής (ή τυπική απόκλιση της μέσης τιμής. 2

3 Εάν σε ένα πείραμα η μέτρηση του μεγέθους Χ επαναληφθεί Ν φορές, και οι μετρούμενες τιμές είναι x 1, x 2, x 3, x N,τότε η τιμή που βρίσκεται πιο κοντά στην «πραγματική» είναι ξ μέση τιμή: x x1 x2... xk... x N N N k 1 N x k Εάν τα σφάλματα των παραπάνω μετρήσεων είναι τυχαία θα διαφέρουν ως προς το πρόσημο και ως προς το μέγεθος. Ετσι, στον υπολογισμό της μέσης τιμής κάποια από τα τυχαία σφάλματα αλληλοαναιρούνται στο άθροισμα. Η πολλαπλή επανάληψη των μετρήσεων είναι και ο καλύτερος τρόπος περιορισμού των τυχαίων σφαλμάτων. Επιπλέον, μπορεί να υπολογιστεί και η απόκλιση των μετρήσεων από τη μέση τιμή με τη βοήθεια του τυπικού σφάλματος της μέσης τιμής, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκφράσει τη βεβαιότητα των Ν μετρήσεων μας για τη μέση τιμή του Χ, δηλαδή δίνοντας το αποτέλεσμα ως: x ± δx όπου δx dx x 2 k x k N( N 1) Συνολικά ο σωστός τρόπος αναγραφής της μετρούμενης τιμής είναι: Τιμή ± σφάλμα μέσης τιμής ± συστηματικό σφάλμα Σημαντικά Ψηφία Για να μετρήσουμε τα σημαντικά ψηφία στην τιμή μιας μέτρησης ακολουθούμε τους παρακάτω κανόνες: Όλα τα μη μηδενικά ψηφία ενός αριθμού είναι σημαντικά, είτε βρίσκονται στο ακέραιο, είτε στο δεκαδικό μέρος Το 0 είναι πάντοτε σημαντικό όταν βρίσκεται ανάμεσα σε άλλα ψηφία, π.χ. 1,043, 10465, 0,0401 Το 0 προ ή μετά την υποδιαστολή, αν δεν προηγείται άλλο ψηφίο, δεν είναι ποτέ σημαντικό, π.χ. 0,152, 0,0038 Τα 0 μετά την υποδιαστολή, εφόσον αναγράφονται είναι σημαντικά, αλλιώς παραλείπονται, π.χ. 3,00, 101,0. Το 0 στο τέλος ενός αριθμού, αν δεν ακολουθεί υποδιαστολή, μπορεί να είναι ή να μην είναι σημαντικό. Αυτή η αβεβαιότητα μπορεί να αρθεί αν η τιμή γραφτεί σαν δύναμη του 10 (επιστημονική σημειογραφία, scientific notation). Οι δυνάμεις του δέκα, είτε θετικές είτε αρνητικές, δεν λαμβάνονται υπόψη στον υπολογισμό των σημαντικών ψηφίων. Όταν προσθέτουμε ή αφαιρούμε δύο φυσικά μεγέθη κρατάμε τα λιγότερα δεκαδικά ψηφία και όχι τα λιγότερα σημαντικά. π.χ. 20,28 + 1,0194 = (21,2994) =21,30. Όταν προσθέτονται ή αφαιρούνται αριθμοί ή δυνάμεις με τον ίδιο αριθμό δεκαδικών σημαντικών ψηφίων, το αποτέλεσμα θα έχει τον ίδιο αριθμό δεκαδικών ψηφίων, ακόμη και αν το σύνολο των σημαντικών ψηφίων αυξήθηκε π.χ. 4,35 + 8,70 = 13,05 ή 10, , = 0, Μετά από έναν πολλαπλασιασμό ή μια διαίρεση δύο μεγεθών κρατάμε τόσα σημαντικά ψηφία όσα είναι τα λιγότερα των δύο αριθμών που πολλαπλασιάζουμε ή διαιρούμε. Η μέτρηση ενός φυσικού μεγέθους με το ίδιο όργανο έχει πάντα τον ίδιο αριθμό σημαντικών ψηφίων, τα οποία και θα πρέπει να αναγράφονται, αφού καθορίζουν και την ακρίβεια της μέτρησης. 3

4 Παραδείγματα: σημαντικά ψηφία σημαντικό ψηφίο σημαντικά ψηφία σημαντικά ψηφία σημαντικό ψηφίο 23 x σημαντικά ψηφία 123 x σημαντικά ψηφία 12 x σημαντικά ψηφία 3 x σημαντικό ψηφίο Στρογγυλοποιήσεις Στο τελικό αποτέλεσμα (x ± δx ) χρησιμοποιούμε στρογγυλοποιημένες τιμές, απορρίπτουμε, δηλαδή, τα ψηφία που δεν είναι σημαντικά ακολουθώντας τους παρακάτω κανόνες στρογγυλοποίησης Στρογγυλοποιούμε πρώτα το σφάλμα Κατά τη στρογγυλοποίηση του σφάλματος κρατάμε ένα (το πρώτο) σημαντικό ψηφίο, εκτός εάν το πρώτο είναι το 1 ή το 2 οπότε κρατάμε δύο σημαντικά ψηφία. Στη μέση τιμή αφήνουμε το τελευταίο ψηφίο της ίδιας τάξης μεγέθους με το σφάλμα και στρογγυλοποιούμε. Αναλυτικότερα κατά τη στρογγυλοποίηση του σφάλματος Βρίσκουμε το σημαντικό ψηφίο που μας ενδιαφέρει Εξετάζουμε το αμέσως επόμενο Αν αυτό είναι >5 αυξάνουμε το σημαντικό κατά μία μονάδα και παραλείπουμε τα υπόλοιπα Αν αυτό είναι < 5 αφήνουμε το σημαντικό όπως είναι και παραλείπουμε τα υπόλοιπα Αν αυτό είναι = 5 εξετάζουμε τι υπάρχει μετά Αν υπάρχει έστω και 1 ψηφίο >0 αυξάνουμε το σημαντικό κατά μία μονάδα και παραλείπουμε τα υπόλοιπα Αν δεν υπάρχει ούτε 1 ψηφίο >0 κάνουμε ό,τι θέλουμε (είτε αυξάνουμε, είτε αφήνουμε όπως είναι). Παραδείγματα: 4

5 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 1. Ανάλυση Σφαλμάτων Ονομα:... Α.Μ.... Τμήμα:... Ημερομηνία: ,03 ± 0, ± 589 3,267 ± 0, ± 2486 Ημερομ. Ώρα Τ T T (T T) 2 RH RH RH 07/03/ :01: /03/ :01: /03/ :01: /03/ :01: /03/ :02: /03/ :02: /03/ :02: /03/ :02: /03/ :03: /03/ :03: /03/ :03: /03/ :03: /03/ :04: /03/ :04: /03/ :04: /03/ :04: /03/ :05: /03/ :05: /03/ :05: /03/ :05: (RH RH) 2 P P P (P P) 2 5

6 1. Ιστόγραμμα ΑΣΚΗΣΗ 2. Κατανομή Συχνότητας Κλιματικών Παραμέτρων Αρχικά ομαδοποιούμε τα αριθμητικά δεδομένα και δημιουργούμε τον πίνακα και το γράφημα συχνοτήτων. Ειδικότερα για το ϱαβδόγραμμα που θα προκύψει, για την κάθε ϱάβδο παίρνουμε το κέντρο του διαστήματος που αντιστοιχεί σε κάθε ομάδα. Επίσης, δεν υπάρχει κενό διάστημα μεταξύ των ράβδων και το γράφημα αυτό λέγεται ιστόγραμμα (histogram). Στον κάθετο άξονα του ιστογράμματος μπορεί να είναι η συχνότητα fi, η σχετική συχνότητα (%) pi, η αθροιστική συχνότητα Fi, ή ακόμα η σχετική αθροιστική συχνότητα Pi για την κάθε i ομάδα. Το ιστόγραμμα είναι χρήσιμο για να κρίνουμε αν μπορούμε να δεχθούμε ότι η μεταβλητή Χ, όπως την παρατηρήσαμε από το δείγμα, ακολουθεί κάποια γνωστή κατανομή. Το πλήθος των μετρήσεων που ανήκει σε κάθε κλάση ονομάζεται συχνότητα της κλάσης, το δε πηλίκο της συχνότητας δια του συνολικού αριθμού των μετρήσεων αποτελεί τη σχετική συχνότητα της κλάσης. Η απεικόνιση της συχνότητας των τιμών ενός μεγάλου αριθμού μετρήσεων στο ίδιο δείγμα, σε n κλάσεις αποδίδει χονδρικά την κατανομή των μετρήσεων με τη μορφή ιστογραμμάτων. Όσο αυξάνει ο αριθμός των μετρήσεων Ν και τείνει προς το άπειρο και το εύρος Δx των κλάσεων τείνει προς το μηδέν, το περίγραμμα του ιστογράμματος τείνει να αποκτήσει τη μορφή συνεχούς καμπύλης Οι αριθμητικές τιμές ενός πλήθους μετρήσεων μπορούν να καταταχθούν σε διαδοχικές κλάσεις. Κάθε κλάση περιλαμβάνει τις μετρήσεις που βρίσκονται μεταξύ δύο οριακών τιμών, η διαφορά των οποίων Δx είναι η ίδια (κατά κανόνα) σε όλες τις κλάσεις. Προφανώς, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των κλάσεων, τόσο λιγότερες μετρήσεις θα περιλαμβάνονται σε κάθε μία εξ αυτών και ενδέχεται να μην υπάρχει ικανοποιητική απεικόνιση της κατανομής. Για μικρό αριθμό κλάσεων, ενώ θα υπάρχει ικανοποιητικός πλέον αριθμός μετρήσεων για κάθε κλάση, πάλι δεν θα υπάρχει ικανοποιητική απεικόνιση της κατανομής. Υπάρχει ένας εμπειρικός κανόνας για τον καλύτερο αριθμό κλάσεων (κανόνας του Sturges) σύμφωνα με τον οποίο ο άριστος αριθμός κλάσεων για Ν μετρήσεις είναι ο πλησιέστερος ακέραιος αριθμός προς τον αριθμό k, που παρέχεται από τη σχέση: Κανόνας Sturges: k = 1 + 3,322 log 10N Για τον χωρισμό των δεδομένων σε ομάδες (κλάσεις) ϐρίσκουμε πρώτα τη μικρότερη τιμή x min και μεγαλύτερη τιμή x max και υπολογίζουμε το εύρος των δεδομένων R = x max x min. Διαιρώντας το R με τον αριθμό των ομάδων k που επιλέγουμε έχουμε το εύρος τιμών της κάθε ομάδας, το οποίο συνήθως στρογγυλοποιούμε για να έχουμε εύχρηστα νούμερα. Η πρώτη ομάδα έχει σαν κάτω άκρο του διαστήματος κάποιον κατάλληλα στρογγυλοποιημένο αριθμό μικρότερο ή ίσο του x min, τα διαστήματα των ομάδων είναι ισομήκη και το διάστημα της τελευταίας ομάδας περιλαμβάνει το x max. Για τα διαστήματα διαλέγουμε συμβατικά να είναι κλειστά από αριστερά (να περιέχουν την ακραία μικρότερη τιμή) κι ανοιχτά από δεξιά (να μην περιέχουν την ακραία μεγαλύτερη τιμή). 2. Παράμετροι θέσης μιας κατανομής Οι παράμετροι θέσης, είναι οι παράμετροι εκείνες που σχετίζονται με τη θέση του κέντρου της κατανομής και εκφράζονται πάντοτε σε μονάδες της μετρούμενης ποσότητας. Οι παράμετροι θέσης είναι οι παρακάτω: Μέση τιμή (mean). Η μέση τιμή είναι η κυριότερη παράμετρος θέσης και παρέχεται από τη σχέση: 6

7 Διάμεση τιμή (median). Μετά τη διάταξη των τιμών κατά αυξανόμενη τιμή (x 1 < x 2 <...< x n), ως διάμεση (ή διχοτόμος) τιμή median(x i) παρέχεται από τις σχέσεις: Επικρατούσα τιμή (mode). Αντιστοιχεί στην τιμή που εμφανίζει τη μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης (τιμή κορυφής). Δεν συμπίπτει κατ' ανάγκη με τη μέση ή διάμεση τιμή. Σχήμα 1. Ιστόγραμμα (D) και καμπύλη αθροιστικής συχνότητας (C) για την ετήσια βροχόπτωση στο Sydney κατά τα έτη Κανονική κατανομή Η κανονική κατανομή (normal distribution) ή κατανομή κατά Gauss (Gaussian distribution) είναι η πιο γνωστή καμπύλη κατανομής συχνοτήτων συνεχούς μεταβλητής. Είναι μια συμμετρική καμπύλη που προσεγγίζει εφαπτομενικά δεξιά και αριστερά τον άξονα x x. Ο άξονας συμμετρίας της είναι η ευθεία που φέρεται από το σημείο που αντιστοιχεί στη μέγιστη συχνότητα, κάθετα στον άξονα x x. Περιγραφικά θα μπορούσε να 7

8 χαρακτηρισθεί σαν μια κωδωνοειδής καμπύλη. Αποδίδεται από την καμπύλη του Σχήματος 2, όπου σ είναι η τυπική απόκλιση και μ η μέση τιμή του πληθυσμού της μεταβλητής Χ. Χαρακτηριστική είναι η συμμετρία της κατανομής αυτής και συνεπώς η σύμπτωση της διαμέσου και της επικρατούσας τιμής με την μέση τιμή. Η κατανομή συχνοτήτων μιας συνεχούς μεταβλητής Χ ενός δείγματος προσεγγίζει την καμπύλη της κανονικής κατανομής αν η σχετική συχνότητα δίνεται από την σχέση: Σχήμα 2. Καμπύλη κανονικής κατανομής και ποσοστά εξάπλωσης γύρω από τη μέση τιμή των τιμών ενός δείγματος κανονικά κατανεμημένου. 8

9 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 2. Κατανομές συχνοτήτων Ονομα:... Α.Μ.... Τμήμα:... Ημερομηνία:... Στον παρακάτω πίνακα δίνεται η μέση ετήσια θερμοκρασία της Αθήνας για το διάστημα Έτος Τ ( C) Έτος Τ ( C) Με τη βοήθεια του κανόνα Sturges k = 1 + 3,322 log 10 N να υπολογιστεί ο αριθμός των κλάσεων και να συμπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας συχνοτήτων: Κλάσεις Συχνότητα Αθρ. Συχνότητα Σχ. Αθρ. Συχνότητα fi Fi Pi Με βάση τον πίνακα συχνοτήτων να κατασκευαστεί το ιστόγραμμα και καμπύλη αθροιστικής συχνότητας. Επίσης να υπολογιστεί το 10 και 90 εκατοστημόριο της κατανομής. 9

10 Ροή Ακτινοβολίας σε W/m 2 /μm ΆΣΚΗΣΗ 3. Ηλιακή και Γήινη Ακτινοβολία Όλα τα σώματα με θερμοκρασία μεγαλύτερη από το απόλυτο μηδέν εκπέμπουν ενέργεια υπό μορφή ακτινοβολίας. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος, αυξάνεται και η ακτινοβολία που εκπέμπεται ανά μονάδα χρόνου. Αυτό εκφράζεται από το νόμο Stefan-Boltzman: Ε = σ Τ 4 (1) όπου Ε είναι ο μέγιστος ρυθμός εκπομπής ακτινοβολίας ανά μονάδα επιφάνειας του σώματος, σ είναι η σταθερά Stefan-Boltzman και Τ είναι η επιφανειακή θερμοκρασία του σώματος σε Kelvin. Η ενέργεια που προέρχεται από τον ήλιο εκπέμπεται κυρίως από την επιφάνειά του, η οποία βρίσκεται περίπου σε θερμοκρασία 5800 Κ. Αντίθετα, η επιφανειακή θερμοκρασία της γης είναι περίπου 288 Κ που σημαίνει ότι ήλιος ακτινοβολεί περίπου φορές περισσότερη ενέργεια από τη γη. Τα μήκη κύματος αυτής της ακτινοβολίας εξαρτώνται κύρια από τη θερμοκρασία του αντικειμένου. Συγκεκριμένα, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερα είναι τα μήκη κύματος της ακτινοβολίας. Το μήκος κύματος στο οποίο εκπέμπεται το μέγιστο της ενέργειας δίνεται από τον νόμο Wien: λ max = c T όπου λ max είναι το μήκος κύματος (σε μm) και c σταθερά που ισούται με 2897 μm K. Από τη σχέση αυτή, προκύπτει ότι για τον ήλιο η μέγιστη ενέργεια εκπέμπεται σε μήκη κύματος κοντά στα 0.5μm, ενώ για τη γη η μέγιστη ενέργεια εκπέμπεται κοντά στα 10μm. (2) Ροή Ακτινοβολίας σε W/m 2 /μm Μήκος Κύματος (λ) σε μm Σχήμα 1. Ροή ακτινοβολίας (σε W/m 2 /μm) σε συνάρτηση με το μήκος κύματος (σε μm). Τα εμβαδά κάτω από τις καμπύλες δίνουν το σύνολο της ενέργειας που εκπέμπεται ανά μονάδα επιφάνειας. Από το Σχήμα 1 φαίνεται ότι το σύνολο σχεδόν της ακτινοβολίας του ήλιου εκπέμπεται σε μήκη κύματος μικρότερα από τα μήκη κύματος που εκπέμπει η γη. Το γεγονός αυτό μας επιτρέπει να μπορούμε να διαχωρίσουμε την ηλιακή από τη γήινη ακτινοβολία. Για το λόγο αυτό η ηλιακή ακτινοβολία συνηθίζεται να αναφέρεται ως μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία, ενώ η γήινη ακτινοβολία αναφέρεται ως μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία. 10

11 Μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία Καθώς η ακτινοβολία του ήλιου ταξιδεύει στο διάστημα, πρακτικά δεν αλληλεπιδρά με τίποτα έως ότου φτάσει στα όρια της γήινης ατμόσφαιρας. Η πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας (δηλαδή η ενέργεια που προσπίπτει σε μοναδιαία επιφάνεια κάθετη στις ακτίνες του ήλιου ανά μονάδα χρόνου) που φτάνει στο όριο της ατμόσφαιρας ορίζεται ως ηλιακή σταθερά. Η μέση τιμή της ηλιακής σταθεράς είναι ίση με 1367W/m 2 και κυμαίνεται στη διάρκεια του έτους μεταξύ μιας ελαχίστης τιμής 1321W/m 2 στις αρχές Ιουλίου και μιας μεγίστης τιμής 1471 W/m 2 στις αρχές Ιανουαρίου, λόγω της μεταβολής της απόστασης της γης από τον ήλιο. Επίσης, η ηλιακή σταθερά εμφανίζει διακυμάνσεις που εξαρτώνται από την ηλιακή δραστηριότητα. Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης είναι πολύ μικρότερο από αυτό που φθάνει στο όριο της ατμόσφαιρας, καθώς στη διαδρομή της προς την επιφάνεια υπόκειται σε φυσικές διεργασίες εξασθένησης από τα συστατικά της ατμόσφαιρας και τα σωματίδια που αιωρούνται σε αυτή. Τα νέφη, οι υδρατμοί, τα αέρια συστατικά της ατμόσφαιρας και η σκόνη έχουν σαν αποτέλεσμα την απορρόφηση και τη σκέδαση 1 της ακτινοβολίας. Κατά τη σκέδαση οι ακτίνες εκτρέπονται προς διαφορετικές κατευθύνσεις, ενώ το μέρος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας που οδεύει προς την επιφάνεια της Γης αποτελεί τη διάχυτη ακτινοβολία. Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα πάνω από έναν τόπο σε μια ορισμένη χρονική στιγμή, εξαρτάται κυρίως από αστρονομικούς παράγοντες και συγκεκριμένα από: την τιμή της ηλιακής σταθεράς και τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων σε σχέση με την επιφάνεια της γης, η οποία κατ' επέκταση είναι συνάρτηση: o της εποχής o του γεωγραφικού πλάτους o της ώρας της ημέρας Ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας ανακλάται από τα νέφη. Το ποσοστό της ακτινοβολίας που ανακλάται εξαρτάται από την ποσότητα και το είδος των νεφών και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να φτάνει και το 75% της εισερχόμενης ακτινοβολίας. Οι απώλειες της ηλιακής ακτινοβολίας λόγω της παρουσίας των νεφών είναι μεγαλύτερες σε κλίματα των μέσων γεωγραφικών πλατών, όπου λόγω της συνάντησης ψυχρών και θερμών αέριων μαζών, απαντώνται οι πλέον νεφοκαλυμμένες περιοχές του πλανήτη. Η ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται, επίσης, από την επιφάνεια της γης και από την ατμόσφαιρα. Οι ανακλαστικότητες των διαφορετικών επιφανειών ποικίλουν πολύ, ανάλογα με το υλικό και το χρώμα. Τα σκούρα χρώματα ανακλούν μικρό κλάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, αλλά απορροφούν πολύ. Οι πιο ανοιχτόχρωμες επιφάνειες ανακλούν μεγαλύτερο κλάσμα της ακτινοβολίας, αλλά απορροφούν λιγότερο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως για παράδειγμα σε εκτάσεις καλυμμένες με πάγους ή χιόνι το ποσοστό της ανακλώμενης ακτινοβολίας μπορεί να κυμαίνεται από 45% έως 95%. Ο λόγος της ανακλώμενης ηλιακής ακτινοβολίας Ι από μια επιφάνεια προς την προσπίπτουσα Ι σε αυτήν ακτινοβολία, για όλα τα μήκη κύματος, ορίζεται ως λευκαύγεια (albedo) α: α = Ι Ι (3) 1 Η σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας από τα αέρια μόρια της ατμόσφαιρας (σκέδαση Rayleigh) είναι ισχυρότερη στα μικρότερα μήκη κύματος και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το μπλε χρώμα του ουρανού. Χωρίς αυτά τα σωματίδια της ατμόσφαιρας, ο ουρανός θα ήταν μαύρος, όπως είναι ο ουρανός της σελήνης. Λόγω της σκέδασης, η γη φαίνεται σαν ένας φωτεινός γαλάζιος πλανήτης όταν παρατηρείται από το διάστημα. 11

12 Οι τιμές της λευκαύγειας μεταβάλλονται με τον τόπο και τον χρόνο και εξαρτώνται από το είδος της επιφάνειας και τη γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Έτσι, το ισοζύγιο της ηλιακής ακτινοβολίας Ι n σε μία επιφάνεια, βάσει και της (3) θα είναι: In = I I = I a I = (1 a) I (4) Η γη και η ατμόσφαιρα ανακλούν κατά μέσο όρο το 4% και το 26%, αντίστοιχα, της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Έτσι, το σύστημα γης-ατμόσφαιρας παρουσιάζει συνολικά λευκαύγεια της τάξης του 30%. Ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται, όπως αναφέραμε, από τα συστατικά της ατμόσφαιρας και εκείνο το οποίο τελικά μετράμε στην επιφάνεια του εδάφους, είναι περίπου το 50% της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Από όλα τα παραπάνω προκύπτει τελικά ότι η ολική ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε μια επιφάνεια, έχει δυο συνιστώσες: την άμεση και τη διάχυτη. Άμεση ηλιακή ακτινοβολία Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία φτάνει απ' ευθείας από τον ηλιακό δίσκο στην επιφάνεια της γης και εξαρτάται από: την τιμή της ηλιακής σταθεράς την απόκλιση του ήλιου (δ) το ύψος του ήλιου (h) το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (φ) το υψόμετρο του τόπου (H) την κλίση της επιφάνειας επί της οποίας προσπίπτει την εξασθένηση που υφίσταται μέσα στην ατμόσφαιρα Η άμεση ακτινοβολία μετράται σε επιφάνειες κάθετες στη διάκεντρο γης-ηλίου, αλλά πρέπει να αναχθεί σε οριζόντια επιφάνεια για να αντιστοιχεί σε μια ομοιόμορφη χρονικά και χωρικά κατάσταση μετρήσεων που να δίνουν την ακτινοβολία σε επίπεδο έδαφος. Έτσι, αν Ι ο είναι η ένταση ακτινοβολίας στο οριζόντιο επίπεδο και da η επιφάνεια που τοποθετήθηκε κάθετα στις ακτίνες του Ήλιου, θα ισχύει: Ι ο = Ι cos θ z = I sin h (5) όπου h είναι η γωνία του ύψους του Ηλίου και θ z η ζενιθιακή του γωνία. Διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία Η διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία φθάνει στην επιφάνεια του εδάφους μετά την ανάκλαση ή σκέδαση από τα συστατικά της ατμόσφαιρας και εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες: το ύψος του ήλιου το υψόμετρο του τόπου τη λευκαύγεια του εδάφους το ποσό και το είδος των νεφών, καθώς και από την παρουσία διαφόρων πυρήνων σκέδασης (αερολυμάτων, υδροσταγόνων κ.α.) Τόσο η άμεση όσο και η διάχυτη ακτινοβολία μετρώνται επί οριζοντίου επιπέδου. Το ποσοστό της διάχυτης ακτινοβολίας Ι δ προς το σύνολο διάχυτης και άμεσης αλλάζει ανάλογα με το ύψος του ήλιου και την κατάσταση της ατμόσφαιρας και παίρνει την ελάχιστη τιμή του για ύψος ήλιου γύρω στις 35 με 40. Η ελάχιστη αυτή τιμή κατά τη διάρκεια αίθριας ημέρας, με χαμηλή υγρασία και απουσία ρύπανσης μπορεί να φθάσει γύρω στο 10%. 12

13 Συνήθως κυμαίνεται γύρω στο 15%, ενώ στην περίπτωση αυξημένης ρύπανσης μπορεί να φθάσει το 25%. Σε περίπτωση νεφοκάλυψης ή όταν ο ήλιος βρίσκεται κάτω από τον ορίζοντα (λίγο πριν από την ανατολή ή αμέσως μετά τη δύση), ο λόγος αυτός ισούται με την μονάδα, γιατί όλη η προσπίπτουσα στο έδαφος ακτινοβολία οφείλεται στη διάχυτη ακτινοβολία του ουρανού. Ολική ηλιακή ακτινοβολία Η ολική ηλιακή ακτινοβολία είναι, με βάση τα παραπάνω, το άθροισμα της άμεσης και της διάχυτης ακτινοβολίας και εξαρτάται από τους ίδιους με αυτές παράγοντες. Ι t = I o + I δ (6) Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που διανύει η ηλιακή ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα, τόσο μικρότερο είναι το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης. Έτσι, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι πολύ μεγαλύτερη κατά την θερινή περίοδο σε σχέση με τη χειμερινή. Όσο πιο κάθετα προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία πάνω σε μια επιφάνεια τόσο μεγαλύτερη είναι η έντασή της. Γι' αυτό το λόγο, οι ηλιακοί συλλέκτες προσανατολίζονται με κλίση προς τα νότια (στο Βόρειο Ημισφαίριο). Η ηλιακή ακτινοβολία παρουσιάζει τη μέγιστη ένταση της το μεσημέρι (μέγιστο ηλιακό ύψος) και είναι μεγαλύτερη κατά τη θερινή περίοδο λόγω της θέσης του ήλιου, αλλά και της αύξησης των ωρών ηλιοφάνειας (μείωση των νεφώσεων). Κατά τη διάρκεια μιας αίθριας μέρας, η ημερήσια πορεία της άμεσης, αλλά και της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε έναν τόπο μέσου γεωγραφικού πλάτους, παρουσιάζει μια περίπου ημιτονοειδή μορφή (Σχήμα 2). Σχήμα 2. Ημερήσια πορεία της έντασης της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας κατή τη διάρκεια μίας αίθριας μέρας. Το μέγιστο παρατηρείται την ώρα της αληθούς μεσημβρίας, δηλαδή της χρονικής στιγμής που ο ήλιος διέρχεται από τον μεσημβρινό ενός τόπου. Η ημερήσια πορεία της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και την απόκλιση του ήλιου, στα οποία οφείλεται η διαφορετική διάρκεια ημέρας κατά τις εποχές του έτους. Μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ακτινοβολία που εκπέμπεται από το σύστημα γης-ατμόσφαιρας είναι μεγάλου μήκους κύματος και κυμαίνεται μεταξύ 4 και 80μm με μέγιστο περίπου στα 10μm. 13

14 Η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία από την επιφάνεια της γης έχει δύο συνιστώσες: την ακτινοβολία που εξέρχεται από την επιφάνεια της γης Q και αυτή που εισέρχεται στην επιφάνεια από την ατμόσφαιρα Q. Η ατμόσφαιρα απορροφά τόσο την ηλιακή ακτινοβολία, όσο και τη μεγάλου μήκους κύματος από την επιφάνεια της γης Q. Η Q απορροφάται ισχυρά από τα συστατικά της ατμόσφαιρας με μεγάλο μοριακό βάρος όπως Η 2Ο, Ο 3, CO 2, CH 4, και N 2O (αέρια θερμοκηπίου). Αποτέλεσμα αυτής της απορρόφησης είναι η θέρμανση της ατμόσφαιρας να γίνεται κατά κύριο λόγο από την ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος και να εξαρτάται έντονα από την περιεκτικότητα της σε αυτά τα συστατικά. Ισοζύγιο ακτινοβολιών Γενικά, ισοζύγιο ακτινοβολιών είναι η διαφορά της εισερχόμενης και της εξερχόμενης ενέργειας από ακτινοβολία, η οποία απορροφάται ή εκπέμπεται από την επιφάνεια της γης, την ατμόσφαιρα, ή και το σύστημα γης-ατμόσφαιρας. Η ακτινοβολία που εισέρχεται στο σύστημα γης-ατμόσφαιρας είναι 342W/m 2 (Σχήμα 3). Το 31% της εισερχόμενης ακτινοβολίας επιστρέφει και πάλι στο διάστημα λόγω ανάκλασης της από την ατμόσφαιρα και από τη γήινη επιφάνεια. Περίπου το 20% της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται από την ατμόσφαιρα και υπόλοιπο 49% από την επιφάνεια του εδάφους. Η απορροφούμενη από την επιφάνεια ακτινοβολία επιστρέφει στην ατμόσφαιρα ως αισθητή και λανθάνουσα θερμότητα και ως θερμική υπέρυθρη ακτινοβολία. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της υπέρυθρης ακτινοβολίας απορροφάται από την ατμόσφαιρα, η οποία με τη σειρά της εκπέμπει ακτινοβολία προς το διάστημα και προς την επιφάνεια. Σχήμα 3. Το ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος γης-ατμόσφαιρας σε παγκόσμια ετήσια βάση (πηγή: IPCC, 2001). Η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ επιφάνειας γης και ατμόσφαιρας διατηρεί τη θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια τη γης περίπου στους 14 C σε παγκόσμια ετήσια βάση. Για να διατηρείται το κλίμα του πλανήτη σταθερό, είναι σαφές ότι θα πρέπει να υπάρχει ένα ισοζύγιο μεταξύ της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας και της εξερχόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Για τον λόγο αυτό, το σύστημα γης-ατμόσφαιρας θα πρέπει να ακτινοβολεί πίσω προς το διάστημα κατά μέσο όρο 235 Watts/m 2, όση είναι ακριβώς και η ενέργεια που δέχεται (δηλαδή, το 69% της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται από το σύστημα γης-ατμόσφαιρας). 14

15 Σχήμα 4. Η μέση ετήσια εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία σε συνάρτηση με το γεωγραφικό πλάτος (κίτρινη γραμμή) και η μέση ετήσια μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (κόκκινη γραμμή) που εκπέμπεται από τη γη και την ατμόσφαιρα. Το ισοζύγιο ακτινοβολιών του συστήματος γης-ατμόσφαιρας για μικρά χρονικά διαστήματα είναι εν γένει διάφορο του μηδενός, δηλαδή παρουσιάζεται πλεόνασμα ή έλλειμμα ενέργειας. Όμως, η μέση τιμή των ακτινοβολιών για μεγάλα χρονικά διαστήματα δίνει μηδενικά ισοζύγια ενεργειών. Επίσης, το ισοζύγιο ακτινοβολιών στις διάφορες περιοχές της γης είναι δυνατόν να είναι θετικό ή αρνητικό, όμως για όλη την επιφάνεια της γης και σε ετήσια βάση το ισοζύγιο ακτινοβολιών πρέπει να είναι μηδέν, το οποίο επιτυγχάνεται με τη μεταφορά θερμότητας από τον Ισημερινό προς τους πόλους, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Μέτρηση Ακτινοβολιών Για τη μέτρηση της ακτινοβολίας διαθέτουμε όργανα που είναι σε θέση να μετρήσουν όλες τις συνιστώσες της σε όλο το εύρος του φάσματος. Κάποια από τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα όργανα είναι: τα πυρανόμετρα (ακτινόμετρα) για την ολική και τη διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία, τα πυρηλιόμετρα για την άμεση ηλιακή ακτινοβολία, τα πυργεόμετρα για τη μεγάλου μήκους κύματος (γήινη) ακτινοβολία τα πυρραδιόμετρα για την ολοφασματική ακτινοβολία Η αρχή λειτουργίας των περισσότερων οργάνων είναι σχετικά κοινή. Οι πλέον κλασικοί αισθητήρες βασίζονται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο και χρησιμοποιούν θερμοζεύγη, ενώ οι νεότεροι εκμεταλλεύονται το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και χρησιμοποιούν φωτοδιόδους (φωτοβολταϊκά). Το θερμοζεύγος είναι ένα σύστημα δύο αγωγών διαφορετικού υλικού, συνήθως κράματα μετάλλων, τα οποία κλείνουν ένα κύκλωμα με επαφή στα δύο άκρα τους. Το σύστημα αυτό έχει την ιδιότητα να εμφανίζει μιά τάση, άρα να προκύπτει ένα ασθενές ηλεκτρικό ρεύμα, αν οι δύο επαφές βρεθούν σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Η τάση, άρα και το ρεύμα, είναι ανάλογη της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των επαφών. Αν συνδέσουμε κατά σειρά ένα μεγάλο αριθμό θερμοστοιχείων δημιουργούμε μια διάταξη που ονομάζεται θερμοστήλη (thermopile). Όταν η ηλιακή ακτινοβολία προσπίπτει στον αισθητήρα της θερμοστήλης, ο αισθητήρας ανταποκρίνεται δίνοντας σήμα σε χρόνο της τάξης του δευτερολέπτου. Όσο περισσότερη είναι η ηλιακή ακτινοβολία, τόσο περισσότερο θερμαίνεται ο αισθητήρας και τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του ηλεκτρικού σήματος που προκύπτει. Η 15

16 θερμοστήλη είναι σχεδιασμένη ώστε να λειτουργεί με τρόπο γραμμικό, δηλαδή, ο διπλασιασμός της ροής της ηλιακής ακτινοβολίας συνεπάγεται και τον διπλασιασμό του ηλεκτρικού ρεύματος. Ακτινόμετρο ή Πυρανόμετρο To πυρανόμετρο (συχνά αναφέρεται ως πυρανόμετρο του Eppley) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο, καθώς και για τη μέτρηση της διάχυτης ακτινοβολίας με κατάλληλη σκίαση. Τα πυρανόμετρα διαθέτουν ένα κάλυμμα, με τη μορφή θόλου, συχνά διπλού για καλύτερη θερμική μόνωση της θερμοστήλης, κατασκευασμένου συνήθως από οπτικό γυαλί, ώστε να προστατεύεται η θερμοστήλη από τον αέρα, τη βροχή και τη σκόνη, που θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις μετρήσεις. Με κατάλληλο προστατευτικό δίσκο ή στεφάνη μετατρέπεται σε όργανο μέτρησης της διάχυτης ακτινοβολίας. Σχήμα 5. Ακτινόμετρο (επάνω αριστερά), ακτινόμετρο με στεφάνη (επάνω δεξιά) και πυρηλιόμετρο (κάτω δεξιά). Πυρηλιόμετρο Τα πυρηλιόμετρα είναι ακτινόμετρα με τα οποία μετράμε την άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Τα όργανα αυτά μπορούν να γίνουν αυτογραφικά, αν είναι προσαρμοσμένα πάνω σε αστροστάτη, δηλαδή σύστημα το οποίο τους δίνει τη δυνατότητα να παρακολουθούν την κίνηση του ήλιου καθ ύψος και αζιμούθιο. 16

17 Πυργεόμετρο Χρησιμοποιούνται για την άμεση μέτρηση της μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας κοντά στην επιφάνεια της γης. Για την προστασία τους από τον άνεμο, τη σκόνη, και τη βροχή χρησιμοποιούνται θόλοι, οι οποίοι είναι συνήθως από πολυαιθυλένιο που είναι διαφανές στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (4 μm-100 μm) και αδιαφανές στη μικρού μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία (0.28 μm-4 μm). Σχήμα 6.Πυργεόμετρο (στο κέντρο της φωτογραφίας) Πυρραδιόμετρο Σχήμα 8.Πυρραδιόμετρο Τα πυρραδιόμετρα παρέχουν δυνατότητα μέτρησης σε όλο το φάσμα των ακτινοβολιών (0.285 μm-100 μm). Σε συνδυασμό με ένα πυρανόμετρο (το οποίο μετράει τη μικρού μήκους μm-4 μm) μπορεί να μετρηθεί έμμεσα η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία. Από τη διαφορά των ενδείξεων των δύο οργάνων υπολογίζεται η τιμή της μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας (4 μm-100 μm). Τα δύο όργανα πρέπει να καταγράφουν τις τιμές των ακτινοβολιών ταυτόχρονα. Ο θόλος στα πυρραδιόμετρα είναι από πλαστικό, το οποίο είναι διαφανές τόσο στη μικρού μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία, όσο και στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία. 17

18 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 3. Ακτινοβολία Ονομ/μο:... Α.Μ..... Τμήμα:... Ημερομηνία:... Στον παρακάτω πίνακα δίνεται η μέση ημερήσια πορεία της ολικής και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας για τους μήνες Δεκέμβριο και Ιούνιο για το διάστημα από τον σταθμό του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών στο Θησείο. Δεκέμβριος Ιούνιος Ώρα Ολική (W/m 2 ) Διάχυτη (W/m 2 ) Ώρα Ολική (W/m 2 ) Διάχυτη (W/m 2 ) Να παραστήσετε γραφικά την ημερήσια πορεία των εντάσεων των ακτινοβολιών και να υπολογίσετε: α) τη συνολική ενέργεια που λαμβάνει η επιφάνεια του εδάφους το Δεκέμβριο και τον Ιούνιο από την ολική και τη διάχυτη ακτινοβολία και β) την αντίστοιχη ενέργεια που λαμβάνεται από την άμεση ακτινοβολία. Να εξηγήσετε που οφείλονται οι διαφορές στις ακτινοβολίες μεταξύ Δεκεμβρίου και Ιουνίου. 18

19 ΑΣΚΗΣΗ 4. Θερμοκρασία Αέρα Η θερμοκρασία του αέρα εκφράζει τη θερμική κατάσταση αυτού και αντιπροσωπεύει τη μέση κινητική ενέργεια των μορίων του αέρα (δηλαδή οι υψηλότερες θερμοκρασίες δείχνουν ταχύτερη κίνηση των μορίων). Η ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας παρουσιάζει συνήθως απλή κύμανση, με μέγιστο 1-2 ώρες μετά τη μεσουράνηση του Ήλιου και ελάχιστο λίγα λεπτά μετά την ανατολή. Η διαφορά μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου της ημερήσιας κύμανσης ονομάζεται ημερήσιο θερμοκρασιακό εύρος. Αυτό ελαττώνεται από τον Ισημερινό προς τους πόλους και είναι μεγαλύτερο πάνω από ηπείρους παρά πάνω από θάλασσες. Η ετήσια πορεία της θερμοκρασίας παρουσιάζει (πλην των μουσωνικών περιοχών) συνήθως απλή κύμανση με ένα μέγιστο τον Ιούλιο (πάνω από ηπειρωτικές περιοχές) και τον Αύγουστο (πάνω από θαλάσσιες περιοχές) και ένα ελάχιστο κατά τον Ιανουάριο (πάνω από ηπειρωτικές περιοχές) και τον Φεβρουάριο (πάνω από θαλάσσιες περιοχές). Η διαφορά μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου στην ετήσια πορεία ονομάζεται ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος. Όργανα Μέτρησης της Θερμοκρασίας Τα μετεωρολογικά θερμόμετρα διακρίνονται σε: 1. Θερμόμετρα θερμικής διαστολής (θερμόμετρα, μεταλλικά θερμόμετρα) Υδραργυρικό θερμόμετρο απλής ένδειξης Σχήμα 1.Υδραργυρικό θερμόμετρο απλής ένδειξης Μεγιστοβάθμιο υδραργυρικό θερμόμετρο: Τα μεγιστοβάθμια θερμόμετρα έχουν ένα στένωμα στον σωλήνα κοντά στο δοχείο υδράργυρου. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, ο υδράργυρος διέρχεται από το στένωμα του σωλήνα ενώ με την ελάττωση της θερμοκρασίας το στένωμα εμποδίζει τον υδράργυρο να επιστρέψει στο δοχείο. Σχήμα 2.Μεγιστοβάθμιο υδραργυρικό θερμόμετρο 19

20 Ελαχιστοβάθμιο οινοπνευματικό θερμόμετρο: Στα θερμόμετρα ελαχίστου το δοχείο έχει ειδικό σχήμα έτσι ώστε να μειωθούν τα λάθη λόγω αδράνειας. Μέσα στη στήλη οινοπνεύματος του σωλήνα υπάρχει ένας ελαφρός δείκτης από σμάλτο. Όταν η θερμοκρασία ελαττώνεται, το οινόπνευμα συστέλλεται και παρασύρει τον δείκτη. Αντίθετα, όταν η θερμοκρασία αυξάνει ξανά, το οινόπνευμα διαστέλλεται αλλά ο δείκτης παραμένει εκεί που σημειώθηκε η ελάχιστη θερμοκρασία. Μετά την ανάγνωση της ελάχιστης θερμοκρασίας, γυρίζουμε το θερμόμετρο ανάποδα, με το δοχείο ψηλά. Λόγω του βάρους του, ο δείκτης επανέρχεται στην κορυφή της στήλης του οινοπνεύματος. Σχήμα 3. Ελαχιστοβάθμιο οινοπνευματικό θερμόμετρο Διμεταλλικό θερμόμετρο: Σχήμα 4. Διμετταλικό θερμόμετρο Με τη βοήθεια μοχλών και αρθρώσεων, η μεταβολή αυτή μεταφέρεται είτε σε ένα ορατό δείκτη που κινείται σε μία βαθμολογημένη κλίμακα, είτε σε μία πένα που γράφει πάνω σε μία χάρτινη ταινία στερεωμένη σε κύλινδρο που περιστρέφεται με ωρολογιακό μηχανισμό. Ο θερμογράφος είναι ένα καταγραφικό θερμόμετρο που βασίζεται στην παραπάνω αρχή. Ο ωρολογιακός μηχανισμός του 20

21 θερμογράφου είναι συνήθως εβδομαδιαίας περιστροφής οπότε έχουμε σαν αποτέλεσμα το εβδομαδιαίο διάγραμμα της θερμοκρασίας. Διμεταλλικός θερμογράφος: Η λειτουργία των διμεταλλικών θερμομέτρων βασίζεται συνήθως στις διαφορές της θερμικής διαστολής μεταξύ δύο διαφορετικών μετάλλων. Λόγω μεταβολής της θερμοκρασίας, το διπλό μεταλλικό στοιχείο μεταβάλλει την καμπυλότητά του. 2. Θερμόμετρα ηλεκτρικής αντίστασης Σχήμα 5. Διμετταλικός θερμογράφος Μεταλλικές θερμοαντιστάσεις: Η μέτρηση της θερμοκρασίας με θερμοαντιστάσεις στηρίζεται στη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης ενός υλικού σε συνάρτηση με αντίστοιχες μεταβολές θερμοκρασίας. Τα περισσότερα μεταλλικά θερμόμετρα ηλεκτρικής αντίστασης είναι κατασκευασμένα από πλατίνα, νίκελ ή χαλκό. Σχήμα 6. Μεταλλικές θερμοαντιστάσεις Θερμοημιαγωγοί (thermistors): Οι ημιαγωγοί είναι πολύ περισσότερο ευαίσθητοι στις μεταβολές θερμοκρασίας από τα μέταλλα (σχήμα 2.4) γεγονός που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή θερμομέτρων ηλεκτρικής αντίστασης στα οποία τα αισθητήρια της θερμοκρασίας είναι ημιαγωγοί από κεραμεικά υλικά. 21

22 Σχήμα 7. Θερμοημιαγωγοί Η μέτρηση της θερμοκρασίας γίνεται πάντα υπό σκιάν και εντός του μετεωρολογικού κλωβού. Ο Μετεωρολογικός κλωβός είναι μια ξύλινη κατασκευή (κιβώτιο) που φέρει κιγκλιδωτό σκέπαστρο με διπλές πλευρικές ξύλινες περσίδες. Σχήμα 8. Μετεωρολογικός κλωβός 22

23 Η μέση ημερήσια θερμοκρασία υπολογιζόταν διαφορετικά από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών/Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία για το χρονικό διάστημα Αρχικά η μέση θερμοκρασία υπολογιζόταν από την μέση τιμή των θερμοκρασιών της 8 ης, 14 ης και 21 ης ώρας [Τ=(Τ 8+Τ 14+Τ 21)/3], αργότερα από την μέση τιμή των θερμοκρασιών της 8 ης, 14 ης, και 20 ης ώρας [Τ=(Τ 8+Τ 14+Τ 20)/3], ενώ σήμερα υπολογίζεται από την σχέση Τ=(Τ 8+Τ 14+Τ 20+Τ 20)/4. Είναι φανερή η ασυνέχεια που θα υπήρχε στη μέση ημερήσια θερμοκρασία, λόγω ακριβώς του διαφορετικού τρόπου υπολογισμού της. Μπορούμε να υπολογίσουμε την μέση ημερήσια θερμοκρασία από τη σχέση: T =(T max+t min)/2, η οποία είναι πολύ κοντά στη μέση ημερήσια θερμοκρασία από 24ωρες παρατηρήσεις. Κλίμακες θερμοκρασίας Για την μέτρηση της θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται κυρίως τρεις κλίμακες: η κλίμακα Celsius (1742) Το σημείο βρασμού του ύδατος είναι στους 100 o C ενώ το σημείο πήξης του νερού στους 0 o C η κλίμακα Fahrenheit (1714) Το σημείο βρασμού του ύδατος είναι στους 212 o F ενώ το σημείο πήξης του νερού στους 32 o F η κλίμακα Kelvin (1850). Το σημείο βρασμού του ύδατος είναι στους Κ ενώ το σημείο πήξης του νερού στους Κ. Οι τρεις κλίμακες συνδέονται με τις παρακάτω σχέσεις: Σήμερα, είναι σε ισχύ η Διεθνής Θερμοκρασιακή Κλίμακα του 1990 (ITS-90) και η θερμοκρασία της οποίας υποδηλώνεται με T90. Για το εύρος των μετεωρολογικών θερμοκρασιών ( C) αυτή η κλίμακα βασίζεται σε μια γραμμική σχέση με την ηλεκτρική αντίσταση της πλατίνας και το τριπλό σημείο του ύδατος, το οποίο ορίζεται στα Kelvin. 23

24 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 4. Θερμοκρασία Ονομ/μο:... Τμήμα:... Α.Μ.... Ημερομηνία: Να μετατρέψετε τις ακόλουθες θερμοκρασίες στις διαφορετικές κλίμακες. Kelvin Celsius Fahrenheit φυσιολογική θερμοκρασία σώματος 98 υγροποίηση αζώτου 320 υψηλότερη θερμοκρασία στη γη 56.7 χαμηλότερη θερμοκρασία στη γη 89.2 μέση θερμοκρασία γης 288 θερμοκρασία μέγιστης πυκνότητας νερού Στον παρακάτω πίνακα δίνεται η ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας και της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας για τις 19/2/2012: Ώρα Θερμοκρασία ( C) Ακτινοβολία (W/m 2 ) Ώρα Θερμοκρασία ( C) Ακτινοβολία (W/m 2 ) Να παραστήσετε σε κοινό διάγραμμα τη θερμοκρασία του αέρα και την ολική ηλιακή ακτινοβολία. Να υπολογίσετε τη χρονική υστέρηση μεταξύ των δύο παραμέτρων και να τη δικαιολογήσετε. Να υπολογίσετε τη μέση ημερήσια θερμοκρασία σε C με τους διαφορετικούς τρόπους που προαναφέρθηκαν. 24

25 3. Στον παρακάτω πίνακα να σημειώσετε τις τιμές της θερμοκρασίας που καταγράψατε στις δύο διαφορετικές θέσεις. α/α Χρόνος Θερμοκρασία 1 ( C) Θερμοκρασία 2 ( C) Να υπολογίσετε τη μέση διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο θέσεων. Να εξηγήσετε γιατί προκύπτει αυτή η διαφορά και ποια μέτρηση θεωρείτε ότι είναι η ορθότερη. 25

26 ΑΣΚΗΣΗ 5. Ατμοσφαιρική Υγρασία Με τον όρο ατμοσφαιρική υγρασία περιγράφουμε την ποσότητα των υδρατμών που περιέχονται σε ορισμένο όγκο ατμοσφαιρικού αέρα. Η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε υδρατμούς μπορεί να εκφραστεί με πολλούς τρόπους. Υπάρχουν δυο ομάδες υγρομετρικών παραμέτρων: α) εκείνες που αποτελούν ένα απόλυτο μέτρο της υγρασίας και εξαρτώνται μόνο από το ποσό των υδρατμών στον αέρα και β) εκείνες που αποτελούν ένα σχετικό μέτρο της υγρασίας και εξαρτώνται όχι μόνο από το ποσό των υδρατμών, αλλά επίσης και από τη θερμοκρασία του αέρα. Απόλυτη υγρασία (ρw, absolute humidity) Καθορίζει το ποσό των υδρατμών σε γραμμάρια που περιέχεται σε δοσμένο όγκο υγρού ατμοσφαιρικού αέρα. Η απόλυτη υγρασία δίνεται από τον τύπο: ρw = mv/v (gr/m 3 ) όπου V είναι ο όγκος που περιέχει την μάζα των υδρατμών m v.για κάθε μια τιμή θερμοκρασίας του αέρα υπάρχει και μια αντίστοιχη μέγιστη τιμή απόλυτης υγρασίας. Ειδική υγρασία (q, specific humidity) q = mw/(md + mw) όπου m d + m w είναι η μάζα του υγρού αέρα που περιέχει τους υδρατμούς m w. Αναλογία μίγματος (w, mixing ratio) w = mw / md όπου m w είναι η μάζα των υδρατμών και m d η μάζα του ξηρού αέρα που τους περιέχει. Το ποσό των υδρατμών που μπορεί να περιέχει ο αέρας είναι ορισμένο και εξαρτάται από την θερμοκρασία του. Η πίεση των κορεσμένων υδρατμών ορίζεται ως η πίεση των υδρατμών όταν αυτοί βρίσκονται σε ισορροπία με μια επίπεδη επιφάνεια νερού της ίδιας θερμοκρασίας. Η πίεση των κορεσμένων υδρατμών πάνω από το νερό υπολογίζεται από την σχέση: Η πίεση των κορεσμένων υδρατμών πάνω από πάγο υπολογίζεται από την σχέση: όπου e sw και e si είναι η πίεση των υδρατμών κόρου εκφρασμένη σε hpa και Τ η θερμοκρασία σε Κ. 26

27 Σχετική υγρασία (r, Relative Humidity) Δείχνει το βαθμό κορεσμού της ατμόσφαιρας και ορίζεται από την σχέση: όπου r είναι η σχετική υγρασία εκφρασμένη σε επί τοις εκατό (%), e είναι η πίεση των υδρατμών και e s είναι η πίεση των κορεσμένων υδρατμών. Χαρακτηρίζει το λόγο των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα σε μια δεδομένη τιμή θερμοκρασίας και πίεσης σε σχέση με τη μέγιστη ποσότητα των υδρατμών, την οποία ο αέρας είναι ικανός να κρατήσει στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Μια μεταβολή στη σχετική υγρασία του ατμοσφαιρικού αέρα μπορεί να προκληθεί με ένα από τους δυο παρακάτω τύπους: α) Αν υπάρχει μια ελεύθερη επιφάνεια νερού, η υγρασία μπορεί να αυξηθεί με την εξάτμιση. Αυτή η διεργασία είναι βαθμιαία και προϋποθέτει τη διάχυση των υδρατμών μέσα στην ατμόσφαιρα. β) Όταν αυξάνει η θερμοκρασία του αέρα, παράλληλα αυξάνει και η ικανότητα του να συγκρατεί περισσότερη υγρασία. Σε μια τέτοια περίπτωση, εφόσον δεν προστίθενται καινούρια ποσά υδρατμών, η σχετική υγρασία θα ελαττωθεί, αντίθετα με τη μείωση της θερμοκρασίας η σχετική υγρασία αυξάνεται γιατί μειώνεται η ικανότητα κατακράτησης υδρατμών από τον αέρα. Σημείο δρόσου (Td, Dew Point) Το σημείο δρόσου ορίζεται ως η θερμοκρασία στην οποία παρουσιάζεται συμπύκνωση των υδρατμών της ατμόσφαιρας όταν αυτή αρχίζει να ψύχεται υπό σταθερή πίεση. Αφού ο θερμός αέρας είναι ικανός να συγκρατεί περισσότερους υδρατμούς από τον ψυχρό αέρα, το σημείο δρόσου, κατά μέσο όρο, είναι μεγαλύτερο το καλοκαίρι παρά τον χειμώνα, και γενικότερα αυξάνει με την αύξηση της θερμοκρασίας. όπου η θερμοκρασία δρόσου Τ d δίνεται σε βαθμούς Κελσίου και η μερική πίεση των υδρατμών e, σε hpa. Αρχές Μέτρησης Ατμοσφαιρικής Υγρασίας Διαστολή: Κάποια φυσικά σώματα (π.χ. τρίχες) διαστέλλονται όταν απορροφούν υγρασία. Η διαστολή αυτή μεταφέρεται σε έναν δείκτη πάνω σε κλίμακα ή κινούμενη ταινία. Συμπύκνωση: Τα προϊόντα της συμπύκνωσης (π.χ. υδροσταγονίδια-δρόσος) φαίνονται με παρατήρηση πάνω σε κατάλληλα ψυχόμενες επιφάνειες. Ηλεκτρικές ιδιότητες: Η ηλεκτρική αντίσταση και η διηλεκτρική σταθερά του αέρα εξαρτώνται από την περιεκτικότητά του σε υγρασία. Εξασθένιση ακτινοβολίας: Ορισμένες φασματικές περιοχές της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (υπέρυθρο, μικροκύματα) απορροφώνται από τους υδρατμούς. 27

28 Όργανα Μέτρησης Ατμοσφαιρικής Υγρασίας Ψυχρόμετρο August Αποτελείται από ένα ζευγάρι ομοίων θερμομέτρων που στερεώνονται κατακόρυφα και σε απόσταση περίπου 10 cm το ένα από το άλλο, μέσα στον μετεωρολογικό κλωβό. Το ένα θερμόμετρο διατηρείται γυμνό και ξηρό και παρέχει τη θερμοκρασία αέρα κατά την παρατήρηση. Το δοχείο του άλλου θερμομέτρου καλύπτεται από λεπτό ύφασμα και το θερμόμετρο αυτό καλείται υγρό. Το ύφασμα διατηρείται συνεχώς υγρό μέσω ειδικής σύνδεσής του με δοχείο γεμάτο νερό. Σε συνήθεις ατμοσφαιρικές συνθήκες το υγρό Ψυχρόμετρο ASSMAN Ψυχρόμετρο August θερμόμετρο δείχνει θερμοκρασία χαμηλότερη του ξηρού και υπό ειδικές συνθήκες, ίση προς αυτή. Σε αυτή την περίπτωση θεωρείται ότι η σχετική υγρασία είναι 100%. Η παρατήρηση είναι η ανάγνωση των δύο θερμομέτρων (ξηρό-υγρό) και γίνεται ανά 3-ωρο ή ανά 24-ωρο. Στη συνέχεια, ανατρέχοντας σε ειδικό πίνακα καθορίζεται η σχετική υγρασία που αντιστοιχεί στην προηγούμενη διαφορά θερμοκρασιών. Η ακρίβεια των θερμομέτρων είναι 0.2 ο C και η μονάδα μέτρησης είναι %. Ψυχρόμετρο με ανεμιστήρα ASSMAN Αποτελείται από δύο όμοια θερμόμετρα, ένα ξηρό και ένα υγρό. Το υγρό θερμόμετρο έχει το δοχείο του καλυμμένο με ειδικό ύφασμα, το οποίο βρέχεται πριν την παρατήρηση. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια ενός μηχανισμού δημιουργείται ρεύμα αέρα που περνά από τα δοχεία των δύο θερμομέτρων με ταχύτητα 4-10 m/s. 28

29 Υγρογράφος Είναι όργανο όπου το ευπαθές μέρος του αποτελείται από ειδικό σύστημα ανθρώπινων τριχών των οποίων η μεταβολή του μήκους τους, ανάλογα με τη σχετική υγρασία, προκαλεί την κάθετη κίνηση γραφίδας πάνω σε χάρτινη ταινία που είναι περιτυλιγμένη πάνω σε περιστρεφόμενο κύλινδρο. Η ταινία είναι εβδομαδιαίας καταγραφής και καταγράφει σχετική υγρασία από 0 έως 100%. Υγρογράφος Ο υγρογράφος τοποθετημένος κάτω αριστερά μέσα στον μετεωρολογικό κλωβό. 29

30 Ψυχρομετρικός πίνακας Για δεδομένη ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια θάλασσας, (π.χ mb), η σχετική υγρασία υπολογίζεται για διάφορες τιμές της θερμοκρασίας T από τη διαφορά του ξηρού και υγρού θερμομέτρου (T-T w). Στην πρώτη στήλη η τιμή e w δίνεται σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας T (για T < 0 C, δίνεται επίσης η διαφορά e w-e i). T-T w T e w e w-e i T-T w T e w T-T w T e w

31 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 5. Ατμοσφαιρική Υγρασία Ονομ/μο:... Τμήμα:... Α.Μ.... Ημερομηνία: Με τη βοήθεια του ψυχρομετρικού πίνακα που θα βρείτε στο τέλος της άσκησης να υπολογίσετε από τη θερμοκρασία του ξηρού και υγρού θερμομέτρου τη σχετική υγρασία και να τη συγκρίνετε με την πειραματική τιμή που έχει μετρηθεί. Όταν αυξάνει/ελαττώνεται η ταχύτητα του ανέμου τι συμπεραίνετε για τη σχετική υγρασία του αέρα αντίστοιχα? Ώρα Ταχύτητα ανέμου (m/s) Θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου ( o C) Θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου ( o C) Σχετική υγρασία (%) 12:00: :01: :02: :03: :04: :05: :06: :07: :08: :09: :10: :11: :12: :13: :14: :15: :16: :17: :18: :19: :20: :21: :22: :23: :24: :25: :26: :27: :28: :29: :30: Σχετική υγρασία από τον ψυχρομετρικό πίνακα (%) 31

32 2. Να παραστήσετε σε κοινό διάγραμμα τη μέση ωριαία θερμοκρασία του αέρα και τη μέση ωριαία σχετική υγρασία του αέρα. Τι παρατηρείτε? Ώρα Σχετική υγρασία (%) Θερμοκρασία αέρα ( C) Ώρα Σχετική υγρασία (%) Θερμοκρασία αέρα ( C) ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ Παρακάτω δίνεται το τμήμα του ψυχρομετρικού πίνακα που αντιστοιχεί στο εύρος θερμοκρασιών της Άσκησης 1 T-T w T e w

33 ΑΣΚΗΣΗ 6. Βροχή Η βροχή αποτελεί μία από τις σπουδαιότερες μετεωρολογικές παραμέτρους. Είναι η πιο κοινή μορφή υετού και αποτελείται από σταγόνες που βρίσκονται σε υγρή κατάσταση. 1. Βροχομετρικές παράμετροι Ύψος βροχής: Στη βροχή εκείνο που ενδιαφέρει περισσότερο είναι η ποσότητα νερού που πέφτει σε μία επιφάνεια σε ημερήσια, μηνιαία, εποχική και ετήσια βάση. Εκφράζεται με το ύψος βροχής που ορίζεται ως το ύψος που θα έφτανε η στάθμη του νερού της βροχής στο αντίστοιχο χρονικό διάστημα, αν έπεφτε πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια θεωρώντας ότι δεν υπάρχει απορροή, απορρόφηση και εξάτμιση. Το ύψος βροχής προσδιορίζεται με τα βροχόμετρα και τους βροχογράφους με ακρίβεια δεκάτου του χιλιοστού. Διεθνώς η μονάδα μέτρησης του ύψους βροχής είναι το mm ή cm. Στην πράξη λέγοντας βροχή ύψους 1mm νοείται η βροχόπτωση που αποδίδει ποσότητα νερού ίση με 1kgr πάνω σε μία επιφάνεια 1m 2. Ένταση βροχής: Μία άλλη χρήσιμη στην κλιματολογία βροχομετρική παράμετρος είναι η ένταση (ή ραγδαιότητα) της βροχής που εκφράζεται με την ποσότητα της βροχής ανά μονάδα χρόνου (συνήθως μετριέται σε χιλιοστά ανά ώρα). Η ένταση της βροχής σχετίζεται άμεσα με την αποτελεσματικότητά της, διότι επηρεάζει τη συγκέντρωση του πλεονάζοντος ποσού βροχής στην επιφάνεια του εδάφους. Διάρκεια βροχής: Ονομάζεται ο χρόνος που βρέχει σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Αριθμός ημερών βροχής: Είναι ο αριθμός των ημερών που σημειώνεται βροχή σε ένα τόπο και σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Στατιστικά σημαντικές θεωρούνται οι βροχές πάνω από 0.1 mm. 2. Ημερήσια πορεία της βροχής Ως προς την ημερήσια πορεία, η βροχή διακρίνεται σε τρεις τύπους: α. Θαλάσσιος τύπος: Παρατηρείται σε τόπους θαλάσσιας επίδρασης και παρουσιάζει ένα μέγιστο που σημειώνεται στη διάρκεια των νυχτερινών ή πρώτων πρωινών ωρών. Το μέγιστο αυτό αποδίδεται στο ότι η θερμοκρασία του αέρα αμέσως πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας δεν κατέρχεται πολύ κατά τη νύχτα εξαιτίας της επαφής του με τη θερμότερη υποκείμενη υδάτινη επιφάνεια, ενώ τα αμέσως υπερκείμενα στρώματα ψύχονται περισσότερο λόγω ακτινοβολίας. Η νυχτερινή αυτή αστάθεια ενισχύει τις μετωπικές βροχές πάνω από τη θάλασσα ή και τις δημιουργεί αν είναι ισχυρή. β. Ηπειρωτικός τύπος: Το μέγιστο βροχής σημειώνεται κατά τις απογευματινές ώρες κατά ή λίγο μετά το μέγιστο της θερμοκρασίας. Η υπερθέρμανση του αέρα εξαιτίας της θέρμανσης του υποκείμενου εδάφους οδηγεί σε ανοδικές κινήσεις και ψύξη του αέρα. Παρατηρείται στις ηπειρωτικές περιοχές κυρίως το καλοκαίρι. γ. Πολύπλοκος τύπος: Παρουσιάζει αποκλίσεις ή και συνδυασμό των παραπάνω. Μερικοί τύποι μπορεί να εμφανίζουν και τις δύο περιπτώσεις μεγίστων (νυχτερινό, απογευματινό), ενώ άλλοι είναι δυνατό να εμφανίζουν θαλάσσιο τύπο το χειμώνα και ηπειρωτικό το καλοκαίρι. 3. Ετήσια πορεία της βροχής Η ετήσια πορεία της βροχής ή το βροχομετρικό σύστημα (δηλαδή, η κατανομή της βροχής στη διάρκεια του έτους) μίας περιοχής αποτελεί θεμελιώδες κλιματικό στοιχείο, ιδαίτερα εκεί που τα ετήσια ύψη βροχής είναι αρκετά μικρά ή πολύ μεγάλα. Οι σπουδαιότεροι τύποι βροχομετρικών συστημάτων στην επιφάνεια του πλανήτη είναι: 33

34 i. Θαλάσσιο: Επικρατεί πάνω από τους ωκεανούς όπου το μέγιστο των βροχών σημειώνεται κατά το φθινόπωρο και το χειμώνα. Σ αυτές τις εποχές οι θαλάσσιες αέριες μάζες είναι θερμότερες και πλουσιότερες σε υδρατμούς από το περιβάλλον. ii. iii. iv. Ηπειρωτικό: Απαντάται στο εσωτερικό των ηπείρων. Χαρακτηριστικό του είναι οι πολλές θερινές βροχές και η χειμερινή, συνήθως, ξηρασία. Μεσογειακό ή υποτροπικό: Συναντάται στις περιοχές με μεσογειακό κλίμα. Το μέγιστο και ελάχιστο των βροχών σημειώνεται κατά το χειμώνα και το θέρος, αντίστοιχα. Επικρατεί γενικά στα προς τους πόλους όρια των ζωνών υψηλών πιέσεων (ξηρασίας) των υποτροπικών περιοχών (με γεωγραφικό πλάτος ). Μουσσωνικό: Επικρατεί στις περιοχές με μουσσωνικό τύπο κλίματος, με κύριο χαρακτηριστικό του τις άφθονες θερινές βροχές και τη χειμερινή ξηρασία. Απαντάται, επίσης, στα δυτικά των ηπείρων των τροπικών γεωγραφικών πλατών. v. Ισημερινό: Απαντάται στις περιοχές που βρίσκονται ανάμεσα στον Ισημερινό και τους παράλληλους 10 Β και 10 Ν. Σημειώνονται δύο μέγιστα βροχής κατά τις ισημερίες (περίπου 21 Μαρτίου και 23 Σεπτεμβρίου). vi. Τροπικό: Χαρακτηρίζεται από ένα μέγιστο βροχής κατά το θέρος του κάθε ημισφαιρίου όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του τόπου ή λίγο αργότερα, καθώς και από ένα ελάχιστο που σημειώνεται κατά το χειμώνα. 4. Τεχνικές μέτρησης της βροχής Τα επίγεια όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της βροχής ονομάζονται βροχόμετρα, τα δε αυτογραφικά βροχογράφοι. Συχνά, τα δεδομένα που προέρχονται από επίγειες παρατηρήσεις είναι ανεπαρκή για χρήση σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια ή στην πρόγνωση έντονων βροχοπτώσεων που μπορούν να προκαλέσουν πλημμύρες και καταστροφές. Για τον σκοπό αυτό, εφαρμόζεται η τηλεπισκόπηση, δηλαδή η παρατήρηση φαινομένων και η λήψη πληροφορίας από απόσταση με τη χρήση τηλεσκοπικών συστημάτων, όπως είναι τα μετεωρολογικά ραντάρ και οι μετεωρολογικοί δορυφόροι. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι αρχές λειτουργίας των βασικών επίγειων οργάνων μέτρησης της βροχής. Δεκαπλασιαστικό βροχόμετρο Το ογκομετρικό βροχόμετρο είναι το απλούστερο όργανο τόσο από άποψη κατασκευής όσο και χρήσης. Το νερό της βροχής συγκεντρώνεται μέσω μίας χοάνης σε ένα δοχείο συλλογής που είναι τοποθετημένο στη βάση του εσωτερικού ενός κυλίνδρου. Η μέτρηση της βροχής γίνεται με τη χρήση ενός ογκομετρικού σωλήνα κατάλληλα βαθμολογημένου σε χιλιοστά ύψους βροχής. Το δεκαπλασιαστικό βροχόμετρο ονομάζεται έτσι, γιατί το εμβαδόν της χοάνης συλλογής που βρίσκεται στο επάνω μέρος του οργάνου, είναι ακριβώς δεκαπλάσιο του αθροίσματος των εμβαδών των τομών του μεταλλικού κυλίνδρου και του γυάλινου σωλήνα που είναι τοποθετημένοι στη βάση της χοάνης κατακόρυφα. Πίσω από το γυάλινο σωλήνα είναι τοποθετημένη μια βαθμονομημένη κλίμακα σε χιλιοστά. Η διαφορά των δύο διαδοχικών αναγνώσεων του ύψους της στάθμης του νερού που είναι εντός του γυάλινου σωλήνα, δείχνει με ακρίβεια χιλιοστού το ύψος της βροχής για το χρονικό διάστημα μεταξύ των δύο αυτών μετρήσεων. 34

35 Σχήμα 1. Δεκαπλασιαστικό βροχόμετρο Βροχογράφος Ο βροχογράφος τύπου Hellman είναι το βασικό όργανο καταγραφής τόσο του ύψους βροχής όσο και της έντασης αυτής. Στην κορυφή του οργάνου βρίσκεται η χοάνη συλλογής εμβαδού 200cm 2. Το νερό της βροχής οδηγείται από την οπή της βάσης της χοάνης αυτής, μέσω σωλήνα, σε θάλαμο σιφωνίου μέσα στον οποίο υπάρχει πλωτήρας. Σχήμα 2. Βροχογράφος Η κατακόρυφη κίνηση του πλωτήρα, που προκαλείται από την εισαγωγή του νερού της βροχής μέσα στο θάλαμο του σιφωνίου παρασύρει τη γραφίδα, η οποία εφάπτεται συνεχώς μιας ταινίας προσαρμοσμένης σε ωρολογιακό μηχανισμό περιστροφής. Η ταινία καταγραφής είναι βαθμολογημένη σε χιλιοστά βροχής (οριζόντιες γραμμές) και σε χρόνο (κατακόρυφες γραμμές). Όταν δεν βρέχει, η γραφίδα γράφει οριζόντια γραμμή. Εάν αρχίσει να βρέχει τότε ο πλωτήρας μέσα στο δοχείο αρχίζει να ανυψώνεται προοδευτικά και μαζί με αυτόν η γραφίδα, η οποία χαράσσει καμπύλη στην επιφάνεια της ταινίας. Όταν η στάθμη του νερού που συλλέγεται μέσα στον κύλινδρο φτάσει ακριβώς στο ύψος της καμπύλης του σίφωνα, τότε η γραφίδα βρίσκεται στην ανώτατη υποδιαίρεση της ταινίας (τα 10mm). Μία ελάχιστη επιπλέον ποσότητα ύδατος προκαλεί την αυτόματη κένωση του δοχείου με τον σιφώνα. Τότε η γραφίδα χαράσσει μία κατακόρυφη γραμμή και κατέρχεται μέχρι το σημείο 35

36 0mm της ταινίας. Εάν η βροχή εξακολουθεί, τότε η γραφίδα ανέρχεται και πάλι και το ίδιο φαινόμενο επαναλαμβάνεται συνεχώς μέχρι να σταματήσει η βροχή. Η μορφή της καμπύλης, την οποία χαράσσει η γραφίδα πάνω στην ταινία του βροχογράφου, εξαρτάται από τη ραγδαιότητα της βροχής. Η κλίση των κατακόρυφων καμπυλών της γραφίδας ως προς το οριζόντιο επίπεδο δίνει την ένταση της βροχόπτωσης. Όταν παύει η βροχόπτωση η γραφίδα γράφει και πάλι οριζόντια γραμμή. Ο χρόνος της συγκεκριμένης βροχόπτωσης προσδιορίζεται μεταξύ των δύο οριζόντιων ιχνών της γραφίδας. Βροχόμετρο με tipping bucket (ανατροπής κάδου) Τα βροχόμετρα με tipping bucket αποτελούνται από δύο μικρούς κάδους που είναι τοποθετημένοι σε κοινό άξονα. Τα όργανα αυτά διαθέτουν μια χοάνη μέσω της οποίας γεμίζουν οι κάδοι με το νερό της βροχής και μετακινούνται κατακόρυφα. Όταν γεμίσει ο πρώτος κάδος, αλλάζει θέση επιτρέποντας το άδειασμα του κάδου αυτού και δίνοντας τη θέση του στον δεύτερο κάδο κάτω από την χοάνη. Η διαδικασία ανατροπής επαναλαμβάνεται επ' αόριστον, εφόσον η βροχή συνεχίζει να πέφτει, με κάθε άκρο αντίστοιχα να μετρά μια συγκεκριμένη ποσότητα βροχής. Οι κάδοι συνδέονται με μηχανισμό καταγραφής που μεταφέρει τις παρατηρήσεις στο χαρτί καταγραφής. Σε κάθε άκρη του άξονα υπάρχει μια μαγνητική επαφή και κάθε φορά που ανατρέπεται ένας κάδος δίνει έναν παλμό. Τέλος, η έξοδος του οργάνου συνδέεται σε είσοδο μέτρησης παλμών σε καταγραφικό σύστημα. Σχήμα 3. Βροχόμετρο με ανατροπή κάδου (πάνω αριστερά), εσωτερικός μηχανισμός βροχομέτρου (πάνω δεξιά), καταγραφικό σύστημα (κάτω). 36

37 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 6. Βροχή Ονομ/μο:... Τμήμα:... Α.Μ.... Ημερομηνία: Στον πίνακα δίνεται η ετήσια πορεία της βροχής για έξι διαφορετικές περιοχές του πλανήτη. Να παραστήσετε σε κοινό διάγραμμα την πορεία για όλες τις περιοχές. Μήνας Α Β Γ Δ Ε ΣΤ Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μάι Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπτ Οκτ Νοεμ Δεκ Με βάση το διάγραμμα να κατατάξετε κάθε περιοχή στο βροχομετρικό σύστημα που ανήκει. Σταθμός Α Β Γ Δ Ε ΣΤ Βροχομετρικό σύστημα 2. Στην ταινία βροχογράφου που σας δίνεται στο εργαστήριο να προσδιορίσετε: α) τους χρόνους έναρξης και λήξης της βροχής, β) το ημίωρο στο οποίο σημειώθηκε η μέγιστη ένταση της βροχής, γ) την τιμή της μέγιστης έντασης της βροχής, δ) το συνολικό ύψος βροχής που έχει συλλεγεί από τον βροχογράφο. 37

38 ΑΣΚΗΣΗ 7. Ατμοσφαιρική Πίεση Η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της γης ορίζεται ως το βάρος της υπερκείμενης στήλης αέρα που ασκείται σε μία επιφάνεια μοναδιαίου εμβαδού. Καθώς η ατμοσφαιρική πίεση αντιστοιχεί στο βάρος της υπερκείμενης στήλης αέρα, αναφέρεται και ως βαρομετρική πίεση (Σχήμα 1). Μας ενδιαφέρουν τόσο οι τιμές της πίεσης όσο και οι μεταβολές της, καθώς αποτελούν τις βασικότερες παραμέτρους στην πρόγνωση του καιρού. 1. Μονάδες μέτρησης πίεσης Στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI), η μονάδα μέτρησης της πίεσης είναι το pascal (Pa) που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 Ν που δρα σε επιφάνεια 1 m 2. Για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης χρησιμοποιείται το 1bar, το οποίο αντιστοιχεί σε δύναμη N που ασκείται σε επιφάνεια 1 m 2, δηλαδή σε Pa: 1 bar = Pa Καθώς το bar είναι σχετικά μεγάλη μονάδα και οι μεταβολές της επιφανειακής πίεσης είναι σχετικά μικρές, η μονάδα πίεσης που συνήθως χρησιμοποιείται είναι το millibar (mb) ή το hectopascal (hpa), δηλαδή: 1 mb = 1 hpa 1 bar = 1000 mb =1000 hpa Επίσης, η ατμοσφαιρική πίεση μετριέται σε χιλιοστά της στήλης υδραργύρου (Hg) ή Torr 1 mmhg 1 Torr 133 Pa Τέλος, στην επιφάνεια της θάλασσας, η μέση ατμοσφαιρική πίεση είναι 1 atm: 1 atm = mb = hpa = 760 mmhg Σχήμα 1. Ατμοσφαιρική πίεση 2. Όργανα μέτρησης πίεσης Η ατμοσφαιρική πίεση μετράται κυρίως με δύο τρόπους: α) με τα βαρόμετρα υγρής στήλης, στα οποία ανήκουν τα υδραργυρικά βαρόμετρα και β) με τα ανεροειδή βαρόμετρα. Στους μετεωρολογικούς σταθμούς χρησιμοποιούνται κυρίως τα υδραργυρικά βαρόμετρα λόγω της μεγάλης τους ακρίβειας, αν και γι αυτά τα όργανα είναι απαραίτητη η αναγωγή των μετρούμενων τιμών πίεσης (βλ. παράγραφο 3). i. Υδραργυρικά βαρόμετρα Το υδραργυρικό βαρόμετρο εφευρέθηκε από τον Evangelista Torricelli το Το βαρόμετρο αποτελούνταν από ένα γυάλινο σωλήνα, ανοιχτό από τη μία μεριά και κλειστό από την άλλη. Αφαιρώντας τον αέρα από το σωλήνα και καλύπτοντας την ανοιχτή επιφάνεια, ο Torricelli βύθισε το σωλήνα μέσα σε ένα δοχείο με υδράργυρο. Αφαιρώντας το κάλυμμα, ο υδράργυρος ανέβηκε στο σωλήνα σχεδόν 760 mm από την επιφάνεια του δοχείου. Έτσι, συμπέρανε ότι η στήλη του υδραργύρου στο σωλήνα εξισορροπούσε το βάρος του αέρα πάνω στην ελεύθερη επιφάνεια του υδραργύρου και κατά συνέπεια το ύψος της στήλης αποτελούσε ένα μέτρο της ατμοσφαιρικής πίεσης. 38

39 Σήμερα, χρησιμοποιείται το υδραργυρικό βαρόμετρο Fortin. Στο κάτω μέρος του βρίσκεται το δοχείο που περιλαμβάνει χημικώς καθαρό υδράργυρο, ο οποίος κινείται προς τα πάνω εντός ειδικού γυάλινου σωλήνα. Στο επάνω τμήμα του σωλήνα είναι προσαρμοσμένη κλίμακα βαθμολογημένη σε μονάδες ατμοσφαιρικής πίεσης (Σχήμα 2). Για τη σωστή μέτρηση, ο παρατηρητής πρέπει να εφαρμόζει κάθε φορά το μάτι του στην ελεύθερη επιφάνεια της υδραργυρικής στήλης και να διαβάζει την ένδειξη της κλίμακας που συμπίπτει με αυτή. Σχήμα 2. Υδραργυρικό βαρόμετρο Fortin ii. Ανεροειδή βαρόμετρα Οι πιο κοινοί τύποι βαρομέτρων, τα ανεροειδή βαρόμετρα, δεν περιλαμβάνουν τη χρήση υγρού. Μεταλλικά βαρόμετρα Το μεταλλικό βαρόμετρο αποτελείται από έναν μικρό, εύκαμπτο μεταλλικό θάλαμο (δοχείο Vidi), ερμητικά κλειστό. Ο θάλαμος βρίσκεται σχεδόν σε κενό αέρα, έτσι ώστε ακόμα και οι παραμικρές μεταβολές της εξωτερικής πίεσης να τον συστέλουν ή να τον διαστέλουν. Κάθε μεταβολή του μεγέθους του θαλάμου μεγεθύνεται και μεταφέρεται μέσω ενός συστήματος μοχλών και ελατηρίων σε ένα δείκτη που κινείται πάνω σε βαθμονομημένο κυκλικό δίσκο (Σχήμα 3). 39

40 Σχήμα 3. Μεταλλικό βαρόμετρο Βαρογράφοι Το βασικό μέρος του βαρογράφου είναι η κατακόρυφη στήλη των 12 μεταλλικών αερόκενων δισκοειδών τυμπάνων. Όταν η πίεση αυξάνει, τα τύμπανα συμπιέζονται και με τη βοήθεια μεταλλικών μοχλών μετακινείται προς τα πάνω μία γραφίδα προσαρμοσμένη σε ένα βραχίονα. Η γραφίδα αυτή εφάπτεται σε μία ταινία βαθμολογημένη σε μονάδες πίεσης που σημειώνει μία συνεχή καταγραφή της πίεσης (οριζόντιες γραμμές) και χρόνου (κατακόρυφες γραμμές). Η ταινία είναι τοποθετημένη σε αργά περιστρεφόμενο τύμπανο με ωρολογιακό μηχανισμό. Έτσι, επιτυγχάνεται η καταγραφή των τιμών της ατμοσφαιρικής πίεσης σε εβδομαδιαία βάση. Σχήμα 4. Βαρογράφος 40

41 3. Αναγωγές/διορθώσεις μετρήσεων ατμοσφαιρικής πίεσης Σύμφωνα με την υδροστατική εξίσωση ισχύει: ΔP = h ρ(τ) g(φ, h) Κατά συνέπεια, η ατμοσφαιρική πίεση εξαρτάται από την θερμοκρασία του αέρα Τ, το γεωγραφικό πλάτος φ και το υψόμετρο του τόπου h στον οποίο λαμβάνεται η μέτρηση. Για να είναι, επομένως, οι μετρήσεις της πίεσης στους διάφορους τόπους συγκρίσιμες μεταξύ τους και να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την χάραξη των χαρτών επιφανείας, θα πρέπει η πίεση να αναχθεί στις ίδιες σταθερές συνθήκες. Μετά τις αναγωγές/διορθώσεις προκύπτει η ανηγμένη βαρομετρική πίεση. i. Αναγωγή στους 0 C ii. iii. Η ανάγνωση της στήλης του υδραργύρου δεν είναι απλή. Καθώς ο υδράργυρος είναι υγρό, είναι ευαίσθητος στις μεταβολές της θερμοκρασίας. Η αύξηση/μείωση της θερμοκρασίας αυξάνει/μειώνει το ύψος της υδραργυρικής στήλης, ενώ ταυτόχρονα μεταβάλλει τις χαραγές στην κλίμακα του βαρομέτρου. Κατά συνέπεια, για να ληφθούν ακριβείς μετρήσεις θερμοκρασίας, σε όλα τα υδραργυρικά βαρόμετρα γίνεται διόρθωση με αφαιρετική αναγωγή της μέτρησης για Τ>0 C και προσθετική για Τ<0 C. Αυτή η αναγωγή γίνεται με τη βοήθεια πινάκων μεταβολής της πίεσης συναρτήσει της θερμοκρασίας του βαρομέτρου. Αναγωγή στη μέση στάθμη της θάλασσας Η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου. Κοντά στην επιφάνεια της γης, η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται κατά περίπου 10mb ανά 100m αύξησης του υψομέτρου. Έτσι, οι υψομετρικές διορθώσεις γίνονται για είναι δυνατή η σύγκριση των μετρήσεων των βαρομέτρων σε διαφορετικούς τόπους. Όλες οι παρατηρήσεις της πίεσης ανάγονται στην μέση στάθμη της θάλασσας που είναι το επίπεδο που αντιπροσωπεύει τη μέση επιφάνεια των ωκεανών. Η ανηγμένη πίεση ονομάζεται πίεση στη μέση στάθμη θάλασσας (mean sea-level pressure). Η αναγωγή αυτή είναι προσθετική, εκτός από τους σταθμούς που βρίσκονται κάτω από τη μέση στάθμη της θάλασσας. Αναγωγή στην κανονική βαρύτητα Καθώς η γη δεν είναι σφαιρική, η δύναμη της βαρύτητας δεν είναι σταθερή και μικρές μεταβολές της επηρεάζουν το ύψος της στήλης υδραργύρου. Για το λόγο αυτό, γίνεται αναγωγή της ατμοσφαιρικής πίεσης στην κανονική βαρύτητα (g = m/s 2 ) που αντιστοιχεί σε γεωγραφικό μήκος φ=45 και υψόμετρο 0m. Στα μεταλλικά βαρόμετρα δεν γίνεται αναγωγή στην κανονική βαρύτητα, γιατί η μέτρηση της πίεσης δεν βασίζεται στο βάρος του αέρα. Η αναγωγή είναι προσθετική για φ>45 ο και αφαιρετική για φ<45 ο. 4. Χάρτες καιρού επιφανείας Πρωταρχικό ρόλο στην ανάλυση και πρόγνωση του καιρού έχουν τα δεδομένα παρατηρήσεων που συλλέγονται καθημερινά στην επιφάνεια του εδάφους, αλλά και καθ ύψος, από ένα εκτεταμένο δίκτυο σταθμών σε όλη τη γη. Στα παρατηρούμενα στην επιφάνεια στοιχεία ανήκουν η ατμοσφαιρική πίεση (κάθε τρεις ή έξι ώρες) και η τάση τριώρου (δηλ. η μεταβολή της πίεσης τις τρεις ώρες πριν την παρατήρηση). Αφού η πίεση υποστεί τις κατάλληλες αναγωγές (θερμοκρασία 0 C, μηδενικό υψόμετρο και κανονική βαρύτητα) αποστέλλεται μαζί με τις υπόλοιπες παρατηρήσεις στα κέντρα πρόγνωσης καιρού, όπου αποκωδικοποιούνται και καταγράφονται πάνω σε χάρτες. Μετά την καταγραφή των στοιχείων χαράσσονται οι χάρτες καιρού επιφανείας (Σχήμα 5). 41

42 Σχήμα 5. Χάρτης καιρού επιφανείας Τo βασικότερο στοιχείο για τους χάρτες καιρού επιφανείας είναι η βαρομετρική πίεση. Με τη βοήθεια των δεδομένων πίεσης χαράσσονται οι ισοβαρείς καμπύλες, δηλαδή οι καμπύλες που ενώνουν τους τόπους με την ίδια ανηγμένη βαρομετρική πίεση. Κατά την χάραξη των χαρτών καιρού λαμβάνεται μέριμνα ώστε να εξαλείφονται τυχόν εσφαλμένα δεδομένα των σταθμών. Τέτοια δεδομένα μπορεί να οφείλονται σε σφάλματα που έγιναν είτε κατά τις παρατηρήσεις, είτε κατά την κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση των στοιχείων. Η εξάλειψη των εσφαλμένων δεδομένων γίνεται μέσω της σύγκρισης αυτών με δεδομένα γειτονικών σταθμών και της εκτίμησης του κατά πόσον είναι δυνατό να συμφωνούν αυτά με την όλη διαδοχή των μεγάλης κλίμακας καθώς και των τοπικών καιρικών φαινομένων. Οι ισοβαρείς καμπύλες χαράσσονται ανά 5hPa κυρίως στους ημισφαιρικούς χάρτες ή ανά 4hPa στους χάρτες που καλύπτουν μικρότερη έκταση, ξεκινώντας πάντοτε από τα 1000 hpa (π.χ. 992hPa, 996hPa, 1000hPa, 1004hPa, 1008hPa, κ.λπ.). Οι ισοβαρείς καμπύλες δίνουν την κατανομή των βαρομετρικών πιέσεων στην επιφάνεια και έτσι προσδιορίζεται η ύπαρξη βαρομετρικών συστημάτων πάνω σε αυτή. Τα συστήματα αυτά είναι τα βαρομετρικά χαμηλά και υψηλά. Εάν η κατανομή της πίεσης σε μία περιοχή είναι τέτοια ώστε οι ισοβαρείς επιφανείας να έχουν τη μορφή κλειστών καμπυλών με την πίεση να ελαττώνεται από την περιφέρεια προς το κέντρο τότε στην περιοχή αυτή υπάρχει ένα βαρομετρικό χαμηλό, ενώ αν οι ισοβαρείς είναι κλειστές καμπύλες με την πίεση να αυξάνει από την περιφέρεια προς το κέντρο στην περιοχή αυτή υπάρχει ένα βαρομετρικό υψηλό (ή αντικυκλώνας). 42

43 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 7. Ατμοσφαιρική πίεση Ονομ/μο:... Α.Μ.... Τμήμα:... Ημερομηνία: Να χαράξετε στον παρακάτω χάρτη τις ισοβαρείς καμπύλες ανά 4 hpa και να εντοπίσετε τα συστήματα υψηλών και χαμηλών πιέσεων. 2. Να χαράξετε στους πραγματικούς χάρτες επιφανείας και 500hPa που σας δίνονται στο εργαστήριο τις ισαβαρείς και ισοϋψείς καμπλύλες, αντίστοιχα. 43

44 ΑΣΚΗΣΗ 8. Άνεμος Άνεμος ονομάζεται κάθε ρεύμα ατμοσφαιρικού αέρα σε σχέση με το έδαφος. Επειδή η κάθετη συνιστώσα των ατμοσφαιρικών κινήσεων είναι πολύ μικρή, κυρίως κοντά στο έδαφος, με τον όρο άνεμος θα εννοείται η οριζόντια μόνο συνιστώσα. Ο άνεμος μεταβάλλεται σημαντικά καθώς μεταβαίνουμε από την επιφάνεια της γης στα ανώτερα στρώματα. Ο άνεμος προσδιορίζεται με την ένταση (ή ταχύτητα) του (m/s) και με την διεύθυνσή του, που δεν είναι η ανυσματική, αλλά η διεύθυνση από την οποία πνέει ο άνεμος σε έναν τόπο. Ο προσδιορισμός της ταχύτητας και διεύθυνσης του ανέμου γίνεται είτε εμπειρικά με την κλίμακα Beaufort, είτε με όργανα. Προσδιορισμός έντασης ανέμου Η ένταση του ανέμου προσδιορίζεται με ανεμόμετρα και ανεμογράφους. Διακρίνονται σε: 1. Ανεμόμετρα ταχύτητας, στα οποία η ένταση καταγράφεται από την ταχύτητα περιστροφής ορισμένων στελεχών του οργάνου και μετρούν μέσες τιμές έντασης 2. Ανεμόμετρα πίεσης, στα οποία η ένταση προσδιορίζεται από την πίεση που ασκείται σε ορισμένο στέλεχος του οργάνου και παρέχουν στιγμιαίες τιμές έντασης 3. Ηλεκτρικά ανεμόμετρα, τα οποία είναι κατάλληλα για μικρομετεωρολογικές και μικροκλιματικές παρατηρήσεις Η τοποθέτηση των ανεμομέτρων πρέπει να γίνεται σε ανοιχτούς χώρους και τα γύρω αντικείμενα να απέχουν από τη βάση του ανεμομέτρου απόσταση 10πλάσια τουλάχιστον του ύψους του αντικειμένου. Ανεμόμετρο με κύπελλα και ανεμοδείκτης Ανεμόμετρα πίεσης 44

45 Ανεμόμετρο με χρήση υπερήχων Προσδιορισμός διεύθυνσης ανέμου Αρχή λειτουργίας ανεμομέτρου με χρήση υπερήχων Η διεύθυνση του ανέμου προσδιορίζεται με τους ανεμοδείκτες και μετριέται σε μοίρες (από 0 έως 360 ) με αρχή το Βορρά και στροφή κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού. Ενιοτε καταγράφεται στις 16 κύριες διευθύνσεις, όπως φαίνονται στον ακόλουθο πίνακα. Τα διαγράμματα που προκύπτουν από την απεικόνιση των διαφόρων διευθύνσεων για ορισμένη χρονική περίοδο, ονομάζονται ροδογράμματα. Διευθύνσεις ανέμου Συντομογραφία διεύθυνση ανέμου Μοίρες N Βόρειος 0 NNE Βόρειος Βορειοανατολικός 22.5 NE Βορειοανατολικός 45 ENE Ανατολικός Βορειοανατολικός 67.5 E Ανατολικός 90 ESE Ανατολικός Νότιοανατολικός SE Νότιοανατολικός 135 SSE Νότιος Νότιοανατολικός S Νότιος 180 SSW Νότιος Νοτιοδυτικός SW Νοτιοδυτικός 225 WSW Δυτικός Νοτιοδυτικός W Δυτικός 270 WNW Δυτικός Βορειοδυτικός NW Βορειοδυτικός 315 NNW Βόρειος Βορειοδυτικός

46 Πίνακας ταχύτητας ανέμου για Μετατροπή κόμβων, Μποφόρ, μ/δ και χλμ/ω Κόμβοι Μποφόρ μ/δ χλμ/ω Ετικέτα Αποτελέσματα στη θάλασσα Αποτελέσματα στην ξηρά Κάλμα Θάλασσα σαν καθρέπτης Κάλμα. Ο καπνός υψώνεται κάθετα Ελαφρύς αέρας Ελαφριά Αύρα Απαλή Αύρα Μέτρια Αύρα Φρέσκια Αύρα Κυματισμός με την εμφάνιση κλίμακας εμφανίζεται αλλά χωρίς κορυφές αφρού. Μικρά κύματα, ακόμα χαμηλά, πιό έντονα όμως. Οι κορυφές έχουν μονότονη εμφάνιση και δεν εκτονώνονται. Τα κύματα μεγαλώνουν. Οι κορυφές αρχίζουν να εκτονώνονται. Αφρός μονότονης εμφάνισης. Ίσως διασκορπισμένα προβατάκια. Τα μικρά κύματα γίνονται μεγαλύτερα, αρκετά συχνά προβατάκια. Μέτρια κύματα που παίρνουν μια πιο έντονη, εκτεταμένη μορφή με πολλά προβατάκια να σχηματίζονται. Πιθανότητα για κάποιο σπρέι. Η κινηση του ανέμου ορατή στον καπνό. Ο άνεμος είναι αισθητός στο δέρμα. Τα φύλλα θροίζουν. Φύλλα και μικρότερα κλαδάκια σε συνεχή κίνηση. Σκόνη και χαρτιά υψώνονται. Κλαδιά αρχίζουν να κινούνται. Κλαδιά μέσου μεγέθους αρχίζουν να κινούνται. Μικρά δέντρα αρχίζουν να κουνιούνται. 46

47 Δυνατή Αύρα Σχεδόν Θύελλα Θύελλα Ισχυρή Θύελλα Καταιγίδα Βίαιη Καταιγίδα Τυφώνας Μεγάλα κύματα αρχίζουν να σχηματίζονται και οι κορυφές με τον λευκό αφρό είναι πιο εκτεταμένες παντού. Πιθανότητα για κάποιο σπρέι. Η θάλασσα συσσωρεύεται και λευκός αφρός από κύματα που εκτονώνονται αρχίζει να εκτοξεύεται σε ριπές προς την κατεύθυνση του ανέμου. Αρκετά ψηλά κύματα μεγαλύτερου μήκους με τις άκρες των κορυφών να αρχίζουν παρασύρονται από τον άνεμο. Ο αφρός εκτοξεύεται σε διακεκριμένες ριπες στην κατεύθυνση του ανέμου Ψηλά κύματα. Πυκνές ριπές αφρού κατά την κατεύθυνση του ανέμου. Οι κορυφές των κυμάτων αρχίζουν να ανατρέπονται. Το σπρέι μπορεί να επηρεάζει την ορατότητα. Πολύ υψηλά κύματα με μεγάλες, μετέωρες κορυφές. Ο αφρός που προκαλείται, σε μεγάλες δέσμες, εκτοξεύεται σε πυκνές λευκές ριπές προς την κατεύθυνση του ανέμου. Σε ολόκληρη την επιφάνειά της, η θάλασσα παίρνει μια λευκή όψη. Η ορατότητα επηρεάζεται. Εξαιρετικά υψηλά κύματα (μικρά και μέτρια σε μέγεθος πλοία μπορεί να εξαφανιστούν πίσω από τα κύματα). Η θάλασσα καλύπτεται πλήρως από μεγάλα τμήματα αφρού που πετάει προς την κατεύθυνση του ανέμου. Οι κορυφές των κυμάτων αφρίζουν σε όλη την επιφάνεια της θάλασσας. Η ορατότητα επηρεάζεται. Ο αέρας είναι γεμάτος από αφρό και σπρέι. Η θάλασσα είναι τελείως λευκή με οδηγούμενο από τον άνεμο σπρέι και η ορατότητα επηρεάζεται σοβαρά. Μεγάλα κλαδιά σε κίνηση. Σφύριγμα αισθητό σε καλώδια. Η χρήση της ομπρέλας γίνεται δύσκολη. Ολόκληρα δέντρα σε κίνηση. Χρειάζεται προσπάθεια για να περπατήσεις κόντρα στον άνεμο. Μπορεί να γίνει αισθητή κίνηση σε ουρανοξύστες, ειδικά σε υψηλότερους ορόφους. Κλαδιά σπάνε από δέντρα. Αυτοκίνητα αλλάζουν κατεύθυνση στον δρόμο. Μεγαλύτερα κλαδιά αποκόπτονται από δέντρα και κάποια μικρά δέντρα παρασύρονται. Πινακίδες κατασκευών ή προσωρινές και αναχώματα παρασύρονται. Ζημιές σε τέντες τσίρκο και σκιας. Δέντρα σπάνε ή ξεριζώνονται, δενδρύλια λυγίζουν και παραμορφώνονται, ασφάλτινες πλάκες με ελλειπή εφαρμογή και πλάκες σε στέγες σπιτιών αποκολλούνται. Εκτεταμένη βλάστηση υπόκειται σε ζημιές. Μεγαλύτερες ζημιές στις περισσότερες επιφάνειες στεγών, ασφάλτινες πλάκες που έχουν λυγίσει ή ραγίσει μπορεί να αποκολληθούν εντελώς. Σημαντική και εκτεταμένη ζημιά στη βλάστηση, σπάσιμο παραθύρων, δομικές ζημιές σε λυόμενα σπίτια και πρόχειρες κατασκευές παραπηγμάτων και αχυρώνων.συντρίμια εκσφενδονίζονται. 47

48 Εργαστήριο Κλιματολογίας: Άσκηση 8. Άνεμος Ονομ/μο:... Α.Μ.... Τμήμα:... Ημερομηνία... Να υπολογιστούν οι συχνότητες των κλάσεων της έντασης του ανέμου ανά διεύθυνση και να σχεδιαστεί το αντίστοιχο ροδόγραμμα, με τη βοήθεια του παρακάτω πίνακα. Ώρα Διεύθυνση (μοίρες) Διεύθυνση Ένταση ανέμου 00:00:00 πμ 352 N :15:00 πμ 74 ENE :30:00 πμ 302 WNW :45:00 πμ 292 WNW :00:00 πμ 341 NNW :15:00 πμ 96 E :30:00 πμ 288 WNW :45:00 πμ 275 W 1 02:00:00 πμ 68 ENE :15:00 πμ 45 NE :30:00 πμ 271 W :45:00 πμ 149 SSE :00:00 πμ 74 ENE :15:00 πμ 39 NE :30:00 πμ 52 NE :45:00 πμ 44 NE :00:00 πμ 49 NE :15:00 πμ 34 NE :30:00 πμ 32 NNE :45:00 πμ 359 N :00:00 πμ 34 NE :15:00 πμ 219 SW :30:00 πμ 8 N :45:00 πμ 23 NNE :00:00 πμ 21 NNE :15:00 πμ 35 NE :30:00 πμ 357 N :45:00 πμ 9 N :00:00 πμ 18 NNE :15:00 πμ 34 NE :30:00 πμ 37 NE :45:00 πμ 34 NE :00:00 πμ 13 NNE :15:00 πμ 15 NNE :30:00 πμ 37 NE :45:00 πμ 34 NE :00:00 πμ 22 NNE :15:00 πμ 45 NE :30:00 πμ 22 NNE :45:00 πμ 36 NE :00:00 πμ 48 NE :15:00 πμ 44 NE :30:00 πμ 46 NE :45:00 πμ 45 NE :00:00 πμ 58 ENE :15:00 πμ 51 NE 5 11:30:00 πμ 56 NE 5 11:45:00 πμ 55 NE 5 12:00:00 μμ 48 NE :15:00 μμ 56 NE :30:00 μμ 56 NE :45:00 μμ 57 ENE :00:00 μμ 50 NE :15:00 μμ 52 NE :30:00 μμ 55 NE :45:00 μμ 54 NE :00:00 μμ 50 NE :15:00 μμ 68 ENE :30:00 μμ 77 ENE :45:00 μμ 80 E :00:00 μμ 69 ENE :15:00 μμ 68 ENE 5 03:30:00 μμ 67 ENE :45:00 μμ 63 ENE :00:00 μμ 65 ENE :15:00 μμ 67 ENE :30:00 μμ 64 ENE 5 04:45:00 μμ 65 ENE :00:00 μμ 63 ENE :15:00 μμ 63 ENE :30:00 μμ 52 NE 4 05:45:00 μμ 54 NE :00:00 μμ 54 NE :15:00 μμ 51 NE :30:00 μμ 46 NE :45:00 μμ 39 NE :00:00 μμ 48 NE :15:00 μμ 28 NNE :30:00 μμ 44 NE :45:00 μμ 46 NE :00:00 μμ 28 NNE :15:00 μμ 36 NE :30:00 μμ 8 N :45:00 μμ 29 NNE :00:00 μμ 2 N 5 09:15:00 μμ 16 NNE :30:00 μμ 0 N :45:00 μμ 350 N :00:00 μμ 246 WSW :15:00 μμ 356 N :30:00 μμ 350 N :45:00 μμ 349 N :00:00 μμ 356 N :15:00 μμ 53 NE 3 11:30:00 μμ 20 NNE :45:00 μμ 50 NE

49 Διεύθυνση Συχνότητα 49

50 ΆΣΚΗΣΗ 9. Πρόγνωση σημαντικού καιρού Οι μετεωρολογικές υπηρεσίες ανά τον κόσμο έχουν σαν αποστολή την παροχή υπηρεσιών που αφορούν στον καιρό και το κλίμα και που σχετίζονται με όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Οι μετεωρολογικές υπηρεσίες παρακολουθούν στενά τις καθημερινές μεταβολές του καιρού μέσα από ένα παγκόσμιο δίκτυο παρατηρήσεων. Περισσότεροι από επίγειοι σταθμοί, εκατοντάδες πλοία και πλωτοί σταθμοί μέτρησης παρέχουν πληροφορίες του καιρού στην επιφάνεια 4 φορές ημερησίως (0000, 0600, 1200, 1800 UTC). Επιπρόσθετη πληροφορία της κατάστασης της ατμόσφαιρας καθ ύψος δίνεται από ραδιοβολίσεις, αεροσκάφη και δορυφόρους. Οι ραδιοβολίσεις λαμβάνουν χώρα στις 0000 και 1200UTC, ενώ οι παρατηρήσεις από αεροσκάφη και δορυφόρους δεν γίνονται απαραίτητα σε καθορισμένες ώρες μέσα στην ημέρα. Ο Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός (WMO) είναι υπεύθυνος για την ανταλλαγή των δεδομένων καιρού διεθνώς και διασφαλίζει ότι η διαδικασία των παρατηρήσεων δεν διαφέρει από χώρα σε χώρα. Η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (ΕΜΥ) αποτελεί τον επίσημο πάροχο της μετεωρολογικής πληροφορίας στην Ελλάδα και το κέντρο επιχειρήσεών της εδρεύει στο Ελληνικό. Εργαλεία Πρόγνωσης Καιρού Οι προγνώστες σήμερα έχουν πρόσβαση σε αρκετές εκατοντάδες χάρτες και διαγράμματα, σε κατακόρυφες κατανομές θερμοκρασίας, υγρασίας και ανέμου, καθώς και σε δορυφορικές εικόνες στο ορατό και στο υπέρυθρο και σε πληροφορίες από radar. Για να υπάρχει η δυνατότητα διαχείρισης όλης της διαθέσιμης πληροφορίας είναι απαραίτητη η χρήση υπολογιστικών συστημάτων για τη μεταφορά των δεδομένων, την αποθήκευση, την επεξεργασία και την απεικόνιση τους. Για τον λόγο αυτό, οι μετεωρολογικές υπηρεσίες διαθέτουν τα ισχυρότερα και πλέον σύγχρονα υπολογιστικά μηχανήματα στον κόσμο. 1. Επίγειοι Μετεωρολογικοί Σταθμοί Οι μετεωρολογικοί σταθμοί της ΕΜΥ ακολουθούν τα πρότυπα του Παγκόσμιου Μετεωρολογικού Οργανισμού (WMO) και έχουν τη δυνατότητα να καταγράφουν τις ακόλουθες παραμέτρους: Ηλιοφάνεια, Ακτινοβολία, Νέφωση, Άνεμο, Πίεση, Υετό, Εξάτμιση, Θερμοκρασία, Υγρασία, Θερμοκρασία Εδάφους, Ορατότητα. Τα όργανα μέτρησης που βρίσκονται στους μετεωρολογικούς σταθμούς έχουν περιγραφεί στις προηγούμενες εργαστηριακές ασκήσεις. 2. Μετεωρολογικοί Σταθμοί Ανώτερης Ατμόσφαιρας - Προγνωστική Ραδιοβόλιση Οι προγνωστικές ραδιοβολίσεις παρέχουν κρίσιμη πληροφορία στην πρόγνωση του καιρού, καθώς καταγράφουν την κατάσταση της ατμόσφαιρας καθ ύψος από την επιφάνεια μέχρι την τροπόπαυση. Στην Ελλάδα πραγματοποιούνται δύο ραδιοβολίσεις καθημερινά στις 00 UTC και 12 UTC στους σταθμούς Ελληνικού, Μίκρας και Ηρακλείου. Η ραδιοβολίδα είναι μία συσκευή που διαθέτει όργανα για την καταγραφή της ατμοσφαιρικής πίεσης, της θερμοκρασίας, της θερμοκρασίας σημείου δρόσου και της ταχύτητας/διεύθυνσης ανέμων καθ' ύψος από την επιφάνεια έως τα 100hPa περίπου. Δένεται σε ένα μπαλόνι με ήλιο και αφήνεται σε ανοδική πορεία στην ατμόσφαιρα. Κατά την ανοδική κίνηση της ραδιοβολίδας, τα μετεωρολογικά δεδομένα μαζί με την θέση αποστέλλονται στον επίγειο δέκτη (με χρήση δύο ραδιοσυχνοτήτων MHz και MHz) με χρονικό βήμα 1-6 s. 50

51 Σχήμα 1. α) Δεδομένα της ραδιοβόλισης για την Αθήνα (Ελληνικό) στις 12 Feb Ζ. Η απεικόνιση παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Wyoming ( και β) Ραδιοβολίδα κατά τη διαδικασία ανόδου στην ατμόσφαιρα. 3. Μοντέλα Αριθμητικής Πρόγνωσης Καιρού Οι σύγχρονοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να αναλύουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων με εξαιρετικά μεγάλη ταχύτητα, αλλά και να παρέχουν πρόγνωση του καιρού. Η καθημερινή πρόγνωση από υπολογιστές μέσω μαθηματικών εξισώσεων ονομάζεται αριθμητική πρόγνωση καιρού (numerical weather prediction - NWP). Τα NWP μοντέλα είναι υπολογιστικά προγράμματα που επιλύουν τις εξισώσεις της ατμόσφαιρας για μικρά χρονικά βήματα στο μέλλον, για ένα σύνολο θέσεων με δεδομένη απόσταση μεταξύ τους που ονομάζονται πλεγματικά σημεία (grid points) και για πολλά κατακόρυφα επίπεδα στην ατμόσφαιρα. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών επανατροφοδοτούν τις αρχικές εξισώσεις και η διαδικασία επαναλαμβάνεται για έναν ορισμένο αριθμό χρονικών βημάτων παρέχοντας ένα τελικό προγνωστικό διάγραμμα για μία επιλεγμένη χρονική στιγμή στο μέλλον. 4. Μετεωρολογικοί Δορυφόροι Σήμερα, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι μπορούν να σαρώσουν όλη τη Γη ανιχνεύοντας κάθε τροπική καταιγίδα ή σύστημα ακραίου καιρού. Η έγκαιρη πρόγνωση και προειδοποίηση που παρέχουν αποδεικνύονται σωτήριες για την ανθρώπινη ζωή. Επίσης, οι πληροφορίες που καταγράφουν οι δορυφόροι τα 30 τελευταία χρόνια, αποτελούν πολύτιμη βοήθεια για τους επιστήμονες. Οι μετεωρολόγοι αντλούν τα δεδομένα από τους δορυφόρους για να προβλέψουν τον καιρό τις επόμενες ώρες, ενώ οι κλιματολόγοι ανατρέχουν στα αρχεία για να συγκρίνουν τις μετρήσεις με αυτές των προηγούμενων μηνών ή ετών. Η υπηρεσία Eumetsat, της οποίας η ΕΜΥ είναι μέλος, διαχειρίζεται συστήματα υψηλής ακρίβειας και δύο εναλλακτικούς τύπους δορυφόρων, οι οποίοι κατασκευάζονται από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (European Space Agency - ESA). Οι δορυφόροι πολικής τροχιάς MetOp παρέχουν υψηλής ακρίβειας δεδομένα για τη θερμοκρασία και την υγρασία του περιβάλλοντος που χρησιμοποιούνται τόσο στην επιχειρησιακή μετεωρολογία, όσο και στις 51

52 κλιματικές μελέτες. Ο συνδυασμός των οργάνων στους Metop δίνει τη δυνατότητα παρακολούθησης της γης μέρα και νύχτα, ακόμα και με νεφοκάλυψη. Σχήμα 2. Οι δύο δορυφόροι Metop πετούν σε συμπληρωματικές τροχιές για να διασφαλίσουν παγκόσμια κάλυψη με χρονικά διαστήματα μικρότερα από 6h. Από την άλλη πλευρά, οι γεωστατικοί δορυφόροι Meteosat μπορούν να μας εφοδιάζουν με δεκάδες διαφορετικές φωτογραφίες της Γης σε πραγματικό χρόνο. Σε γεωστατική τροχιά στα 36,000 km πάνω από τον Ισημερινό, οι δορυφόροι Meteosat (Meteosat-7, -8, -9 και -10) επιχειρούν πάνω από την Ευρώπη και την Αφρική και διαθέτουν σύστημα απεικόνισης στο ορατό και το υπέρυθρο (SEVIRI) που παρατηρεί τη Γη σε 12 φασματικά κανάλια, καθώς και ραδιόμετρο ορατούυπερύθρου (GERB) για μελέτες ισοζυγίου ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα, οι Metop-A και Metop-B περιφέρονται σε χαμηλή πολική τροχιά σε ύψος 817 km και παρέχουν λεπτομερέστατες παρατηρήσεις της παγκόσμιας ατμόσφαιρας, των ωκεανών και της ξηράς. Τα δεδομένα που καταγράφονται από τα όργανα που βρίσκονται στους Metop μπορούν να αφομοιωθούν άμεσα από τα NWP μοντέλα για την πραγματοποίηση προγνώσεων από μερικές ώρες έως και 10 ημέρες μπροστά. Μετρήσεις από ραδιόμετρα μικροκυμάτων και υπερύθρου και άλλους αισθητήρες μέτρησης, παρέχουν στα NWP μοντέλα κρίσιμη πληροφορία για την δομή της παγκόσμιας ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας και υγρασίας σε πολύ υψηλή οριζόντια και κατακόρυφη ανάλυση. Επίσης, οι δορυφόροι αυτοί διασφαλίζουν τη συνέχεια στη μακροχρόνια καταγραφή των παραγόντων που παίζουν σημαντικό ρόλο στην κλιματική αλλαγή, όπως για παράδειγμα μεταβολές στη συμπεριφορά των νεφών, της χιονοκάλυψης και των παγοκαλυμμάτων, της επιφανειακής θερμοκρασίας των ωκεανών και των ανέμων. Σχήμα 3. Εικόνα δορυφόρου Meteosat για τις αέριες μάζες την ανατολική Μεσόγειο, στις 24 Φεβρουαρίου 2017, 00:00 UTC. Οι δορυφόροι Meteosat στέλνουν διαρκώς λεπτομερέστατες εικόνες της Ευρώπης, του Βορείου Ατλαντικού και της Αφρικής, κάθε 15 λεπτά, για επιχειρησιακή χρήση από τους μετεωρολόγους. Ο κύριος ρόλος των Meteosat είναι να συμβάλλουν στην ανίχνευση και στη γρήγορη πρόγνωση, έως και έξι ώρες μπροστά, ταχέως αναπτυσσόμενου ακραίου καιρού. Τα όργανα μπορούν να καταγράφουν λεπτομερώς την κατακόρυφη 52

53 μεταφορά (convection) που οδηγεί στη δημιουργία ισχυρών καταιγίδων, να ανιχνεύουν ομίχλη, θύελλες σκόνης ή στάχτης και να αξιολογούν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αερίων μαζών. Οι απεικονίσεις των Meteosat χρησιμοποιούνται επίσης από τους προγνώστες για τον έλεγχο και επαλήθευση των αποτελεσμάτων των NWP μοντέλων για την κατάλληλη αναπροσαρμογή των βραχυπρόθεσμων προγνώσεων. Πρόγνωση σημαντικού καιρού Καθημερινά, οι μετεωρολόγοι βάρδιας συγκεντρώνουν όλες τις πληροφορίες: χάρτες καιρού επιφανείας, διαγράμματα καθ ύψος, δορυφορικές εικόνες και προσομοιώσεις NWP μοντέλων για να καταγράψουν την πρόγνωση του καιρού των επόμενων ημερών. Καθώς σήμερα υπάρχει πληθώρα NWP μοντέλων, τα οποία δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα μεταξύ τους, ο καλός προγνώστης θα πρέπει να ξέρει την ιδιοσυγκρασία του κάθε μοντέλου και να διερευνά όλα τα προγνωστικά διαγράμματα. Έτσι, η πρόγνωση βασίζεται στην καθοδήγηση από τον υπολογιστή, στην εξατομικευμένη πρακτική ερμηνεία της κατάστασης του καιρού από τον προγνώστη και από τα ιδιαίτερα τοπικά γεωγραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής για την οποία γίνεται η πρόγνωση. Σχήμα 4. Χάρτης σημαντικού καιρού στις 23 Φεβρουαρίου 2017, 00:00 UTC. 53