Πρόβλεψη Θερμικών με το Τεφίγραμμα

Transcript

1 Πρόβλεψη Θερμικών με το Τεφίγραμμα Βαγγέλης Τσούκας Γενικά - Πρόβλεψη Θερμικών Οι ανεμοπόροι συνήθως αφιερώνουν πολύ χρόνο στα δελτία καιρού και στα σχετικά site στο internet προκειμένου να έχουν μια ιδέα για το πως θα είναι ο καιρός την επόμενη μέρα που θα πετάξουν. Ο άνεμος θα είναι ο σωστός; Τα θερμικά θα ανεβαίνουν αρκετά ψηλά; Θα σχηματιστούν σύννεφα cumulus που θα γεμίσουν τον ουρανό υποδεικνύοντας τη θέση των ανοδικών; Θα καταφέρουν να πραγματοποιήσουν μια πτήση αξιοπρεπούς απόστασης; Μια σωστή πρόβλεψη πρέπει να περιλαμβάνει ένα σύνολο από παραμέτρους, ανεξάρτητα όμως από το τι είδους πτήση προτιμά ο καθένας, είναι πολύ μεγάλο πλεονέκτημα να μπορούμε να προβλέψουμε τι μορφή θα έχουν τα θερμικά την επόμενη ημέρα.. Σκοπός αυτού του κεφαλαίου είναι να μάθουμε να εξηγούμε τα διαγράμματα από τις μετεωρολογικές ραδιοβολίσεις της ατμόσφαιρας και με λίγη εξάσκηση να μπορούμε να κάνουμε ασφαλείς προσεγγίσεις των θερμικών. Θερμικά Πως είπατε; Τις ανοδικές μάζες ζεστού αέρα, εν αγνοία των μετεωρολόγων, οι ανεμοπόροι αποκαλούν θερμικά. Αυτές οι μάζες είναι θερμότερες από τον περιβάλλοντα αέρα και έτσι ελαφρύτερες για αυτό και ανέρχονται, όπως συμβαίνει με την περίπτωση του θερμού αέρα που περικλείεται από ένα αερόστατο θερμού αέρος. Κατά την άνοδό τους όμως ο αέρας που περιέχουν ψύχεται και διαστέλλεται κατά 3 βαθμούς Κελσίου ανά 300 περίπου μέτρα. Προς τα πάνω. Ο ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας καθ ύψος ονομάζεται κατακόρυφη θερμοβαθμίδα. Ο παραπάνω ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας ονομάζεται ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα. Καθώς ο αέρας γίνεται ανοδικός και διαρκώς ψύχεται, η διαφορά θερμοκρασίας του από τον περιβάλλοντα αέρα διαρκώς μειώνεται μέχρι που μηδενίζεται και η άνοδος σταματάει. Στην πραγματικότητα, τόσο η θερμοκρασία του θερμικού όσο και του περιβάλλοντα αέρα μειώνονται καθ ύψος, όμως το θερμικό ψύχεται γρηγορότερα από τον περιβάλλοντα αέρα. Αυτό φαίνεται παραστατικά στο σχήμα 1. Ένας πρακτικός κανόνας, ορίζει ότι ένα θερμικό είναι ανεμοπορικά εκμεταλλεύσιμο όταν η διαφορά θερμοκρασίας του είναι 3 βαθμούς υψηλότερη από του περιβάλλοντα αέρα. Ακόμη, ο ατμοσφαιρικός αέρας εμπεριέχει υγρασία σε αέρια μορφή. Η διαλυτότητα όμως του νερού μέσα στον αέρα δεν είναι σταθερή αλλά εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα που μεταβάλλεται με το ύψος. Καθώς λοιπόν ο αέρας του θερμικού ανέρχεται, για την περιεκτικότητά του σε υγρασία, υπάρχει μια συγκεκριμένη θερμοκρασία στην οποία δεν μπορεί να συγκρατήσει την υγρασία του, έρχεται σε κορεσμό και αποβάλλει το νερό με τη μορφή υδρατμών σχηματίζοντας σύννεφο. Η κρίσιμη αυτή θερμοκρασία ονομάζεται dew point. Το φαινόμενο είναι το ίδιο με αυτό στο οποίο η αναπνοή μας δημιουργεί σταγονίδια πάνω σε ένα κρύο κομμάτι γυαλί το χειμώνα. Γνωρίζοντας αυτή τη θερμοκρασία, μπορούμε να προβλέψουμε το ύψος στο οποίο θα εμφανιστεί η βάση των νεφών. Πως όμως αυτή η υγρασία αποθηκεύτηκε μέσα στον αέρα; Βέβαια με την θερμότητα του ηλίου που οδήγησε στην εξάτμιση. Αντίστοιχα για να διαλύσουμε ζάχαρη σε νερό πρέπει να προσφέρουμε ενέργεια, δηλαδή να θερμάνουμε το διάλυμα ή να το ανακατέψουμε. Η θερμότητα αυτή, αποθηκεύεται στο διάλυμα και είναι η λανθάνουσα ενέργεια διάλυσης. Όταν όμως έρχεται το dew point, δηλαδή η θερμοκρασία του κορεσμού στο προηγούμενο παράδειγμα, η υγρασία απελευθερώνεται με ταυτόχρονη έκλυση θερμότητας. Όταν στο ανερχόμενο θερμικό η θερμοκρασία γίνει ίση με το dew point, η υγρασία απελευθερώνεται σχηματίζοντας νέφος. Η απελευθέρωση των υδρατμών, απελευθερώνει ταυτόχρονα τη λανθάνουσα θερμότητα που είχε δαπανηθεί για να βρίσκονται στον αέρα του θερμικού, γεγονός που ανεβάζει επιπλέον τη θερμότητα της ανερχόμενης μάζας και συνεχίζεται η άνοδος και μέσα στο νέφος.

2 Πρόβλεψη θερμικών Ο κάθε έμπειρος πιλότος μπορεί να έχει αναπτύξει με τα χρόνια και με τα βιώματά του κάποιες πρακτικές απόψεις για το πόσο δυνατά μπορεί να είναι τα θερμικά πριν την πτήση. Η διακύμανση του ανέμου στην απογείωση, το πάχος των νεφών που σχηματίζονται από ένα θερμικό, το ύψος της βάσης των νεφών που υπολογίζεται με το μάτι, άλλοι πιλότοι που πετούν, πουλιά που «κυκλώνουν» κλπ. Προκειμένου να προβλέψουμε πιο θεωρητικά-μηχανιστικά τη θερμική δραστηριότητα της ημέρας που θα χρειαστεί να πετάξουμε, η μετεωρολογία μας προσφέρει και κάποια απλά εργαλεία. Δεν είναι απαραίτητο να γίνουμε μετεωρολόγοι γνωρίζοντας υψηλά μαθηματικά ή μοντέλα καιρού για να μπορούμε να κάνουμε μια καλή προσέγγιση του πόσο φιλόξενα θα μας φερθεί ο ουρανός αφού απογειωθούμε. Το βασικό εργαλείο που υπάρχει, είναι το Τεφίγραμμα. Αυτό, προκύπτει με την τεχνική της ραδιοβόλησης, δηλαδή της ανύψωσης με μετεωρολογικό μπαλόνι μιας συσκευής που με διάφορα αισθητήρια καταγράφει τη μεταβολή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντα αέρα σε σχέση με την βαρομετρική πίεση σε διάφορα ύψη. Τα στοιχεία αυτά φτάνουν σε επίγειους σταθμούς και δημοσιεύονται στο internet σαν μια συγκεκριμένη γραφική παράσταση-το τεφίγραμμα. Για την Ελλάδα, αυτό γίνεται επίσημα σε τρία σημεία της χώρας, Αθήνα, Θεσσαλονίκη και Κρήτη. Η ραδιοβόλιση γίνεται κάθε μεσάνυχτα και κάθε 12 ώρες. Παρακάτω ακολουθεί ένα βοήθημα για να καταλάβουμε πως να μεταφράζουμε απλά ένα τέτοιο γράφημα, βήμα-βήμα:

3 Πρόβλεψη θερμικών με το Τεφίγραμμα Ραδιοβόλιση Βασικό Διάγραμμα Skew-T (εκδοχή του τεφιγράμματος) Στον Αριστερό άξονα είναι η βαρομετρική πίεση σε Millibar (hpa) Η πίεση της επιφάνειας είναι φυσιολογικά γύρω στα 1000 mbs Κάθε millibar αντιστοιχεί σε περίπου 10 μέτρα (Στην κατώτερη ατμόσφαιρα) Τα 850 mbs είναι περίπου μέτρα, ένα σημαντικό επίπεδο Τα 700 mbs είναι περίπου μέτρα Τα 500 mbs είναι περίπου μέτρα Τα 300 mbs είναι περίπου μέτρα (επίπεδο cirrus ) Στον δεξιό άξονα είναι η ταχύτητα ανέμου, ενώ η σύντομη παύλα αντιστοιχεί σε 9χαω, η μεγάλη παύλα σε 18χαω, το τρίγωνο σε 93χαω. Τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση του ανέμου Σε αυτό το παράδειγμα: Στα 500 mbs (περίπου μέτρα) Το τρίγωνο και η μικρή παύλα σημαίνει ότι επικρατεί άνεμος περίπου 100 χαω με κατεύθυνση από 320 Στα μέτρα, (300 mbs) ο άνεμος είναι περίπου 340 /140 Αν μέχρι εδώ έχετε εξοικειωθεί με το γράφημα, ας προχωρήσουμε σταδιακά παρακάτω:

4 Τα 2 κόκκινα βέλη δεξιά, δείχνουν τις κόκκινες διαγώνιες γραμμές που αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες, πχ 0, 10, 20 κλπ Η παχιά κόκκινη γραμμή είναι η κατακόρυφη θερμοβαθμίδα του περιβάλλοντος αέρα, δηλαδή η μεταβολή της θερμοκρασίας του αέρα καθ ύψος που καταγράφεται στη ραδιοβόλιση (Environmental Lapse Rate (ELR) ). Αυτή η γραμμή, στο επίπεδο του εδάφους (1.000 mbs) πέφτει σε μια θερμοκρασία μεταξύ 10 και 20 βαθμών, περίπου 15 C (Πριν θερμανθεί το έδαφος) Ακολουθώντας την ELR μέχρι τα 850 mb (1.600 μέτρα), βλέπουμε ότι σε αυτό το ύψος η θερμοκρασία είναι περίπου 3 C. Σε αυτό το παράδειγμα, η θερμοκρασία παραμένει μέχρι τα 700 mbs (3.300 μέτρα) η ίδια σε αυτό το παράδειγμα, ενώ στα 300 mbs ( μέτρα) η θερμοκρασία είναι -38 C Αν όλα είναι κατανοητά, προχωράμε παρακάτω...

5 Η πράσινη γραμμή αντιστοιχεί στο dewpoint. Πχ στα μέτρα (750mb περίπου) το dewpoint είναι -22 C ενώ στο έδαφος είναι 8 C Το dewpoint είναι η θερμοκρασία μετά την οποία ο αέρας δεν μπορεί να συγκρατήσει την υγρασία του, γίνεται δηλαδή κορεσμένος. Το dewpoint της επιφάνειας είναι πολύ σημαντικό Στο επιφανειακό dewpoint, αναφέρεται η μάζα του νερού που μπορεί να συγκρατήσει ο αέρας. Καθώς ο αέρας ανυψώνεται σε ένα θερμικό, διαστέλλεται, ψύχεται (περίπου 3 C/1000 mb) μέχρι να φτάσει τη θερμοκρασία κορεσμού και να σχηματίσει το σύννεφο. Όμως, η συνολική ποσότητα του νερού που ο αέρας περιείχε, δεν έχει μεταβληθεί σε σχέση με αυτή που ο αέρας περιείχε στο έδαφος. Εδώ τα πράγματα γίνονται πιο δύσκολα αλλά και πιο ενδιαφέροντα. Για να δούμε...

6 Στο παραπάνω γράφημα, φαίνεται ένας τρόπος παρουσίασης που χρησιμοποιείται στο site του ( Uni Wyoming) Πρακτικά, αυτό είναι ένα τεφίγραμμα, (Skew-T) και περιέχει περισσότερες πληροφορίες. Παρατηρήσεις: Πολύ ισχυρή αναστροφή στα μέτρα ( 850 mbs) που περιορίζει την άνοδο σε αυτό το ύψος (αναστροφή υπάρχει, όπου η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος, ενώ συνήθως μειώνεται με το ύψος) Στα 850 mbs (1.600 μέτρα), ο αέρας είναι πολύ ξηρός (Η γραμμή του dewpoint είναι πολύ διαχωρισμένη από την γραμμή της αδιαβατικής μεταβολής) Οι άνεμοι είναι ασθενείς σε όλα τα ύψη, αλλά κοντά στη θάλασσα, πρέπει να συνυπολογίζονται και οι τοπικές αύρες)

7 Οι ευθείες γραμμές που δείχνονται από τα μαύρα βέλη αντιστοιχούν στην ξηρή αδιαβατική μεταβολή (Dry Adiabatic Lapse Rate (DALR)). Αδιαβατική, σημαίνει ότι πραγματοποιείται χωρίς ανταλλαγή θερμότητας με τον περιβάλλοντα αέρα, όπως συμβαίνει στον πυρήνα ενός ανερχόμενου θερμικού. Μια ανερχόμενη μάζα αέρα, ψύχεται λόγω εκτόνωσης σύμφωνα με την ξηρή αδιαβατική γραμμή, μέχρι να φτάσει τη θερμοκρασία κορεσμού, και με ρυθμό 3 C ανά 330 μέτρα. Έτσι, ένα θερμικό που αποκολλάται από την επιφάνεια με μια αρχική θερμοκρασία 20 C θα έχει θερμοκρασία 14 C στο ύψος 700 μέτρα περίπου. Όταν αυτό φτάσει αρκετά ψηλά, τη θερμοκρασία του κορεσμού, θα σχηματιστεί το σύννεφο. Αν ο αέρας συνεχίσει να ανεβαίνει, ακολουθεί το φαινόμενο της εξάτμισης, λόγω του οποίου επί πλέον θερμότητα απελευθερώνεται μέσα στο σύννεφο. Έτσι μέσα στο νέφος ο ρυθμός μείωσης της θερμοκρασίας γίνεται μικρότερος σε σχέση με αυτό που θα ήταν σε ξηρό θερμικό. Σε χαμηλά ύψη, αυτός ο ρυθμός είναι περίπου 1½ C ανά 330 μέτρα Το τι συμβαίνει μέσα στο σύννεφο, περιγράφεται από τις αδιαβατικές γραμμές κορεσμού Saturated Adiabatic Lapse Rates (SALR) που δείχνονται από τα πράσινα βέλη. Παρατήρηση Ο αέρας συμπεριφέρεται άλλοτε σαν ξηρός και άλλοτε σαν κορεσμένος. Δεν υπάρχει κάποια διαβάθμιση σε αυτή του τη συμπεριφορά, και έτσι όταν ανέρχεται πριν τον κορεσμό ακολουθεί τις ευθείες ξηρές αδιαβατικές, ενώ όταν φτιάξει σύννεφο, ακολουθεί μέσα σε αυτό τις καμπύλες υγρές αδιαβατικές γραμμές.

8 Λογικά, τώρα μπορούμε να καταλάβουμε τι σημαίνουν όλες οι γραμμές σε ένα τεφίγραμμα. Καιρός είναι να δούμε και με τι τρόπο μπορούμε πρακτικά να χρησιμοποιήσουμε ένα τέτοιο γράφημα. Η κόκκινη ELR γραμμή ξεκινά από τα 300 περίπου μέτρα (1.000 mbars). Τώρα χρησιμοποιώντας τις κόκκινες διαγώνιες γραμμές θερμοκρασίας στα δεξιά, φαίνεται ότι η κατακόρυφη θερμοβαθμίδα, τέμνει στο έδαφος τη θερμοκρασία 15 C Δεξιότερα από αυτό το σημείο, υπάρχει η ευθεία ξηρή αδιαβατική (DALR) που στο έδαφος αντιστοιχεί σε μια θερμοκρασία 17 C Όταν η θερμοκρασία μιας μάζας αέρα στην επιφάνεια φτάσει τους 17 C, τότε θα αρχίσει να ανυψώνεται ένα θερμικό ακολουθώντας την ευθεία ξηρή αδιαβατική γραμμή Τελικά, όταν αυτή η μάζα ψυχθεί αρκετά, θα φτάσει την κόκκινη γραμμή ELR στα 850 mbs (1.600 μέτρα) και αν μπορούσε να ανυψωθεί κι άλλο θα γινόταν ψυχρότερη από τον περιβάλλοντα αέρα, κάτι που βέβαια δεν μπορεί να συμβεί (εφόσον δεν υπάρχει άνεμος και ορεογραφικά φαινόμενα). Όταν λοιπόν αυτή η ξηρή αδιαβατική των 17 C φτάσει τη γραμμή του περιβάλλοντος, ο αέρας σταματά να ανεβαίνει, και αυτό είναι το μέγιστο που θα φτάσει το θερμικό. Είναι εμφανές από το σχήμα, ότι μια επιφανειακή θερμοκρασία αέρα των 15 C πρέπει να ξεπεραστεί (trigger temperature) πριν από οποιαδήποτε άνοδος θερμικών ξεκινήσει.

9 Σε μια περίπτωση που η επιφανειακή θερμοκρασία έφτανε τους 30 C, τότε η ξηρή αδιαβατική γραμμή θα φτάσει αυτή του περιβάλλοντος στα 730 mbs (3.000) που δείχνει μια καλή ανεμοπορική μέρα! Στο παράδειγμα αυτό, δεν έγινε κάποιος υπολογισμός που να αφορά και το σχηματισμό νεφών, κάτι που θα δούμε στη συνέχεια Στο επάνω γράφημα αν ακολουθήσουμε την ξηρή αδιαβατική των 20 αυτή θα συναντήσει την κατακόρυφη θερμοβαθμίδα στα 880 mbs. Τώρα όμως πρέπει να συνυπολογίσουμε και την υγρασία της ατμόσφαιρας. Από το επιφανειακό dewpoint των 14, η μοβ γραμμή θα συναντηθεί με την ξηρή αδιαβατική των 20 C στα 920 mbs. Αυτή είναι η αναμενόμενη βάση νεφών. (αυτή μπορεί να υπολογιστεί και πρακτικά με τον κανόνα 133 μέτρα ανά 1 C, όμως μόνο για τις ημέρες που αναμένονται Cumulus). Παρόλα αυτά, η άνοδος δεν σταματά στη βάση του νέφους αλλά συνεχίζεται και μέσα σε αυτό.

10 Συνεχίζεται όπως είπαμε πριν ακολουθώντας όχι την ξηρή (DALR) αλλά την αδιαβατική καμπύλη γραμμή κορεσμού στο γράφημα (SALR). Από το σημείο την βάσης του νέφους πάνω στην ξηρή αδιαβατική, αλλάζουμε γραμμή και κινούμαστε πάνω στην SALR γραμμή, όπου και βλέπουμε ότι αυτή τέμνεται με την κατακόρυφη θερμοβαθμίδα στα 400 mbs (~7.700μέτρα). Αυτό, μπορεί να σημαίνει ότι στην εξέλιξη της ημέρας θα έχουμε καταιγίδες, κάτι που επιβεβαιώνεται και από την παρακάτω μεσημεριανή ραδιοβόλιση της ίδιας ημέρας Αν μέχρι εδώ τα έχουμε καταφέρει, ας δούμε αν μια μέρα θα έχει μπλε θερμικά ή θα έχει σύννεφα, και πως μπορούμε να το προβλέψουμε αυτό μέσα από το Τεφίγραμμα...

11 Το επιφανειακό dewpoint είναι περίπου 3 C Ακολουθώντας τη μοβ γραμμή της περιεκτικότητας σε υγρασία προς τα δεξιά, αυτή τέμνει την κατακόρυφη θερμοβαθμίδα στα 700 mbs. Εκτός και αν η επιφανειακή θερμοκρασία ξεπεράσει τους 42 C, μια ξηρή αδιαβατική DALR, συναντά την ELR αρκετά δεξιότερα από τη γραμμή περιεκτικότητας σε υγρασία και έτσι κανένα σύννεφο δεν σχηματίζεται. Αν το dewpoint ήταν λίγο ψηλότερα, ή ο αέρας στα 900 με 800 mbs πιο ψυχρά, τότε θα είχαμε cumulus. Πολλές φορές η πρόβλεψη δεν είναι εύκολο να γίνει, ειδικά όταν τα φαινόμενα στο τεφίγραμμα είναι μεταξύ πολύ στενών ορίων. Οι συνθήκες μπορεί να αλλάξουν από τις μετακινήσεις αερίων μαζών μέσα στην ημέρα που θα αλλάξουν το dewpoint, ή από τοπικά φαινόμενα υγρασίας (τοπικές ομίχλες, αύρες κλπ). Παρατηρήσεις Όλα αυτά μπορεί να φαίνονται απάνθρωπα και καταστροφικά για το ανθρώπινο μυαλό, ειδικά αυτό που πετάει για να χαλαρώσει και να απολαύσει την ομορφιά της πτήσης. Όμως, αποτελούν εργαλείο το οποίο μπορεί να βοηθήσει σε μια σωστή πρόβλεψη η οποία μπορεί να παίξει καθοριστικό ρόλο στην πρόβλεψη μια μέρας με κινδύνους (καταιγίδες) ή μιας μέρας με προοπτική (cross country). Αν γνωρίζουμε τη θερμοδυναμική συμπεριφορά της ατμόσφαιρας μέσα από το τεφίγραμμα, και αν από ένα δελτίο καιρού πάρουμε την εξέλιξη της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους, μπορούμε να προβλέψουμε την κατάλληλη ώρα της ημέρας που τα θερμικά θα ξεκινήσουν το δρόμο τους για τον ουρανό και να σχεδιάσουμε μια αποτελεσματική και ασφαλή πτήση. Συνεχίζεται... Βαγγέλης Τσούκας