Κεφάλαιο Πέµπτο Τοπικά συστήµατα ανέµων

Transcript

1 Κεφάλαιο Πέµπτο Τοπικά συστήµατα ανέµων Μεγάλη ποικιλία τοπικών συστηµάτων ανέµου παρατηρείται στις ορεινές περιοχές, τις µεγάλες λίµνες και τις παράκτιες περιοχές. Παρουσιάζουν µεταβλητές διευθύνσεις, εντάσεις και χρόνους εµφάνισης. Ορισµένοι τοπικοί άνεµοι έχουν µεγάλη ένταση και εµµονή Οι περισσότεροι παρουσιάζουν µια κανονικότητα εναλλαγής της πνοής, προερχόµενοι από µια ορισµένη διεύθυνση κατά το φωτεινό τµήµα της ηµέρας και σχεδόν από µια αντίθετη κατεύθυνση κατά τη νύχτα. Ο χαρακτηριστικός ηµερήσιος κύκλος δείχνει την ύπαρξη µιας θερµικής ατµοσφαιρικής κυκλοφορίας, η οποία είναι αποτέλεσµα της διαφορετικής θέρµανσης του αέρα σε δύο γειτονικές επιφάνειες µε διαφορετικά χαρακτηριστικά. Ορεογραφικοί παράγοντες, όπως στενές κοιλάδες ή ανοίγµατα βουνών, προκαλούν αύξηση των εντάσεων των ανέµων όταν αυτοί διασχίζουν τους χώρους αυτούς.

2 2. Τοπικοί άνεµοι (συνέχεια) Εκτεταµένες και απότοµες πλαγιές προκαλούν καθοδικούς ανέµους οφειλόµενους στη δράση της βαρύτητας. Οι µικρής κλίµακας άνεµοι είναι πολύ σηµαντικοί για την κατανόηση των κλιµατικών αντιθέσεων σε διάφορες περιοχές του πλανήτη. Τα τοπικά συστήµατα των ανέµων εµφανίζονται εντονότερα όταν η γενική κυκλοφορία της ατµόσφαιρας εξασθενεί και όταν τα καιρικά συστήµατα δεν είναι αξιόλογα. Είναι γνωστό ότι το οριακό στρώµα της ατµόσφαιρας είναι πολύ ρηχό τη νύχτα και τις πρώτες πρωινές ώρες και αυξάνει σηµαντικά σε πάχος κατά τις πρώτες απογευµατινές ώρες. Τα συστήµατα τοπικών ανέµων εµφανίζονται συνήθως µέσα στο οριακό στρώµα.

3 3. Τοπικά συστήµατα ανέµων (συνέχεια) Οι ταχύτητες του ανέµου παρουσιάζουν τις µικρότερες τιµές τις πρωινές ώρες, αφού δεν υπάρχει θερµική ανάµειξη (λεπτό οριακό στρώµα) Οι ταχύτητες γίνονται µεγάλες τις πρώτες απογευµατινές ώρες αφού το στρώµα ανάµιξης αποκτά σηµαντικό πάχος φτάνοντας µέχρι τα κατώτερα στρώµατα του γεωστροφικού ανέµου της ελεύθερης ατµόσφαιρας.

4 4. Η θαλάσσια και η απόγεια αύρα Στις παράκτιες περιοχές, κατά τις ηµέρες κατά τις οποίες δεν υφίστανται αξιόλογα βαροµετρικά συστήµατα, αναπτύσσεται ένα σύστηµα αντιστροφής των ανέµων σε ηµερήσια βάση, γνωστό ως θαλάσσια και απόγεια αύρα.

5 Με την ανατολή του ήλιου η ξηρά θερµαίνεται γρηγορότερα από τη γειτονική θάλασσα. Η διαφορετική θέρµανση οδηγεί στη διαστολή του αέρα επάνω από την ξηρά, που τελικά αυξάνει την απόσταση µεταξύ δύο διαδοχικών ισοβαρικών επιφανειών. Οι κατώτερες ισοβαρικές επιφάνειες παρουσιάζουν κλίση από τη θάλασσα προς την ξηρά. Η κλίση οδηγεί στην εµφάνιση οριζόντιας βαροβαθµίδας από τη θάλασσα προς την ακτή. Αποτέλεσµα είναι η δηµιουργία επιφανειακών ανέµων µε κατεύθυνση την ξηρά. 5. Η θαλάσσια αύρα

6 6. Θαλάσσια αύρα (συνέχεια) Οι επιφανειακοί θαλάσσιοι άνεµοι αντισταθµίζονται ψηλότερα από µια ροή αέρα από την ξηρά προς τη θάλασσα (αντι-απόγεια αύρα) για να αναπληρωθούν τα κενά αέρα που δηµιουργούνται. Η θαλάσσια αύρα στην αρχή της δηµιουργίας της (2-3 ώρες µετά την ανατολή του ήλιου) περιορίζεται κοντά στην ακτή. Αργότερα εξαπλώνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις για να γίνει πολύ έντονη µετά την 1400 ώρα.

7 7. Θαλάσσια αύρα (συνέχεια) Στο µέγιστο της αποκτά ταχύτητες 3-6 m/sec, και εκτείνεται σε βάθος Km µέσα στη χέρσο, ενώ το πάχος της φτάνει τα 1-2 Km σε ύψος. Στους τροπικούς αποκτά βάθος µέχρι και 150 Km. Με τη δύση του ηλίου η θαλάσσια αύρα εξασθενεί και αργότερα παύει εντελώς.

8 Πολλές φορές το άκρο της ζώνης της αύρας επάνω από τη χέρσο χαρακτηρίζεται από την παρουσία νεφών και από µια µετωπική ζώνη, γνωστή ως µέτωπο αύρας, που ξεχωρίζει τον δροσερό ευσταθή αέρα από τον θερµό ασταθή αέρα της ξηράς 8. Θαλάσσια αύρα (συνέχεια)

9 9. Απόγεια αύρα Με τη δύση του ηλίου η ξηρά αρχίζει να ψύχεται και κάποια στιγµή γίνεται ψυχρότερη από τη γειτονική θάλασσα. Οι νέες συνθήκες προκαλούν πύκνωση του αέρα επάνω από την ξηρά και αραίωση επάνω από τη θάλασσα, µε αποτέλεσµα την αντιστροφή της ροής του αέρα, ο οποίος τώρα πνέει από την ξηρά προς τη θάλασσα (απόγεια αύρα). Το σύστηµα υψηλότερα αντισταθµίζεται από µια ροή αέρα που προέρχεται από τη θάλασσα (αντίθαλάσσια αύρα).

10 10. Απόγεια αύρα (συνέχεια) Η απόγεια αύρα είναι ασθενέστερη µε ταχύτητες 1-2m/sec, µε µικρότερο πάχος και πολύ µικρότερη έκταση. Η κανονική εµφάνιση ενός συστήµατος θαλάσσιαςαπόγειας αύρας αυξάνει µε τη µείωση της νέφωσης και την ελάττωση της έντασης της µεγάλης κλίµακας κυκλοφορίας, ή των διαταραχών συνοπτικής κλίµακας.

11 11. Θαλάσσια και απόγεια αύρα (συνέχεια) Η χρονική διάρκεια της πνοής των ανέµων κατά τις δύο σχεδόν αντίθετες κατευθύνσεις, διαδοχικά εντός ενός 24ώρου είναι τόσο καλά γνωστή, που σε πολλές τροπικές περιοχές ή στις µεγάλες λίµνες οι αλιείς αποπλέουν µε τα ιστιοφόρα τους αρκετά νωρίς το πρωί, εκµεταλλευόµενοι την απόγεια αύρα και εµπιστεύονται τη θαλάσσια αύρα για την επιστροφή τους το απόγευµα.

12 12.Άνεµοι βουνών και κοιλάδων Θερµικής φύσεως κυκλοφορίες µε ηµερήσια µεταβολή των διευθύνσεων των ανέµων παρατηρούνται στις πλαγιές των βουνών και τις κοιλάδες. Αυτές προκαλούνται από την περιοδικά µεταβαλλόµενη ηλιακή ακτινοβολία και το θερµικό ισοζύγιο στις πλαγιές των βουνών. Η ένταση τους εξαρτάται από τον προσανατολισµό, την κλίση και τη φυτική κάλυψη της πλαγιάς, καθώς και τη χιονοκάλυψη. Ως Αύρα κοιλάδας ορίζεται το ρεύµα του αέρα που ανεβαίνει την κοιλάδα κατά την ηµέρα. Ως Αύρα βουνών είναι το αντίθετο νυκτερινό σύστηµα που πνέει προς τη βάση της κοιλάδας. Οι εντάσεις των ανέµων αυτών παρουσιάζουν εποχική µεταβολή, µε µικρότερη τιµή το χειµώνα, εξαιτίας της χιονοκάλυψης.

13 13. Αναβατοί και κατεβατοί άνεµοι Τη νύχτα, οι πλαγιές των βουνών ψύχονται από την απώλεια ενέργειας µε τη µορφή µεγάλου µήκους υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ο αέρας που είναι σε επαφή ψύχεται και αυτός, γίνεται πυκνότερος και µε τη δράση της βαρύτητας κυλάει στις πλαγιές και συγκεντρώνεται στη βάση της κοιλάδας, αυτός α άνεµος είναι γνωστός σαν κατεβατός άνεµος ή άνεµος πλαγιάς ή κλιτύος. Την ηµέρα, ο αέρας στις επιφάνειες της πλαγιάς θερµαίνεται, διαστέλλεται, γίνεται ελαφρότερος και ανεβαίνει τις πλαγιές. Αυτός ο άνεµος ονοµάζεται αναβατός άνεµος ή άνεµος πλαγιάς. Η παρουσία των ανέµων αυτών µπορεί να γίνει οπτικά αντιληπτή µε τη χρήση καπνογόνων.

14 14. Αναβατοί (άνω) και κατεβατοί άνεµοι (κάτω)

15 15. Αύρες βουνών και κοιλάδων Εκτός από τους ανέµους πλαγιάς, παρατηρούνται καθοδικές ή ανοδικές κινήσεις του αέρα και κατά τον διαµήκη άξονα της κοιλάδας. Την ηµέρα άνεµοι ανεβαίνουν την κοιλάδα και λέγονται άνεµοι κοιλάδας. Τη νύχτα υπάρχει µια ροή του αέρα προς τα κάτω, ακολουθώντας τον άξονα της κοιλάδας που χαρακτηρίζεται ως άνεµος βουνών. Το άθροισµα όλων των ανοδικών κινήσεων του αέρα στο φωτεινό τµήµα της ηµέρας ονοµάζεται αύρα κοιλάδας και καταλαµβάνει ολόκληρη την κοιλάδα. Οµοίως κατά τη νύχτα όλες οι καθοδικές κινήσεις του αέρα συνιστούν την αύρα των βουνών ή ορέων.

16 16. Άνεµοι πλαγίας (β), κοιλάδας (α) και βουνών (α) την ηµέρα (Α) και τη Νύχτα (Β)

17 17. Άνεµοι πλαγίας (µικρά ερυθρά και µπλε βέλη), κοιλάδας (µεγάλο κόκκινο βέλος) και βουνών (µεγάλο µπλε βέλος) κατά την Ηµέρα (αριστερά) και κατά τη Νύχτα ( εξιά)

18 18. Τρισδιάστατη ροή ανέµου Η απόκλιση της ροής του αέρα στις πλαγιές κατά τη διάρκεια της ηµέρας και η σύγκλιση αυτού στη βάση της κοιλάδας κατά τη νύχτα, οδηγεί στην αναπλήρωση του αέρα που αποµακρύνεται. Την ηµέρα υπάρχει µια καθίζηση ψηλά στο κέντρο της κοιλάδας, ενώ τη νύχτα παρατηρείται µια ανύψωση από τη βάση της κοιλάδας, προκειµένου να διατηρηθεί η εξίσωση της συνέχειας που υπάρχει στην ατµόσφαιρα. Τα συστήµατα αναπλήρωσης ονοµάζονται αντι άνεµοι όπως φαίνονται στο διπλανό σχήµα.

19 19. Συνέχεια ανέµων βουνών Επειδή η θερµική στρωµάτωση του αέρα είναι ευσταθής κατά τη νύχτα και ασταθής την ηµέρα, τα νυχτερινά καθιζάνοντα συστήµατα είναι ασθενέστερα των ανοδικών ηµερήσιων συστηµάτων. Η κάθε κοιλάδα παρουσιάζει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ανέµων, θερµοκρασίας και βροχόπτωσης. Αν απαιτείται αξιοποίηση της κοιλάδας για τουριστικούς, θεραπευτικούς ή παραγωγικούς σκοπούς, η µελέτη πρέπει να γίνει µε τη χρήση δέσµιων αερόστατων, µετεωρολογικών µπαλονιών και επίγειων µετεωρολογικών σταθµών.

20 Οι πλέον σηµαντικοί κατεβατοί άνεµοι παρουσιάζονται στα όρια των µεγάλων παγετώνων της Ανταρκτικής και της Γροιλανδίας, µε µεγάλη εµµονή και ισχυρές ταχύτητες που φτάνουν και τα 50 m/sec. Αυτοί οι άνεµοι είναι γνωστοί σαν καταρράκτες αέρα Συνέχεια ανέµων βουνών

21 21. Ορεινοί φραγµοί και άνεµοι Μηχανικά αίτια, που προκαλούνται από την παρουσία οροσειρών, χαραδρών, γκρεµών ή µεµονωµένων λόφων δηµιουργούν µια πληθώρα τοπικών ανέµων. Μερικοί από αυτούς είναι: Α. Άνεµος Τύπου Föhn: πρόκειται για θερµό και ξηρό άνεµο που πρωτοµελετήθηκε στις Άλπεις, όπου παρουσιάζει µεγάλη συχνότητα στις βόρειες πλαγιές της. Αυτοί οι ασυνήθιστα ξηροί και θερµοί άνεµοι χαρακτηρίζονται από µια εξαιρετική ορατότητα και συνοδεύονται πολλές φορές από φακοειδή νέφη.

22 22. Νέφη Φακοειδή

23 23. Άνεµος Τύπου Föhn Αυτός αναπτύσσεται σε ευσταθή ατµόσφαιρα (αριστερό σχήµα). Προϋποθέτει ισχυρά αέρια ρεύµατα, και Η αέρια µάζα που πλησιάζει τις προσήνεµες πλαγιές να είναι αρκετά υγρή. Συνθήκες ατµοσφαιρικής αστάθειας δεν επιτρέπουν την εµφάνιση του ανέµου αυτού (δεξιά).

24 24. Ο µηχανισµός δηµιουργίας του Föhn Η δηµιουργία του ανέµου αυτού ερµηνεύεται µε καθαρά µετεωρολογικούς όρους: 1. Η ανύψωση (εξαναγκασµένη) οδηγεί σε ψύξη του αέρα, σε συµπύκνωση των υδρατµών και τέλος στο σχηµατισµό νεφών. 2. Η ανοδική ψύξη γίνεται µε ρυθµούς 1 C/100m, µέχρι το επίπεδο συµπύκνωσης (ξηρή αδιαβατική θερµοβαθµίδα) 3. Επάνω από το επίπεδο συµπύκνωσης η ψύξη είναι ασθενέστερη, C/100m (υγρή αδιαβατική θερµοβαθµίδα) 4. Ο αέρας που καθιζάνει θερµαίνεται κατά 1 C/100m. Η συµπύκνωση οδηγεί στο σχηµατισµό νεφών στα προσήνεµα του βουνού και στη βροχόπτωση. Η µεγαλύτερη ποσότητα των υδρατµών αποβάλλεται µε τη µορφή βροχής κατά την ανυψωτική διαδικασία. Ο αέρας που καθιζάνει στα υπήνεµα γίνεται αρκετά ξηρός και θερµός.

25 25. Θερµοϋγροµετρικές µεταβολές µάζας αέρα όταν υπερπηδά οροσειρά

26 26. Θερµοϋγροµετρικές µεταβολές µάζας αέρα όταν υπερπηδά οροσειρά

27

28

29

30 30. Μεταβολή θερµοκρασίας-υγρασίας µε άνεµο Föhn

31 31. Ορεινοί άνεµοι (συνέχεια) Οι συνθήκες υπερπήδησης ορεινών όγκων δηµιουργούν ισχυρές βροχοπτώσεις στα προσήνεµα των βουνών και µείωση της υγρασίας του αέρα. Χαρακτηριστικό παράδειγµα έχουµε στη Νορβηγία όπου στα προσήνεµα των ακτών η ετήσια βροχόπτωση φτάνει τα 4000 χιλιοστά, ενώ µετά τις οροσειρές στην κοιλάδα Otta καταγράφονται µόνο χιλιοστά. Στην προσήνεµη πλευρά η βάση των νεφών βρίσκεται πολύ χαµηλότερα και ο αέρας που καθιζάνει στην υπήνεµη πλευρά συµπιέζεται και θερµαίνεται πολύ.

32 32. Επεισόδιο Föhn στο Altdorf Ελβετίας από 13-19/2/1967 Σε ένα επεισόδιο föhn η καταγραφή της θερµοκρασίας και της υγρασίας αποκαλύπτει τις δραµατικές µεταβολές σε πολύ µικρά χρονικά διαστήµατα. (σχήµα έναντι) Η θερµοκρασία σε 3 περίπου ώρες παρουσίασε µια αύξηση C, ενώ η σχετική υγρασία έπεσε από το 97% στ 15% µόλις

33 33. Άλλοι άνεµοι τύπου Föhn Καθοδικοί άνεµοι παρατηρούνται σε πολλές περιοχές της γης. Στα βραχώδη όρη των ΗΠΑ και του Καναδά πνέει ο Chinook. Στις Άνδεις της Αργεντινής ο Zonda. Στην Ελλάδα ο Λίβας.

34 34. Άνεµος Bora Άνεµοι τύπου Bora: Αν λιµνάζουσες πολύ ψυχρές αέριες µάζες εξαναγκασθούν σε καθοδική κίνηση, η αδιαβατικήθέρµανση δεν είναι σε θέση να µεταβάλλει τον πολικό χαρακτήρα τους. Στη βόρεια Αδριατική, µερικές φορές τοπική κυκλωνογένεση θέτει σε κίνηση λιµνάζουσες πολικές αέριες µάζες που κινούνται προς τις ακτές, επάνω από τους ορεινούς όγκους. Η διαδικασία γεννά ένα τυπικό βορειοανατολικό ρεύµα µε εντάσεις θύελλας. Ο ψυχρός πολικός αέρας κινούµενος επάνω από τη θερµή Αδριατική θερµαίνεται από κάτω και εµπλουτίζεται µε άφθονους υδρατµούς. Οι συνθήκες αυτές προκαλούν πολύ ασταθείς θερµοβαθµίδες που οδηγούν σε ισχυρότατες θύελλες. Άνεµοι τύπου Bora, εµφανίζονται επίσης στον Καύκασο, στις ακτές της Μαύρης θάλασσας.

35 35. Άνεµοι τύπου Mistral Όταν µεγάλης κλίµακας ατµοσφαιρικές ροές κινούνται παράλληλα µε τον επιµήκη άξονα µιας κοιλάδας, οι άνεµοι κοντά στην επιφάνεια καναλίζονται µέσα στην κοιλάδα και αυξάνουν σηµαντικά την ταχύτητα τους. Ο Mistral, είναι ένα παράδειγµα µιας βόρειας ροής αέρα. Πνέοντας κατά µήκος της κοιλάδας του Ροδανού ποταµού, που δηµιουργείται µεταξύ των Άλπεων και των βουνών Cevennes της Γαλλίας, ο άνεµος ενισχύεται σηµαντικά και επικρατεί στην περιοχή κατά το χειµώνα και την άνοιξη. Τα αίτια είναι η συνδυασµένη δράση της τοπογραφίας και της κυκλοφορίας της ατµόσφαιρας. Μια αντίστοιχη βορειοανατολική ροή δηµιουργεί τον άνεµο Bise, στη λίµνη της Γενεύης. Στην Ελλάδα αντίστοιχης προέλευσης βορειοδυτικός άνεµος είναι ο Βαρδάρης που δηµιουργείται στην κοιλάδα του Αξιού. Στη συνδυασµένη δράση ατµοσφαιρικής κυκλοφορίας και τοπογραφίας οφείλονται και οι ετησίες άνεµοι (µελτέµια) που πνέουν το θέρος στο Αιγαίο

36 36. Άλλοι τοπικοί άνεµοι της Μεσογείου Πρόκειται για ανέµους συνοπτικής προέλευσης που δηµιουργούνται από κινούµενους αντικυκλώνες ή κυκλώνες. Sirocco: Νότιος άνεµος που εµφανίζεται στη νότια Ιταλία όταν πλησιάζει µια κυκλωνική διαταραχή από τα δυτικά. Ο Ghilbi, στη Λιβύη, στην Αίγυπτο o Kasmin και στη µέση ανατολή o Samun, είναι αντίστοιχοι άνεµοι οι οποίοι µεταφέρουν τεράστιες ποσότητες σκόνης και σωµατίδια άµµου και συνοδεύονται από εκτεταµένες ζώνες νεφών Altostratus και Altocumulus.