E1K084 ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝ ΟΕΤΗΣΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ

Transcript

1 ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝ ΟΕΤΗΣΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ Ηρώ Λειβαδά Κωστής Παύλου και Βασιλική Ασηµακοπούλου Τοµέας Φυσικής Εφαρµογών. Φυσικό Τµήµα Πανεπιστηµίου Αθηνών. Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, Ινστιτούτο Ερευνών Περιβάλλοντος και Βιώσιµης Ανάπτυξης. Περίληψη Κατά τα τελευταία χρόνια υπάρχει µεγάλη συζήτηση γύρω από το θέµα της κατανοµής της βροχής στο χρόνο. Τα ακραία φαινόµενα βροχοπτώσεων σε µη αναµενόµενες χρονικές στιγµές θέτουν το ερώτηµα για το αν πέραν από την µεταβολή των ετήσιων υψών βροχής έχει αλλάξει και η ενδοετήσια µεταβλητότητα αυτής. Στην µελέτη αυτή η ενδοετήσια µεταβολή της βροχής εξετάζεται µε την βοήθεια του δείκτη εποχικότητας (C ) που έχει προταθεί από τους Lau and Sheu και έχει τροποποιηθεί από τον Hulme. Όπως προέκυψε ενώ στα ετήσια ύψη βροχής παρατηρήθηκε µια στατιστικά σηµαντική πτωτική τάση κατά τα τελευταία χρόνια, στις τιµές του δείκτη εποχικότητας (C ) δεν παρατηρήθηκαν µακροχρόνιες τάσεις µεταβολή, αλλά µόνο κυκλικές µεταβολές. Επίσης εκείνο το οποίο παρατηρήθηκε είναι ότι οι τιµές του δείκτη εποχικότητας (C ) εµφανίζουν και στον Ελληνικό χώρο ισχυρή συσχέτιση µε το γεωγραφικό πλάτος. INVESTIGATION OF THE INΤERANNUAL VARIABILITY OF PRECIPITATION OVER GREEK AREA Iro Lvada -Costs Pavlou and Vaslk Assmakopoulos Unversty of Athens,Physcs Department,Secton of Appled Physcs,Laboratory of Meteorology Natonal Observatory of Athens, Insttute for Envronmental Research and Sustanable Development. Abstract Durng the last years there has been a lot of dscusson about the temporal dstrbuton of precptaton. The extreme precptaton phenomena durng unexpected tme perods has rased the queston whether, except for the varaton of the annual precptaton amounts, there has been also a change n ts nterannual varablty. The present work studes the nterannual varablty of precptaton, based on the seasonalty ndex (C ) proposed by Lau and Sheu and modfed by Hulme. As t has been resulted, a statstcally sgnfcant reduced trend has been observed n the annual precptaton amounts durng the latest years. However, the seasonalty ndex (C ) s not characterzed by long-term varablty trends but only by crcular varatons. Moreover, t has been found that the seasonalty ndex (C ) values are strongly correlated wth the lattude over the Greek area. Λέξεις κλειδιά:ενδοετήσια µεταβλητότητα,, δείκτης εποχικότητας, ανάλυση τάσεων, κυκλικές µεταβολές. Key words:interannual varablty, seasonalty ndex, trend analyss, crcular varatons..εισαγωγή Η βροχή είναι µια φυσική παράµετρος, πολύ µεταβλητή στο χρόνο και το χώρο, η οποία αγγίζει πολλούς τοµείς της ζωής. Οι µεταβολές της που µπορούν να εξετασθούν τόσο από µετεωρολογική, όσο και από υδρολογική και γεωργική άποψη, µπορούν να έχουν σηµαντικές οικονοµικές, ακόµα και πολιτικές επιπτώσεις. Όπως έχει προκύψει (Λειβαδά, 3), παρατηρείται µια στατιστικά σηµαντική ελάττωση της βροχής στον Ελληνικό χώρο, κυρίως στα Βόρεια και Κεντρικά διαµερίσµατά της. Εν τούτοις για να έχει κανείς µια ολοκληρωµένη εικόνα αυτών των µεταβολών θα πρέπει να ληφθεί υπόψη και η ετήσια βροχοµετρική δίαιτα των διαφόρων περιοχών, δεδοµένου ότι υφίσταται σηµαντική σχέση µεταξύ της εποχικότητας της βροχής τόσο µε τη γεωργία, όσο και µε τα προβλήµατα της απορροής και του ισοζυγίου του νερού. Κατά τους Walsh και Lawler (98), υπάρχουν τουλάχιστον 5 ενδιαφέροντες τρόποι για την µελέτη της ετήσιας βροχοµετρικής δίαιτας οι οποίοι είναι:

2 α. Η «απόλυτη εποχικότητα», που ορίζεται σαν το µήκος των «ξηρών» και «υγρών» περιόδων η οποία έχει επικρατήσει να µελετάται σαν ένας συνδυασµός βροχής και δυναµικής εξατµοδιαπνοής. β. Η «σχετική εποχικότητα» που ορίζει τις παρατηρούµενες αντιθέσεις της βροχής γ. Ο αριθµός των µέγιστων και ελάχιστων τιµών της βροχής δ. Ο χρόνος εµφάνισης των µέγιστων και των ελάχιστων τιµών της βροχής και ε. Η µεταβλητότητα και η αξιοπιστία των κατανοµών της βροχής από έτος σε έτος. Στην παρούσα εργασία γίνεται αναφορά στις χρονοσειρές των ετήσιων τιµών της µεταβλητότητας της βροχής όπως αυτή εκφράζεται δια µέσου του δείκτη εποχικότητας.. είκτες εποχικότητας Η κατανοµή στο χώρο της «σχετικής εποχικότητας» της βροχής έχει δοθεί για τον Ελληνικό χώρο από την Ε. Κανελλοπούλου (), όπου µε βάση τις τιµές του δείκτη εποχικότητας SI ο οποίος έχει ορισθεί από τους Walsh και Lawler (98), η σχετική εποχικότητα της βροχής έλαβε τιµές που αντιστοιχούν σε 4 από τις κατηγορίες που έχουν ορισθεί (πολύ οµοιόµορφη µε ορισµένη υγρή περίοδο, µάλλον εποχική µε µικρή ξηρή εποχή, εποχική και έντονα εποχική µε µακρά ξηρή περίοδο). Σε νεώτερη µελέτη (Λειβαδά και Ασηµακόπουλος,4) η οποία έγινε µε βάση τα δεδοµένα 5 βροχοµετρικών σταθµών, προσδιορίσθηκε ακόµα µια κατηγόρια (αυτή της πολύ οµοιόµορφης) και επί πλέον βρέθηκε ότι υφίσταται µια στατιστικά σηµαντική αρνητική συσχέτιση µεταξύ του δείκτη εποχικότητας SI και του γεωγραφικού πλάτους. Επίσης τόσο κατά τον Ayode (97),όσο και κατά τους Λειβαδά και Ασηµακόπουλο (4) υπάρχει σχέση µεταξύ των τιµών του δείκτη εποχικότητας και της απόστασης του σταθµού από την θάλασσα. Χρησιµοποιώντας όµως µέσα µηνιαία ύψη βροχής στον υπολογισµό του δείκτη SI δεν λαµβάνεται υπόψη µια πιθανή µεταβολή από έτος σε έτος της βροχοµετρικής δίαιτας. Οι Walsh και Lawler (98), πρότειναν την εκτίµηση του δείκτη SI (ατοµικός δείκτης εποχικότητας), για κάθε έτος χωριστά και στη συνέχεια το υπολογισµό της µέσης τιµής SI.Τα αποτελέσµατα τόσο των Walsh και Lawler (98), όσο και των Λειβαδά και Ασηµακόπουλος,4, έδειξαν ότι οι υπολογισµοί µε βάση µέσες µηνιαίες τιµές, οδηγούν σε υποεκτίµηση των τιµών του δείκτη SI. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται ο δείκτης εποχικότητας (C ), που έχουν προτείνει οι Lau και Sheu (988) και η κανονικοποιηµένη µορφή του (C ) που έχει ορισθεί από τον Hulme (99).Στη συνέχεια, αφού ελέγχεται η σχέση του µε τον δείκτη εποχικότητας SI διερευνώνται οι κυκλικές µεταβολές που περικλείουν οι χρονοσειρές του δείκτη εποχικότητας (C ) καθώς και οι πιθανές παρατηρούµενες τάσεις. Ο δείκτης εποχικότητας της βροχής (C ), ορίζεται σαν το εύρος C του πρώτου αρµονικού ο οποίος περιγράφει τον ετήσιο κύκλο της βροχής.κατά τους Walsh και Lawler (98) οι οποίοι ασχολήθηκαν µε τις µεταβολές της βροχής σε παγκόσµια κλίµακα, οι τιµές του δείκτη αυτού εµφανίζουν ισχυρή συσχέτιση µε το γεωγραφικό πλάτος.. Μικρές τιµές του δείκτη δείχνουν απουσία εποχικότητας της βροχής (περίπτωση βροχοµετρικής δίαιτας των ισηµερινών περιοχών). Ο Hulme (99) πρότεινε την κανονικοποίηση των τιµών του πρώτου αρµονικού (C ), εκφράζοντας αυτόν σαν ποσοστό της µέσης (C) µηνιαίας βροχόπτωσης του αντίστοιχου έτους. Οι τιµές (C ) = (R η µέση µηνιαία R βροχόπτωση του έτους ), που ορίσθηκαν κατ αυτόν τον τρόπο βρέθηκαν στην Αφρική να λαµβάνουν τιµές από µηδέν (Κεντρική Σαχάρα), µέχρι και πάνω από το (Σαχέλ). 3. Κατανοµή στο χώρο του δείκτη εποχικότητας (C ) Στην παρούσα εργασία υπολογίσθηκαν για 4 βροχοµετρικούς σταθµούς του Ελληνικού χώρου (Σχήµα.) και για περίοδο 5 ετών στους περισσότερους σταθµούς, οι ετήσιες τιµές του δείκτη (C ). Σκοπός της εργασίας κατ αρχάς είναι να διερευνήσει τη σχέση που συνδέει τον δείκτη αυτόν µε τον ατοµικό δείκτη εποχικότητας (SI ) και στη συνέχεια να ορίσει την χωρική κατανοµή του νέου αυτού δείκτη. Για καλύτερη µελέτη των αποτελεσµάτων χωρίσθηκε ο Ελληνικός χώρος κατά γεωγραφικό πλάτος, (φ), σε τρεις ζώνες (Βόρεια Ελλάδα, για περιοχές µε φ>39 ο, Κεντρική Ελλάδα, για περιοχές µε 39 ο >φ>37 ο και Νότια Ελλάδα για περιοχές µε φ<37 ο ). Η µελέτη κατά ζώνη κρίθηκε αναγκαία δεδοµένου ότι παρατηρήθηκε ισχυρή γραµµική συσχέτιση µεταξύ του γεωγραφικού πλάτους (φ), και τόσο του δείκτη εποχικότητας SI, όσο και του δείκτη εποχικότητας C ) γραµµικής συσχέτισης βρέθηκαν αντίστοιχα ίσες µε,845 και,853. (.Οι τιµές των συντελεστών

3 Οι συσχετίσεις εξ άλλου µεταξύ των δύο δεικτών [(C ), SI ], βρέθηκε σε όλες τις περιπτώσεις στατιστικά σηµαντικές στη στάθµη σηµαντικότητας,5 (Λειβαδά και Ασηµακόπουλος,). Ειδικότερα κυµάνθηκαν µεταξύ,38 και,76 στη Βόρεια Ελλάδα, µεταξύ,46 και,773 στην Κεντρική Ελλάδα και µεταξύ,636 και,833 στην Νότια Ελλάδα. Όπως φαίνεται η συσχέτιση στη Νότια Ελλάδα είναι ισχυρότερη από ότι στις άλλες περιοχές γιατί η βροχοµετρική δίαιτα αυτής της περιοχής εµφανίζει γενικά απλή πορεία, ως εκ τούτου περιγράφεται καλύτερα από τον πρώτο αρµονικό. Αυτό επιβεβαιώνεται και από την χαµηλή σχετικά τιµή του συντελεστή συσχέτισης που ορίσθηκε στην Κοζάνη (,38), όπου η ετήσια πορεία της βροχής παρουσιάζει πολλαπλή κύµανση, ως εκ τούτου δεν περιγράφεται ικανοποιητικά από τον πρώτο αρµονικό. ίκτυο Βροχοµετρικών Σταθµών. Αλεξανδρούπολη 3.Αθήνα. Καβάλα 4. Σάµος 3. Θεσσαλονίκη 5.Τρίπολη 4. Φλώρινα 6. Νάξος 5. Κοζάνη 7. Θήρα 6. Λήµνος 8. Ρόδος 7. Κέρκυρα 9. Κύθηρα 8. Ιωάννινα. Ηράκλειο 9. Λάρισα. Μεθώνη. Μυτιλήνη. Μήλος. Αγρίνιο 3. Σκύρος. Αργοστόλι 4. Ιεράπετρα Σχήµα. Χάρτης µε το δίκτυο των Βροχοµετρικών Σταθµών που µελετήθηκαν. Οι µέσες τιµές του δείκτη ( C ) (Πίνακας.) εµφανίζουν σαφή αύξηση κινούµενοι από τα Βόρεια διαµερίσµατα της χώρας προς τα Νότια, όπως άλλωστε φάνηκε και από τη συσχέτιση των τιµών του µε το γεωγραφικό πλάτος και την κατανοµή συχνοτήτων των τιµών (C ) που δίνεται στο Σχήµα. Πίνακας. Μέσες τιµές του δείκτη εποχικότητας ( C ) ΒΟΡΕΙΑ ΕΛΛΑ Α Σταθµός Σταθµός ( C ) ( C ) Αλεξανδρούπολη,73 Κοζάνη,399 Θεσσαλονίκη,49 Λάρισα 64 Ιωάννινα,79 Λήµνος,894 Καβάλα 58 Μυτιλήνη,9 Κέρκυρα,97 Φλώρινα,43 ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΕΛΛΑ Α ΝΟΤΙΑ ΕΛΛΑ Α Σταθµός Σταθµός ( C ) ( C ) Αγρίνιο,894 Ηράκλειο,8 Αθήνα,94 Θήρα,35 Αργοστόλι,4 Ιεράπετρα,347 Νάξος,5 Κύθηρα,4 Σάµος,7 Μεθώνη,33 Σκύρος,37 Μήλος, Τρίπολη,849 Ρόδος,346 3

4 Η σύγκριση µεταξύ δυτικής και Ανατολικής Ελλάδας ακόµα και στην περίπτωση που γίνεται κατά ζώνη γεωγραφικού πλάτους είναι πλέον ασαφής λόγω του οριζόντιου και κατακόρυφου διαµελισµού του Ελληνικού χώρου. Σε γενικές γραµµές φαίνεται ότι οι τιµές του δείκτη στις ανατολικές περιοχές του κορµού της Ελληνικής χερσονήσου είναι χαµηλότερες αυτών των άλλων περιοχών, κυρίως στην Βόρεια Ελλάδα, ενώ οι παρά τα Μικρασιατικά παράλια νησιωτικές περιοχές εµφανίζουν υψηλότερες τιµές, σε σχέση µε αυτές των νήσων του Ιονίου πελάγους (Σχήµα 3.). Σχετική συχνότητα (%),6,4,3,, <,34,34 -,68,69 -,, -,34,35 -,68 >,68 Σχήµα.Κατανοµή συχνοτήτων των τιµών του δείκτη εποχικότητας Ελλάδα (C) Βόρεια Ελλάδα Κεντρική Ελλάδα Νότια Ελλάδα (C ) στη Βόρεια, Κεντρική και Νότια Κεντρική Ελλάδα ΑΡΓΟΣΤΟΛΙ ΑΘΗΝΑ ΣΑΜΟΣ, (C) Βόρεια Ελλάδα Νότια Ελλάδα ΚΕΡΚΥΡΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΜΥΤΙΛΗΝΗ ΜΕΘΩΝΗ ΗΡΑΚΛΕΙΟ ΡΟ ΟΣ,5,5 (C) ι (C) ι Σχήµα 3.Χρονοσειρές του δείκτη εποχικότητας του Ελληνικού χώρου (C ) στις υτικές Κεντρικές και ανατολικές περιοχές 4

5 4. Οι χρονοσειρές του δείκτη εποχικότητας (C ) Στην παράγραφο αυτή θα µελετηθούν οι χρονοσειρές του δείκτη εποχικότητας (C ) όσον αφορά τις παρατηρούµενες τάσεις και κυκλικές µεταβολές. Όπως προέκυψε από την µελέτη της κλίσης της γραµµής παλινδρόµησης που ορίσθηκε αναλυτικά σε κάθε χρονοσειρά, οι τιµές που έλαβε αυτή κυµάνθηκαν µεταξύ,7 και,4, όπως προκύπτει εποµένως σε καµιά περίπτωση δεν παρατηρείται στατιστικά σηµαντική µακροχρόνια τάση µεταβολής της εποχικότητας. Για τον ορισµό των κυκλικών µεταβολών εφαρµόσθηκαν στα δεδοµένα το Gaussan φίλτρο χαµηλής διέλευσης για κινητό µέσο ετών, ώστε να φανούν περιοδικότητες µεγαλύτερες των ετών και το αντίστοιχο φίλτρο υψηλής διέλευσης, ώστε να ορισθούν κυκλικές µεταβολές µε µικρή περιοδικότητα. Στα Σχήµατα 4. και 5. δίνονται τα αποτελέσµατα οµαδοποιηµένα ανά ζώνη γεωγραφικού πλάτους (όπως αυτές ορίσθηκαν προηγούµενα), από όπου προκύπτει ότι όσον αφορά τις µεγάλες περιοδικότητες παρατηρούνται και στις τρεις ζώνες κύκλοι 5 ως 8 ετών, οι οποίοι κατά τα τελευταία χρόνια εµφανίζονται µε µια ελαφρά χρονική µετατόπιση στη Βόρεια Ελλάδα, όπου είναι και σαφέστερη η ύπαρξή τους (Σχήµα 4.). Όσον αφορά τους κύκλους µικρής περιόδου, αυτοί είναι πλέον ασαφείς και στις τρεις ζώνες. ιαφαίνονται µόνο ασθενείς περιοδικότητες της τάξεως των 4 ως 7 ετών. (C),4,3,,,9,8,7, Βόρεια Ελλάδα Κεντρική Ελλάδα Νότια Eλλάδα Σχήµα 4. Χρονοσειρές των τιµών του δείκτη εποχικότητας χαµηλής διέλευσης κινητού µέσου ετών (C ) εξοµαλυµένες µε φίλτρο (C),4,3,,,9,8,7, Βόρεια Ελλάδα Κεντρική Ελλάδα Νότια Ελλάδα Σχήµα 4. Χρονοσειρές των τιµών του δείκτη εποχικότητας διέλευσης κινητού µέσου ετών (C ) εξοµαλυµένες µε φίλτρο υψηλής 5

6 5. Συµπεράσµατα Τα γενικά συµπεράσµατα που προέκυψαν από την µελέτη του δείκτη εποχικότητας της βροχής µπορούν να συνοψισθούν στα ακόλουθα: α. Η συσχέτιση του δείκτη εποχικότητας (C ) µε τον δείκτη εποχικότητας SI βρέθηκε σε όλες τις περιπτώσεις στατιστικά σηµαντική. Η χρήση όµως του δείκτη εποχικότητας (C ) δίνει καλύτερα αποτελέσµατα στην Νότια Ελλάδα, όπου η ετήσια πορεία της βροχής είναι απλή µε µέγιστο συνήθως το εκέµβριο και ελάχιστο κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου β. Επιβεβαιώθηκε ότι υπάρχει ισχυρή συσχέτιση µεταξύ του δείκτη εποχικότητας (C ) και του γεωγραφικού πλάτους, παρατηρείται δηλαδή σαφής αύξηση των τιµών του δείκτη µε την ελάττωση του γεωγραφικού πλάτους γ. Οι διαφοροποιήσεις µεταξύ ανατολικών και δυτικών περιοχών είναι σαφείς κυρίως στη Βόρεια Ελλάδα, όπου οι µικρότερες τιµές του δείκτη (C ) παρατηρούνται στην ανατολική πλευρά του κορµού της Ελληνικής χερσονήσου, ενώ αυτές στα παρά τα Μικρασιατικά παράλια νησιά του Αιγαίου Πελάγους είναι υψηλότερες από αυτές που ορίσθηκαν στη υτική Ελλάδα δ. Από την µελέτη των χρονοσειρών των τιµών του δείκτη εποχικότητας (C ) φαίνεται ότι κατά τα τελευταία 5 χρόνια δεν υπάρχει τάση µεταβολής της εποχιακής µεταβλητότητας, ενώ οι παρατηρούµενες κυκλικές µεταβολές είναι της τάξεως των 4 ως 7 και 5 ως 8 ετών. Βιβλιογραφία Λειβαδά, Η. (3): Άριστον µεν Ύδωρ.Ηµερίδα µε θέµα «Περιβάλλον και Νερό» Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών σε συνεργασία µε τον Ο.Η.Ε., την Εθνική Επιτροπή της UNESCO και την Ελληνική Γεωλογική Εταιρία. Λιώκη-Λειβαδά,Η. και.ασηµακόπουλος ():Εισαγωγή στην Εφαρµοσµένη Στατιστική. Πανεπιστηµιακές Εκδόσεις Ayoade, J.O. (97): The seasonal Incdence of Ranfall.Weather,5, pp Hulme, M. (99):Ranfall Changes n Afrca:93-96 to Internatonal Journal of Clmatology,, pp Kanellopoulou, E.A. ():Spatal dstrbuton of ranfall seasonalty n Greece.Weather,57, pp.5-9. Lau, K.-M. and P.J.Sheu (988): Annual Cycle, Quas-Bennal Oscllaton, and Southern Oscllaton n Global Precpotaton.Journal of Geophyscal Research, 93, No D9. pp.,975-,988 Lvada, I. And D.N.Asmakopoulos (4): On the Indvdual Seasonalty Index-The case of Ranfall regme over Greece. (In Press) Walsh, R.P.D and D.M. Lawler (98): Ranfall Seasonalty:Descrpton, Spatal Patterns and Change through Tme. Weather,36. pp