Ανάλυση δεδομένων ανέμου για το αεροδρόμιο «Μακεδονία»

Transcript

1 Ακαδημαϊκό Έτος Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής Τομέας Εφαρμογών Φυσικής και Φυσικής Περιβάλλοντος Πτυχιακή Εργασία: Ανάλυση δεδομένων ανέμου για το αεροδρόμιο «Μακεδονία» Δεκουτσίδης Γεώργιος ΑΕΜ: Επιβλέπων Καθηγητής: Πρόδρομος Ζάνης ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2017

2 Δεκουτσίδης Γεώργιος 2

3 Περίληψη Ο άνεμος είναι μία παράμετρος που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την λειτουργία ενός αεροδρομίου. Σε αυτή την εργασία μελετάται ο διανυσματικός άνεμος σε συνάρτηση με το χρόνο, στο αεροδρόμιο «Μακεδονία». Στόχοι είναι, αφενός, να εντοπιστούν οι συχνότερες κατηγορίες ανέμων που πνέουν στο χώρο του αεροδρομίου, ώστε να αξιολογηθεί κατά πόσο οι αεροδιάδρομοι έχουν κατασκευαστεί σε κατάλληλες διευθύνσεις, αφετέρου, να εντοπιστεί η ημερήσια εναλλαγή μεταξύ αυτών των κατηγοριών, ώστε να είναι δυνατή η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του ανέμου και κατ επέκταση η σωστή επιλογή ενεργού αεροδιαδρόμου. Η ανάλυση περιλαμβάνει περίπου έξι χιλιάδες (6.000) καταχωρήσεις των βιβλίων METAR/SPECI, καθώς και στατιστική επεξεργασία αυτών. Προέκυψε ότι στο χώρο του αεροδρομίου επικρατούν άνεμοι τεσσάρων διακριτών κατηγοριών: η αύρα των ορέων της κοιλάδας του Ανθεμούντα, η θαλάσσια αύρα του κόλπου της Θεσσαλονίκης, η θαλάσσια αύρα του Θερμαϊκού κόλπου και ο Βαρδάρης. Τα συμπεράσματα είναι, ότι οι αεροδιάδρομοι έχουν κατάλληλες διευθύνσεις και η ημερήσια πορεία του ανέμου είναι περιοδική και μπορεί να προβλεφθεί. Δεκουτσίδης Γεώργιος 3

4 Abstract Wind is a parameter that severely affects the operation of an airport. This essay studies wind as a vector, as a function of time, for the Makedonia airport. The goals of this essay include, first to identify the most common winds that blow in the designated area, in order to conclude whether the runways have been built with correct orientations and second to identify the daily changes of the wind, in order to be able to make predictions and use the correct runway at any time. The analysis is based on more than six thousand (6000) entries to the METAR/SPECI books. After processing the data it was concluded that there are four distinct wind categories blowing in the airport area. The mountain breeze of the Anthemountas valley, the sea breeze of the gulf of Thessaloniki, the sea breeze of Thermaikos gulf and the local wind called Vardaris. The conclusions are that the airport's runways have suitable directions and that the daily variation of the wind is periodical and thus can be predicted. Δεκουτσίδης Γεώργιος 4

5 Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή Άνεμοι Θαλάσσια και Απόγειος Αύρα Αύρα Ορέων και Κοιλάδας Άνεμος και Αεροπλοΐα Άνεμος και Σχεδιασμός Αεροδρομίων Πλάγιοι και Ούριοι Άνεμοι Επιτρεπτά Όρια Πλαγίων Ανέμων Επιτρεπτά Όρια Ούριων Ανέμων Δεδομένα Αεροδρόμιο «Μακεδονία» Μετεωρολογικά Δεδομένα Εργαλεία Μεθοδολογία Συλλογή Καταγραφή Δεδομένων Ανεμορόμβια (Wind Roses) Ημερήσια Πορεία Αποτελέσματα Διευθύνσεις Γενικά Κατηγορίες Ταχύτητες Γενικά Κατηγορίες Ώρες Εμφάνισης Γενικά Κατηγορίες Προέλευση Ανέμων Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Διαδικτυακές Συνδέσεις Αναφορές Δεκουτσίδης Γεώργιος 5

6 Δεκουτσίδης Γεώργιος 6

7 1. Εισαγωγή Η ανάλυση των δεδομένων ανέμου, καθώς και ο εντοπισμός των συμπεριφορών του, είναι μείζονος σημασίας για ένα μεγάλο εύρος ανθρωπίνων δραστηριοτήτων, όπως η αρχιτεκτονική, η παραγωγή ενέργειας, η ναυσιπλοΐα και άλλα. Μεταξύ αυτών είναι και η αεροπλοΐα, η οποία έχει μεγάλη βαρύτητα λόγω του πολύ σημαντικού αριθμού ανθρώπων που ταξιδεύουν καθημερινά αεροπορικώς. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζεται μια ανάλυση των δεδομένων ανέμου για τον Διεθνή Κρατικό Αερολιμένα Θεσσαλονίκης «Μακεδονία». Εξετάζεται, ποιες είναι οι επικρατούσες διευθύνσεις από τις οποίες πνέει ο άνεμος με μεγαλύτερη συχνότητα, καθώς επίσης και ποιες είναι οι πιο συχνές εντάσεις των ανέμων που πνέουν στο χώρο του αεροδρομίου. Επιπρόσθετα, γίνεται προσπάθεια να εντοπιστούν και να διαχωριστούν συγκεκριμένες κατηγορίες ανέμων με διακριτά χαρακτηριστικά ως προς τη διεύθυνση, την ταχύτητά τους και την ώρα εμφάνισής τους. Παράλληλα, μελετάται η μεταβολή της διεύθυνσης και ταχύτητας του ανέμου ως προς το χρόνο, κατά τη διάρκεια μίας ημέρας. Από αυτή τη μελέτη, γίνεται εφικτή η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του ανέμου στη διάρκεια μίας τυπικής ημέρας. 1.1 Άνεμοι Άνεμος, ορίζεται γενικά κάθε ρεύμα αερίου, σε μεγάλη κλίμακα. Πιο συγκεκριμένα για την μετεωρολογία, άνεμος είναι η κίνηση αέριας μάζας με σχετική ταχύτητα ως προς το έδαφος. Φυσικά οι αέριες μάζες μπορούν να εκτελούν και κατακόρυφες κινήσεις, όμως είναι συνήθως πολύ μικρότερης κλίμακας και δεν συμπεριλαμβάνονται στον όρο, άνεμος [1][2]. Ο προσδιορισμός του ανέμου γίνεται κάθε φορά με τη χρήση δυο παραμέτρων αυτού, της διεύθυνσης πνοής και της έντασης, ή ταχύτητάς του. Ως διεύθυνση θεωρείται πάντα το σημείο του ορίζοντα από το οποίο πνέει ο άνεμος, και όχι το σημείο στο οποίο κατευθύνεται. Για την έκφραση-μέτρηση της διεύθυνσης του ανέμου χρησιμοποιούνται συνήθως, στον επιστημονικό τομέα, οι μοίρες, που κυμαίνονται από 0 έως 360. Το 0, όπως και το 360, τοποθετείται στο σημείο του γήινου μαγνητικού βορρά. Ένας άλλος συνήθης τρόπος έκφρασης της διεύθυνσης πνοής του ανέμου, κυρίως στην καθημερινότητα, είναι τα σύμβολα του ανεμολογίου. Τέλος, πιο σπάνια, χρησιμοποιούνται και οι ονομασίες των ανέμων, τόσο επίσημες, όσο και κοινές. Δεκουτσίδης Γεώργιος 7

8 Σχήμα 1: Ανεμολόγιο, που περιλαμβάνει τις βασικές διευθύνσεις ανέμων με τις ονομασίες τους [3]. Δεκουτσίδης Γεώργιος 8

9 Πίνακας I: Χαρακτηρισμός ανέμων με διάφορες μεθόδους. Διεύθυνση Επίσημη Ονομασία Κοινό Όνομα Διεθνές Σύμβολο Διεθνής Ονομασία Β (000 ) Βόρειος Τραμουντάνα N North ΒΑ (045 ) Μέσης Γραίγος NE Northeast Α (090 ) Απηλιώτης Λεβάντες E East ΝΑ (135 ) Εύρος Σιρόκος SE Southeast Ν (180 ) Νότιος Όστρια S South ΝΔ (225 ) Λίβας Γαρμπής SW Southwest Δ (270 ) Ζέφυρος Πουνέντες W West ΒΔ (315 ) Σκίρων Μαΐστρος NW Northwest Πηγή: Έκτος των ανέμων στον Πίνακα Ι, υπάρχουν και τοπικοί άνεμοι, όπως για παράδειγμα ο Βαρδάρης, που είναι άνεμος Βόρειος-Βορειοδυτικός, στην περιοχή της κεντρικής Μακεδονίας, κατά μήκος της κοιλάδας του ποταμού Αξιού. Για τον προσδιορισμό της έντασης ή ταχύτητας του ανέμου, χρησιμοποιείται η μονάδα μέτρησης που είναι σε m/sec. Παρ όλα αυτά, παραδοσιακά χρησιμοποιείται και η εμπειρική κλίμακα Beaufort. Η ταξινόμηση των ανέμων σε αυτή την κλίμακα γίνεται παρατηρώντας την συμπεριφορά στοιχείων της στεριά ή της θάλασσας. Στην μετεωρολογία, η ένταση του ανέμου προσδιορίζεται από την ταχύτητα πνοής του, όπως αυτή μετράται από τα ανεμόμετρα. Οι πιο συνηθισμένες μονάδες μέτρησης είναι τα μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s), τα χιλιόμετρα ή μίλια ανά ώρα (kph ή mph) και τέλος οι κόμβοι. Ένα κόμβος αντιστοιχεί σε ταχύτητα ένα ναυτικό μίλι ανά ώρα. Ανάλογα με την έντασή τους οι άνεμοι έχουν και πάλι διάφορες ονομασίες. Οι πιο γενικές κατηγορίες είναι ο στρωτός και ο ριπαίος άνεμος. Στρωτός χαρακτηρίζεται ο άνεμος, ο οποίος έχει σταθερή ένταση. Ριπαίος χαρακτηρίζεται ο άνεμος με απότομες αυξομειώσεις στην έντασή του. Αν οι μεταβολές στην ένταση είναι σε μεγάλα διαστήματα χρόνου ο άνεμος ονομάζεται μεταβλητός. Την ίδια ονομασία έχει και όταν αλλάζει η διεύθυνση πνοής του. Οι άνεμοι με μεγάλη χρονική διάρκεια έχουν και αυτοί διακριτά ονόματα ανάλογα με την ένταση πνοής τους. Έτσι υπάρχουν αύρες, κυκλοστροφικοί άνεμοι και άλλοι. Δεκουτσίδης Γεώργιος 9

10 Μία κατηγορία ανέμων είναι και οι ημερήσιοι άνεμοι. Οι άνεμοι αυτοί εμφανίζονται τοπικά και μέσα στην διάρκεια ενός εικοσιτετράωρου. Κύρια αιτία εμφάνισης αυτών των ανέμων είναι η διαφορά θερμοκρασίας κατά την διάρκεια μίας ημέρας, που παρατηρείται μεταξύ ξηράς και θάλασσας, ή ορεινών περιοχών. Έτσι προκύπτουν η θαλάσσια και απόγειος αύρα, καθώς και η αύρα της κοιλάδας και των ορέων. Πίνακας II: Η κλίμακα Beaufort, οι ονομασίες των ανέμων, και οι παρατηρήσεις από τις οποίες ορίζεται. 1.2 Θαλάσσια και Απόγειος Αύρα Σε μέρες με καιρό αίθριο και χωρίς ανέμους, κατά τη διάρκεια της ημέρας, η στεριά και η θάλασσα θερμαίνονται διαφορετικά. Είναι γνωστό ότι η θάλασσα έχει μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα από τη στεριά, ενώ παράλληλα είναι και διαπερατή από το ηλιακό φως σε πολύ μεγαλύτερο βάθος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μετά την ανατολή του ηλίου η στεριά να θερμαίνεται πολύ ταχύτερα και πιο έντονα. Έτσι δυο με τρεις περίπου ώρες μετά την ανατολή του ήλιου, η ατμοσφαιρική πίεση πάνω από την ξηρά είναι μικρότερη σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση πάνω από τη θάλασσα. Κατά συνέπεια, οι θερμές αέριες μάζες πάνω από τη στεριά εμφανίζουν ανοδικές κινήσεις. Δεκουτσίδης Γεώργιος 10

11 Οι παραπάνω συνθήκες οδηγούν στη δημιουργία ενός δακτυλίου. Οι θερμές αέριες μάζες ανέρχονται και ψύχονται πάνω από τη θάλασσα. Στη συνέχεια, υπάρχει μεταφορά ψυχρών αερίων μαζών από τη θάλασσα στην στεριά, όπου θερμαίνονται και πάλι. Ο άνεμος που δημιουργείται ονομάζεται θαλάσσια αύρα, ή αλλιώς «μπάτης», όπως είναι η κοινή του ονομασία. Όπως είναι προφανές, η ένταση της θαλάσσιας αύρας μεγαλώνει μέχρι τις πρώτες απογευματινές ώρες. Στη συνέχεια κοπάζει μέχρι που σταματά τις πρώτες νυκτερινές ώρες. Η μέγιστη ένταση της θαλάσσιας αύρας είναι προφανώς την ώρα της μέγιστης θερμοκρασιακής διαφοράς μεταξύ στεριάς και θάλασσας. Η διεύθυνση της θαλάσσιας αύρας είναι πάντα κάθετη στην ακτογραμμή. Ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες, η θαλάσσια αύρα μπορεί να φτάσει και χιλιόμετρα πάνω από τη στεριά. Το «βάθος» στο οποίο φτάνει η θαλάσσια αύρα, εξαρτάται από τη μορφολογία του εδάφους και τη θερμοκρασιακή διαφορά στεριάς-θάλασσας. Στον κατακόρυφο άξονα, το ύψος του ανέμου μπορεί να φτάσει στα 500, περίπου, μέτρα. Οι ανοδικές κινήσεις των αερίων μαζών πάνω από τη στεριά μπορούν να οδηγήσουν στον σχηματισμό σωρειτόμορφων νεφών στην περιοχή [4][5]. Η απόγειος αύρα είναι φαινόμενο αντίστροφο της θαλάσσιας. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, η απουσία ηλιακής ακτινοβολίας έχει ως αποτέλεσμα να ψύχεται, τόσο η στεριά όσο και η θάλασσα. Όμως, λόγω της διαφορετικής θερμοχωρητικότητας, η στεριά ψύχεται ταχύτερα από τη θάλασσα. Έτσι, για κάποια χρονική περίοδο ο αέρας πάνω από τη θάλασσα είναι θερμότερος. Αντίστοιχα με τη θαλάσσια αύρα, δημιουργείται και σε αυτή την περίπτωση ένας άνεμος. Η διεύθυνσή του είναι από τη στεριά προς την θάλασσα και πάλι κάθετα στην ακτογραμμή. Ο άνεμος αυτός είναι η απόγειος αύρα και διαρκεί μέχρι τις πρώτες πρωινές ώρες. Σχήμα 2: Μηχανισμοί σχηματισμού θαλάσσιας και απόγειας αύρας. Δεκουτσίδης Γεώργιος 11

12 Τόσο η ένταση, όσο και το ύψος της απόγειας αύρας, είναι μικρότερα από τα αντίστοιχα της θαλάσσιας. Πιο συγκεκριμένα, το ύψος της απόγειας αύρας είναι μικρότερο από 100 μέτρα. Οι διαφορές αυτές εμφανίζονται, διότι οι θερμοκρασιακές διαφορές μεταξύ ξηράς και θάλασσας την ημέρα είναι πολύ μεγαλύτερες [4][5]. 1.3 Αύρα Ορέων και Κοιλάδας Η αύρα των ορέων και η αύρα της κοιλάδας είναι συστήματα ανέμων που σχετίζονται μεταξύ τους και έχουν τοπικό χαρακτήρα. Εμφανίζονται διαδοχικά, η μία μετά την άλλη, κατά τη διάρκεια μίας ημέρας. Πνέουν κατά τη διάρκεια της ημέρας από τα χαμηλότερα προς τα υψηλότερα σημεία επικλινών εδαφών και κατά την νύχτα αντίθετα. Αιτία εμφάνισής τους, είναι η διαφορετική θέρμανση του αέρα πάνω στην πλαγιά, σε σχέση με τον αέρα στην ανοιχτή κοιλάδα. Πιο συγκεκριμένα, για την αύρα των κοιλάδων ισχύουν τα εξής. Τις ημέρες με αίθριο καιρό και ενώ ο ήλιος ακτινοβολεί, ο ατμοσφαιρικός αέρας που βρίσκεται στο κέντρο της κοιλάδας και ακόμη περισσότερο οι αέριες μάζες που είναι κοντά στο έδαφος, θερμαίνονται περισσότερο από ότι οι αέριες μάζες που βρίσκονται κοντά στις επικλινείς επιφάνειες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, υπάρχει μεγαλύτερη σύγκλιση και κατά συνέπεια προστίθεται ανακλώμενη και εκπεμπόμενη ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος από τις πλαγιές. Ως αποτέλεσμα αυτής της μεγαλύτερης κλίμακας θέρμανσης, ο θερμός και πιο αραιός αέρας αρχίζει να πραγματοποιεί ανοδική κίνηση κατά μήκος των πλαγιών και μέχρι τις κορυφές. Από την αρχή διατήρησης της μάζας, επιβάλλεται νέος και σχετικά ψυχρότερος αέρας να πάρει τη θέση των μαζών που απομακρύνθηκαν, στο κέντρο της κοιλάδας. Με αυτό τον τρόπο, δημιουργείται ένα κύκλος ροής αέρα που αποτελεί το σύστημα κυκλοφορίας της αύρας των κοιλάδων. Η αύρα της κοιλάδας, ξεκινά να εμφανίζεται με την ανατολή του ήλιου και παύει με τη δύση του, όμοια με τη θαλάσσια αύρα. Γίνεται περισσότερο αισθητή στις νότιες πλαγιές της κοιλάδας, ενώ στις βόρειες πλαγιές δύσκολα ανιχνεύεται. Υπό ευνοϊκές συνθήκες μπορεί να φτάσει και ταχύτητες μεγαλύτερες από 5 m/sec. Γενικώς, είναι πολύ ασθενής και έτσι επικαλύπτεται πολλές φορές από άλλα πιο έντονα ρεύματα αέρα. Στον κατακόρυφο άξονα, η αύρα των κοιλάδων γίνεται αισθητή σε ύψη μέτρα από το έδαφος. Η αύρα των κοιλάδων ανήκει στους «αναβατικούς» ανέμους και αποκτά ιδιαίτερη σημασία για την καθημερινή ζωή την περίοδο του καλοκαιριού. Ο Δεκουτσίδης Γεώργιος 12

13 ανερχόμενος αέρας της αύρας, ψύχεται αδιαβατικά, με αποτέλεσμα να συμπυκνώνεται μέρος των υδρατμών του και να σχηματίζονται νέφη που δίνουν βροχές ή ακόμη και καταιγίδες. Για την αύρα των ορέων, ο μηχανισμός της κυκλοφορίας είναι ο αντίθετος από την αύρα της κοιλάδας. Η αύρα αυτή εμφανίζεται τις νυχτερινές ώρες και είναι «καταβατικός» άνεμος. Η αύρα των ορέων είναι ελαφρά ασθενέστερη σε χαμηλά ύψη, κοντά στο έδαφος. Σχήμα 3: Κυκλοφορίας αερίων μαζών στην αύρα α) των κοιλάδων και β) των ορέων [5]. 1.4 Άνεμος και Αεροπλοΐα Ο άνεμος είναι μια παράμετρος που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την αεροπλοΐα. Τα αεροσκάφη είναι εκτεθειμένα στις αλλαγές της έντασης και της διεύθυνσης του ανέμου, αφενός κατά την διάρκεια της πτήσης και αφετέρου κατά την απογείωση και προσγείωση. Ιδιαίτερα κατά την προσγείωση και απογείωση, όταν το αεροσκάφος βρίσκεται κοντά στο έδαφος, ο άνεμος μπορεί να αποτελέσει σημαντικό κίνδυνο, καθώς δεν υπάρχει μεγάλο περιθώριο διόρθωσης κάποιου σφάλματος. Η διαδικασία της προσγείωσης είναι μία από τις πιο κρίσιμες και απαιτητικές σε κάθε πτήση διαδικασία, για το λόγο αυτό ένα αεροσκάφος Δεκουτσίδης Γεώργιος 13

14 ευθυγραμμίζεται με τον αεροδιάδρομο πολλά μίλια πριν την προσγείωση. Σε περίπτωση που το αεροσκάφος προσγειωθεί εκτός του αεροδιαδρόμου τα αποτελέσματα μπορεί να είναι καταστροφικά. Γίνεται λοιπόν σαφές ότι κατά την διαδικασία της προσγείωσης, αλλά και της απογείωσης, πρέπει να αποφεύγονται πλάγιοι άνεμοι (crosswinds), δηλαδή άνεμοι κάθετοι στην πορεία του αεροσκάφους, καθώς μπορούν να οδηγήσουν σε αστοχία του αεροδιαδρόμου. Σε κάθε απογείωση και προσγείωση, προτιμάται το αεροσκάφος να κινείται αντίθετα προς την διεύθυνση του ανέμου, δηλαδή να έχει μετωπικό άνεμο. Κατά την απογείωση αυτό σημαίνει ότι το αεροσκάφος χρειάζεται μικρότερη ταχύτητα και μήκος αεροδιαδρόμου για την απογείωση, αφού ο άνεμος ενισχύει την σχετική κίνηση του αεροσκάφους στον αέρα. Αντίθετα, ο άνεμος που πνέει εκ των όπισθεν, δεν είναι επιθυμητός κατά την απογείωση και μπορεί να γίνει ακόμη και επικίνδυνος κατά την προσγείωση. Η ώθηση του ανέμου μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία έγκαιρης ακινητοποίησης του αεροσκάφους, οδηγώντας πιθανόν σε κάποιο ατύχημα. 1.5 Άνεμος και Σχεδιασμός Αεροδρομίων Η αποφυγή πλάγιων ανέμων και η επιλογή ευνοϊκής διεύθυνσης προσγείωσης είναι αδύνατη, καθώς ο αεροδιάδρομος μπορεί να έχει μία μόνο καθορισμένη διεύθυνση. Η γνώση της συμπεριφοράς του ανέμου αποτελεί συνεπώς καθοριστικό παράγοντα για το σωστό σχεδιασμό ενός αεροδρομίου και τη μετέπειτα εύρυθμη λειτουργία του, με κεντρικό στόχο την ασφάλεια των επιβατών. Πριν την κατασκευή ενός αεροδρομίου πραγματοποιείται εκτενής μελέτη της συμπεριφοράς του ανέμου στην περιοχή. Βασικό κριτήριο για το σχεδιασμό και την οικοδόμηση ενός αεροδρομίου είναι αυτό να προστατεύεται από πλάγιους ανέμους (για παράδειγμα από κάποιο λόφο) και οι αεροδιάδρομοι να κατασκευαστούν σε διευθύνσεις που ελαχιστοποιούν τους πλάγιους ανέμους κατά την προς/απογείωση των αεροσκαφών. Μετά τη σωστή κατασκευή ενός αεροδρομίου, ο άνεμος επηρεάζει συνεχώς και τη λειτουργία του. Κατά συνέπεια, η φορά προς\απογείωσης αλλάζει ανάλογα με τη φορά πνοής του ανέμου κάθε χρονική στιγμή. 1.6 Πλάγιοι και Ούριοι Άνεμοι Οι έννοιες του πλάγιου και του ούριου ανέμου είναι κεντρικές, όσον αφορά το σωστό σχεδιασμό αεροδιαδρόμων. Με τον όρο πλάγιος άνεμος Δεκουτσίδης Γεώργιος 14

15 μπορεί γενικά να περιγραφεί κάθε άνεμος κάθετος σε μία επιλεγμένη διεύθυνση. Στην αεροπλοΐα συγκεκριμένα, πλάγιος είναι ο άνεμος με διεύθυνση κάθετη στον αεροδιάδρομο. Ένας πλάγιος άνεμος αυξάνει τη δυσκολία και τον κίνδυνο μίας προσγείωσης, σε σχέση με έναν άνεμο παράλληλο προς την διεύθυνση του αεροδιαδρόμου. Σύμφωνα με τις οδηγίες της Federal Aviation Administration (F.A.A.), Υπηρεσίας Πολιτικής Αεροπορίας (Υ.Π.Α.), οι αεροδιάδρομοι θα πρέπει να κατασκευάζονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να έχουν τουλάχιστον 95% κάλυψη. Αυτό σημαίνει ότι για το 95% του χρόνου, οι πλάγιοι άνεμοι θα πρέπει να έχουν εντάσεις μικρότερες από τα ανώτερα επιτρεπτά όρια. Σε περίπτωση που ένας αεροδιάδρομος δεν μπορεί να καλύψει το απαραίτητο 95% συνίσταται η κατασκευή δεύτερου διαδρόμου σε διαφορετική διεύθυνση, ώστε να καλύπτεται το όριο αθροιστικά για τους δυο διαδρόμους. Αντίστοιχη οδηγία υπάρχει και από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Ασφάλειας Αεροπορίας (European Aviation Safety Agency, EASA), σύμφωνα με την οποία ο αριθμός και η διεύθυνση των εν χρήσει αεροδιαδρόμων θα πρέπει να είναι τέτοια, ώστε η ευχρηστία τους να είναι μεγαλύτερη από 95% για τους τύπους των αεροσκαφών που πρόκειται να εξυπηρετήσουν. Κατά συνέπεια οι όροι ευχρηστία και κάλυψη έχουν έννοιες συνώνυμες. 1.7 Επιτρεπτά Όρια Πλαγίων Ανέμων Κάθε αεροσκάφος έχει το δικό του μέγιστο επιτρεπτό όριο πλαγίου ανέμου (allowable crosswind component, ACC). Το όριο αυτό προκύπτει από συνεχείς δοκιμές. Όσο μεγαλύτερο είναι ένα αεροσκάφος, συνήθως, τόσο μεγαλύτερο είναι και το όριο. Ο υπολογισμός του ACC, σύμφωνα με την FAA μπορεί να γίνει με βάση τον κωδικό σχεδιασμού του αεροδιαδρόμου (Runway Design Code, RDC). Ο κωδικός αυτός αποτελείται από ένα γράμμα και ένα λατινικό αριθμό. Τα γράμματα από Α μέχρι Ε σχετίζονται με την ταχύτητα προσγείωσης, όπου Α είναι χαμηλή ταχύτητα και Ε υψηλή. Οι λατινικοί αριθμοί I-VI σχετίζονται με το άνοιγμα των φτερών του αεροσκάφους. Δεκουτσίδης Γεώργιος 15

16 Πίνακας III: Μέγιστα επιτρεπτά όρια πλαγίων ανέμων ανάλογα με τον κωδικό σχεδιασμού του αεροδιαδρόμου, σε kts. Κωδικός Σχεδιασμού Αεροδιαδρόμου (RDC) Μέγιστο Επιτρεπτό Όριο Πλάγιου Ανέμου (ACC) A-I και B-I 10.5 Α-ΙΙ και Β-ΙΙ 13 Α-ΙΙΙ, Β-ΙΙΙ, C-I εως D-III, 16 A-IV, B-IV, C-IV έως C-VI, D-IV έως D-VI 20 E-I έως E-VI Επιτρεπτά Όρια Ούριων Ανέμων Ούριος, ονομάζεται ο άνεμος που πνέει εκ των όπισθεν. Με την πάροδο των ετών και κυρίως λόγω της ναυσιπλοΐας, ο όρος αυτός έχει αποκτήσει την έννοια του ευνοϊκού ανέμου. Στην αεροπλοΐα, όμως ο ούριος άνεμος δεν είναι πάντα ευνοϊκός. Προς αποφυγή παρερμηνείας, τονίζεται ότι στην παρούσα εργασία, ο όρος, ούριος άνεμος, χαρακτηρίζει άνεμο που πνέει εκ των όπισθεν και όχι απαραίτητα, ευνοϊκό άνεμο. Ο ούριος άνεμος οδηγεί σε μεταβολή του απαιτούμενου διαδρόμου προσγείωσης και απογείωσης. Συνεπώς στις περιπτώσεις με ούριο άνεμο πρέπει να διορθώνεται η εκτιμώμενη απόσταση προσγείωσης και απογείωσης. Τα αεροσκάφη με χαμηλές ταχύτητες προσγείωσης, είναι γενικά πιο ευαίσθητα σε μεταβολές του ούριου ανέμου. Από την ανάλυση ατυχημάτων που σχετίζονται με την ύπαρξη ούριου ανέμου, προκύπτει ότι ο άνεμος αυτός οδηγεί συνήθως σε μη έγκυρη ακινητοποίηση του αεροσκάφους εντός των ορίων του αεροδιαδρόμου κατά την προσγείωση. Μάλιστα η επίδραση του ούριου ανέμου γίνεται ακόμη μεγαλύτερη σε περίπτωση που ο διάδρομος είναι υγρός. Δεκουτσίδης Γεώργιος 16

17 2. Δεδομένα 2.1 Αεροδρόμιο «Μακεδονία» Το υπό μελέτη αεροδρόμιο είναι ο Διεθνής Κρατικός Αερολιμένας Θεσσαλονίκης «Μακεδονία» (κωδικός ICAO LGTS). Βρίσκεται στην ανατολική Θεσσαλονίκη και αποτελεί το δεύτερο μεγαλύτερο αεροδρόμιο της χώρας, καθώς και ένα από τα πιο σημαντικά. Συνολικά, το έτος 2016 διακινήθηκαν από αυτό σχεδόν 5,7 εκατομμύρια επιβάτες. Διαθέτει δυο αεροδιαδρόμους, οι οποίοι τέμνονται σε σχήμα Χ. Ο ένας σε διεύθυνση 10/28 (δηλαδή 100 ο και 280 ο ) και μήκος 2440m και ο δεύτερος σε διεύθυνση 16/34 (δηλαδή 160 ο και 340 ο ) και μήκος 2410m. Η διεύθυνση ενός αεροδιαδρόμου δίνεται από ένα νούμερο μεταξύ 01 και 36, που ορίζει τη φορά του ως προς το βορρά με βήμα 10 ο. 2.2 Μετεωρολογικά Δεδομένα Η εκπόνηση μίας μελέτης απαιτεί τη συλλογή μεγάλου αριθμού δεδομένων για μία αντιπροσωπευτική χρονική περίοδο, και την κατάλληλη ανάλυση αυτών στη συνέχεια. Η πηγή δεδομένων για αυτή την εργασία, είναι τα βιβλία METAR/SPECI από το αρχείο του Περιφερειακού Μετεωρολογικού Κέντρου Μακεδονίας (Π.Μ.Κ.Μ.). Τα αρχεία METAR (Meteorological Aerodrome Report), είναι κωδικοποιημένα μηνύματα που αποστέλλονται από το σταθμό επιφανείας του Π.Μ.Κ.Μ. στον πύργο ελέγχου του αεροδρομίου. Στα αρχεία αυτά περιλαμβάνονται διάφορα μετεωρολογικά δεδομένα, μεταξύ των οποίων, η διεύθυνση και ένταση του ανέμου, οι ριπές ανέμου (gusts), η νεφοκάλυψη κ.α.. Τα αρχεία METAR αποστέλλονται κάθε μισή ώρα, ενώ τα αρχεία SPECI, είναι ειδικά METAR που αποστέλλονται όποτε υπάρχει κάποια έντονη και απρόσμενη μεταβολή κάποιας μετεωρολογικής παραμέτρου π.χ. θερμοκρασία. Τα μηνύματα METAR/SPECI, αποστέλλονται σε κωδικοποιημένη ηλεκτρονική μορφή, αλλά καταγράφονται, πάλι κωδικοποιημένα, σε βιβλία, χειρόγραφα και αρχειοθετούνται. Η χρονική περίοδος την οποία καλύπτει η παρούσα μελέτη είναι οι μήνες Μάιος, Ιούνιος, Ιούλιος και Αύγουστος για το έτος Κατά τους μήνες αυτούς η κίνηση στο αεροδρόμιο μεγιστοποιείται. Συνολικά συγκεντρώθηκαν περίπου έξι χιλιάδες καταχωρήσεις των βιβλίων METAR/SPECI. Δεκουτσίδης Γεώργιος 17

18 Σχήμα 4: Αεροφωτογραφία του αεροδρομίου "Μακεδονία", μέσω Google Earth. 2.3 Εργαλεία Η επεξεργασία και στατιστική ανάλυση των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα Microsoft Excel, όπως και μεγάλο μέρος των γραφικών αναπαραστάσεων, π.χ. ανεμορόμβια. Για τα γραφήματα χρησιμοποιήθηκε επίσης το πρόγραμμα Origin Pro8. Δεκουτσίδης Γεώργιος 18

19 3. Μεθοδολογία 3.1 Συλλογή Καταγραφή Δεδομένων Τα χειρόγραφα βιβλία METAR/SPECI του αεροδρομίου «Μακεδονία» αρχειοθετούνται και φυλάσσονται στο Π.Μ.Κ.Μ.. Τα δεδομένα που καταγράφονται στα βιβλία αυτά, έχουν ένα πρωτόκολλο για την κωδικοποίησή τους. Κάθε αλφαριθμητική σειρά METAR/SPECI αποκωδικοποιήθηκε, αναλύθηκε και εξήχθησαν τα απαραίτητα δεδομένα, τα οποία και καταγράφηκαν σε ηλεκτρονικό αρχείο. Η διεύθυνση του ανέμου, στα βιβλία και στο ηλεκτρονικό αρχείο καταγράφηκε σε μοίρες ( ο ). Η τιμή της διεύθυνσης δηλώνει την γωνία από την οποία πνέει ο άνεμος με τις 0 ο και 360 ο να είναι το σημείο του Βορρά. Η ταχύτητα του ανέμου καθώς και τα Gust καταγράφηκαν σε κόμβους. Ένας κόμβος αντιστοιχεί σε ταχύτητα ανέμου 1,852 km/h. Από το σύνολο των δεδομένων που φαίνονται στο Σχήμα 5 αναλύθηκαν η διεύθυνση και η ταχύτητα του ανέμου. 3.2 Ανεμορόμβια (Wind Roses) Τα ανεμορόμβια (wind roses), είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για τη γραφική απεικόνιση των διευθύνσεων και των ταχυτήτων των ανέμων που πνέουν σε μία περιοχή και για μια ορισμένη χρονική περίοδο. Το σημαντικό τους πλεονέκτημα είναι, ότι περιέχουν πολλή πληροφορία σε ένα μόνο γράφημα. Στην παρούσα εργασία, επιλέχθηκε διάκριση του ανέμου σε 16 κλάσεις. Ο βορράς βρίσκεται στις 0 ο και ο διαχωρισμός των διευθύνσεων γίνεται όπως παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα. Για την κατασκευή των ανεμορομβίων, τα δεδομένα διαχωρίστηκαν αρχικά κατά διευθύνσεις. Έπειτα, για κάθε διεύθυνση υπολογίστηκε η συχνότητα εμφάνισης ανέμων σε κλάσεις ταχυτήτων. Οι κλάσεις επιλέχθηκαν από 0 έως 16 κόμβους με βήμα δύο κόμβων ανά κλάση. Η τελευταία κλάση περιέχει ανέμους με ταχύτητες μεγαλύτερες των 16 κόμβων. Από τα ανεμορόμβια εντοπίστηκαν οι συχνότερες διευθύνσεις από τις οποίες πνέει ο άνεμος και οι αντίστοιχες μέσες ταχύτητες κάθε διεύθυνσης. Δεκουτσίδης Γεώργιος 19

20 Πίνακας IV: Κλάσεις διευθύνσεων και οι αντίστοιχες μοίρες που αντιστοιχούν σε κάθε κλάση Διευθύνσεις Μοίρες N 348,75-11,25 NNE 11,25-33,75 NE 33,75-56,25 ENE 56,25-78,75 E 78,75-101,25 ESE 101,25-123,75 SE 123,75-146,25 SSE 146,25-168,75 S 168,75-191,25 SSW 191,25-213,75 SW 213,75-236,25 WSW 236,25-258,75 W 258,75-281,25 WNW 281,25-303,75 NW 303,75-326,25 NNW 326,25-348,75 Πίνακας V: Κλάσεις ταχυτήτων Κλάση Εύρος ταχυτήτων (kts) >16 Δεκουτσίδης Γεώργιος 20

21 3.3 Ημερήσια Πορεία Για τον εντοπισμό των μεταβολών στην διεύθυνση και ταχύτητα του ανέμου, ως προς το χρόνο, κατασκευάστηκε αντίστοιχο διάγραμμα. Οι μετρήσεις διαχωρίστηκαν στις 24 ώρες μίας ημέρας, με βήμα μία ώρα και υπολογίστηκε η συχνότητα εμφάνισης ανέμων διαφόρων διευθύνσεων για κάθε μία ώρα. Δεκουτσίδης Γεώργιος 21

22 Σχήμα 5: Μέρος από Φύλλο Εργασίας του Excel που περιλαμβάνει το σύνολο των δεδομένων που αποκωδικοποιήθηκαν από τα βιβλία METAR/SPECI. Δεκουτσίδης Γεώργιος 22

23 4. Αποτελέσματα 4.1 Διευθύνσεις Γενικά Τα ανεμορόμβια για κάθε έναν από τους τέσσερεις υπό μελέτη μήνες, καθώς και για το σύνολο των δεδομένων παρατίθενται στα Σχήματα 6, 7 και 8. Στα ανεμορόμβια κάθε μήνα μπορούν εύκολα να διακριθούν τέσσερεις διευθύνσεις πνοής ανέμου που εμφανίζονται με μεγαλύτερη συχνότητα. Πρώτη τέτοια διεύθυνση είναι η ανατολική νοτιοανατολική. Άνεμοι με αυτή τη διεύθυνση πνοής εμφανίζονται σε όλους τους μήνες, με την μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης να είναι τον Αύγουστο. Δεύτερη διεύθυνση που κυριαρχεί στα ανεμορόμβια είναι η νότια. Άνεμοι αυτής της διεύθυνσης εμφανίζονται και τους τέσσερεις μήνες με σχεδόν σταθερή συχνότητα. Τρίτη διεύθυνση πνοής με μεγάλη συχνότητα, είναι η δυτική. Άνεμοι δυτικών διευθύνσεων εμφανίζονται και τους τέσσερεις μήνες, με τον Μάιο να έχει λίγο μικρότερη συχνότητα εμφάνισης από τους άλλους μήνες. Τέλος η τέταρτη διεύθυνση είναι η βόρεια. Βόρειοι και βόρειοι βορειοδυτικοί άνεμοι εμφανίζονται κυρίως το Μάιο και τον Ιούνιο. Παρατηρώντας τα μηνιαία ανεμορόμβια, και συγκρίνοντάς τα μεταξύ τους, καθώς και με το ανεμορόμβιο του τετραμήνου, προκύπτει ότι εμφανίζονται πολλές ομοιότητες και κατά συνέπεια η ανάλυση του γραφήματος για όλο το τετράμηνο είναι αντιπροσωπευτική όλων των μηνών Κατηγορίες Στο ανεμορόμβιο που περιλαμβάνει τα δεδομένα και από τους τέσσερεις μήνες, διακρίνονται επίσης τέσσερεις κορυφές. Οι κορυφές αυτές αντιστοιχούν σε διευθύνσεις, από τις οποίες ο άνεμος πνέει με μεγαλύτερη συχνότητα. Παράλληλα δίδονται πληροφορίες για την ταχύτητα πνοής. Προκύπτει συνεπώς, ότι για το αεροδρόμιο «Μακεδονία» μπορούν να διαχωριστούν τέσσερεις κατηγορίες ανέμων με διακριτά χαρακτηριστικά. Κατηγορία 1: Σε αυτή την κατηγορία εντάσσονται οι άνεμοι δυτικής (W) διεύθυνσης. Οι άνεμοι αυτής της κατηγορίας εμφανίζονται με την μεγαλύτερη συχνότητα, ενώ έχουν σχετικά μικρές ταχύτητες πνοής. Δεκουτσίδης Γεώργιος 23

24 Κατηγορία 2: Αντιστοιχεί στην κορυφή του ανεμορόμβιου από την ανατολική - νοτιοανατολική διεύθυνση (ESE). Έχει ελαφρά μικρότερη συχνότητα εμφάνισης και οι άνεμοι αυτής πνέουν συνήθως με πιο ασθενείς ταχύτητες από αυτούς της πρώτης κατηγορίας. Κατηγορία 3: Η τρίτη κατηγορία αποτελείται από ανέμους νοτίων (S) διευθύνσεων. Η συχνότητα εμφάνισής της είναι μικρότερη από τις προηγούμενες, αλλά η ένταση των ανέμων αυτής της είναι μεγαλύτερη. Κατηγορία 4: Η τέταρτη κατηγορία είναι πιο δυσδιάκριτη από τις προηγούμενες. Εμφανίζεται με την πιο μικρή συχνότητα από τις υπόλοιπες κατηγορίες. Οι διευθύνσεις των ανέμων αυτής της κατηγορίας είναι βόρειες (N) και βόρειες - βορειοδυτικές (NNW). Οι άνεμοι αυτοί πνέουν με τις μεγαλύτερες ταχύτητες σε σχέση με τις υπόλοιπες κατηγορίες. Δεκουτσίδης Γεώργιος 24

25 Σχήμα 6 : Ανεμορόμβια για το αεροδρόμιο «Μακεδονία», Μάιος (επάνω), Ιούνιος (κάτω). Δεκουτσίδης Γεώργιος 25

26 Σχήμα 7: Ανεμορόμβια για το αεροδρόμιο "Μακεδονία", Ιούλιος (επάνω), Αύγουστος (κάτω). Δεκουτσίδης Γεώργιος 26

27 Σχήμα 8: Ανεμορόμβια για το αεροδρόμιο "Μακεδονία" για το σύνολο των δεδομένων, Μάιος, Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος. Σχήμα 9: Ποσοστιαία κατανομή των διευθύνσεων πνοής του ανέμου για τους μήνες Μάιο, Ιούνιο, Ιούλιο, Αύγουστο, στο αεροδρόμιο «Μακεδονία». Δεκουτσίδης Γεώργιος 27

28 Για μεγαλύτερη ακρίβεια στις συχνότητες εμφάνισης των κατηγοριών, κατασκευάστηκε το διάγραμμα του Σχήματος 9. Σε αυτό δίνεται η ποσοστιαία κατανομή του ανέμου στις διευθύνσεις. Τα μέγιστα στο διάγραμμα αντιπροσωπεύουν τα ποσοστά για τις τέσσερεις κατηγορίες. Παράλληλα είναι δυνατός ο πιο αυστηρός ορισμός των διευθύνσεων για τις κατηγορίες. Πιο συγκεκριμένα η κατηγορία 1, εμφανίζεται στο 19,7% των ημερών σε διευθύνσεις 258,75 ο με 281,25 ο. Η κατηγορία 2 σε ποσοστό 17,8% και σε διευθύνσεις 101,25 ο με 123,75 ο. Η κατηγορία 3 με ποσοστό 11,8% και διευθύνσεις 168,75 ο με 191,25 ο. Τέλος η κατηγορία 4, εμφανίζεται με ποσοστό 10,6% και οι άνεμοι αυτής πνέουν σε διευθύνσεις 326,25 ο με 11,25 ο. Συνολικά οι άνεμοι που ανήκουν στις τέσσερεις κατηγορίες αντιπροσωπεύουν το 59,9% των δεδομένων. Οι διευθύνσεις καθορίζονται σύμφωνα με τον Πίνακα ΙV. Στον Πίνακα VI, καταγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των τεσσάρων κατηγοριών ανέμου που πνέουν στο αεροδρόμιο «Μακεδονία». Πίνακας VI: Διευθύνσεις πνοής και ποσοστά γεγονότων για τις τέσσερεις κατηγορίες ανέμου που πνέουν με την μεγαλύτερη συχνότητα στον χώρο του αεροδρομίου «Μακεδονία». Κατηγορία Διεύθυνση πνοής Γεγονότα % W ( 258,75 ο - 281,25 ο ) ESE (101,25 ο -123,75 ο ) S (168,75 ο με 191,25 ο ) N και NNW (326,25 ο - 11,25 ο ) 19,7% 17,8% 11,8% 10,6% 4.2 Ταχύτητες Γενικά Η γνώση της διεύθυνσης πνοής του ανέμου είναι απαραίτητη για το σωστό σχεδιασμό ενός αεροδρομίου και την ασφαλή λειτουργία του. Οι πλάγιοι άνεμοι μπορούν να αποτελέσουν κίνδυνο, ακόμη και αν έχουν μικρές εντάσεις. Ακόμη όμως και άνεμοι παράλληλοι στους αεροδιαδρόμους μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα, αν η ταχύτητα πνοής τους είναι Δεκουτσίδης Γεώργιος 28

29 μεγάλη. Κατά συνέπεια είναι απαραίτητη και η γνώση της ταχύτητας του ανέμου, εκτός από τη διεύθυνση. Στο γράφημα του Σχήματος 10, παρουσιάζεται η κατανομή των ανέμων ανάλογα με την ταχύτητα πνοής (ws), για το αεροδρόμιο «Μακεδονία», κατά τους μήνες Μάιο, Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο. Το μέγιστο ποσοστό γεγονότων, 29,9%, εμφανίζεται για ταχύτητες ανέμων από τέσσερεις έως έξι κόμβους. Συνολικά το 73,4% των δεδομένων αντιστοιχεί σε ανέμους με ταχύτητες μικρότερες από οκτώ κόμβους. Μόλις ένα μικρό ποσοστό 2,7% είναι άνεμοι με ταχύτητες μεγαλύτερες από 14 κόμβους. Σχήμα 10: Κατανομή των ταχυτήτων (kts) των ανέμων που πνέουν στο αεροδρόμιο "Μακεδονία" σε κλάσεις. Στο Σχήμα 10, παρουσιάζεται η ποσοστιαία κατανομή της ταχύτητας πνοής του ανέμου χωρίς όμως να λαμβάνεται υπόψη η διεύθυνση. Ο συνδυασμός των δύο αυτών παραμέτρων μπορεί να δώσει πιο ξεκάθαρα αποτελέσματα. Στο Σχήμα 11, που είναι ανάλογο του ανεμορόμβιου, φαίνεται η κατανομή των ταχυτήτων πνοής των ανέμων ως προς την διεύθυνση πνοής. Οι μεγαλύτερες εντάσεις καταγράφονται σε διευθύνσεις βορειοανατολικές (NE) με τη μέση ταχύτητα να είναι 10,6 κόμβοι. Οι άνεμοι βόρειων βορειοδυτικών (NNW) και βορειοδυτικών (NW) διευθύνσεων Δεκουτσίδης Γεώργιος 29

30 ακολουθούν με μέσες ταχύτητες 9,8 και 9,5 κόμβους αντίστοιχα. Η μικρότερη ένταση αντιστοιχεί σε ανατολικό άνεμο (Ε), όπου η μέση ταχύτητα πνοής είναι 4,9 κόμβοι. Για τις τέσσερεις κατηγορίες ανέμων οι μέσες ταχύτητες πνοής είναι 7,2 κόμβοι για την κατηγορία 1, 5 κόμβοι για την κατηγορία 2, 9,3 κόμβοι για την κατηγορία 3 και 8,7 κόμβοι για την κατηγορία Κατηγορίες Σχήμα 11: Μέση ταχύτητα πνοής (kts) των ανέμων στο αεροδρόμιο «Μακεδονία», ως προς την διεύθυνση πνοής τους. Από το ανεμορόμβιο για το σύνολο των δεδομένων στο Σχήμα 8, εξήχθησαν κάποια αρχικά συμπεράσματα για την ταχύτητα πνοής των ανέμων των τεσσάρων επιμέρους κατηγοριών. Στα Σχήματα 12 και 13, δίνεται η κατανομή των ταχυτήτων των ανέμων για κάθε κατηγορία. Στην κατηγορία 1, οι άνεμοι σε ποσοστό 79,17% έχουν ταχύτητες μικρότερες των οκτώ (8) κόμβων. Μόλις το 0,67% των γεγονότων είναι άνεμοι με ταχύτητες μεγαλύτερες από δεκατρείς (13) κόμβους. Η κατηγορία 2 έχει ανέμους μικρότερων ταχυτήτων, ενώ η ταχύτητα εμφανίζεται να είναι σχεδόν σταθερή σε όλα τα γεγονότα. Το 93,125% των Δεκουτσίδης Γεώργιος 30

31 γεγονότων βρίσκεται στο εύρος από τρείς (3) έως και έξι (6) κόμβους. Σε ποσοστό 97,25% οι άνεμοι της κατηγορίας αυτής έχουν ταχύτητες μικρότερες από οκτώ (8) κόμβους. Ταχύτητες μεγαλύτερες από δέκα (10) κόμβους έχουν μόλις το 0,375% των γεγονότων. Η κατηγορία 3, έχει ανέμους με ταχύτητες μεγαλύτερες των δύο προηγούμενων κατηγοριών. Ποσοστό 56,85% των ανέμων έχουν ταχύτητες 9-12 κόμβους, ενώ ποσοστό 8,45% των γεγονότων είναι άνεμοι με ταχύτητες μεγαλύτερες από δεκατρείς (13) κόμβους. Στην κατηγορία 4 οι πιο συνήθεις ταχύτητες είναι 7-8 κόμβοι με ποσοστό 31,11%. Μεγάλο ποσοστό 17,33 % όμως είναι άνεμοι με ταχύτητες μεγαλύτερες των δεκατριών (13) κόμβων. Δεκουτσίδης Γεώργιος 31

32 Σχήμα 12: Ποσοστιαία κατανομή ανέμων σε κλάσεις ταχύτητας, κατηγορία 1, W, (επάνω) και κατηγορία 2, ESE, (κάτω). Δεκουτσίδης Γεώργιος 32

33 Σχήμα 13: Ποσοστιαία κατανομή ανέμων σε κλάσεις ταχύτητας, κατηγορία 3, S, (επάνω) και κατηγορία 4, N-NNW, (κάτω). Δεκουτσίδης Γεώργιος 33

34 Στον Πίνακα VII συνοψίζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των τεσσάρων κατηγοριών ανέμου που πνέουν στο αεροδρόμιο «Μακεδονία». Πίνακας VII: Διευθύνσεις πνοής, ποσοστά γεγονότων και μέσες ταχύτητες, των τεσσάρων κατηγοριών ανέμου που πνέουν με την μεγαλύτερη συχνότητα στον χώρο του αεροδρομίου «Μακεδονία». Κατηγορία Διεύθυνση πνοής Γεγονότα % Μέση ταχύτητα πνοής W (258,75 ο - 281,25 ο ) ESE (101,25 ο -123,75 ο ) S (168,75 ο με 191,25 ο ) N και NNW (326,25 ο - 11,25 ο ) 19,7% 7,2 kt 17,8% 5 kt 11,8% 9,3 kt 10,6% 8,7 kt 4.3 Ώρες Εμφάνισης Γενικά Η εύρυθμη λειτουργία ενός αεροδρομίου προϋποθέτει κάθε στιγμή την καλή γνώση των μετεωρολογικών παραμέτρων, όπως του ανέμου. Σημαντική επίσης είναι και η δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς του. Για το λόγο αυτό, εκτός της διεύθυνσης και της ταχύτητας, σημαντική παράμετρο αποτελεί και η ωριαία μεταβολή των χαρακτηριστικών του ανέμου. Στο Σχήμα 14, παρουσιάζεται η ωριαία κατανομή των διευθύνσεων πνοής του ανέμου, για το σύνολο των δεδομένων. Για το αεροδρόμιο «Μακεδονία» προκύπτει ότι, η διεύθυνση πνοής του ανέμου αλλάζει ακολουθώντας μία συγκεκριμένη πορεία στην διάρκεια μίας τυπικής ημέρας. Τις νυχτερινές και πρώτες πρωινές ώρες, 18:00 05:00, κυριαρχεί άνεμος ανατολικός νοτιοανατολικός, ESE. Το χρονικό διάστημα 05:00 06:00 είναι μια μεταβατική περίοδος κατά την οποία δεν υπάρχει κάποια ξεκάθαρη προτιμητέα διεύθυνση. Τις πρωινές και μεσημβρινές ώρες, 06:00 13:00, επικρατεί άνεμος δυτικός W. Έπειτα το χρονικό διάστημα 13:00 14:00 αποτελεί και πάλι μια μεταβατική περίοδο. Στην συνέχεια τις απογευματινές ώρες, 14:00 17:00 κυριαρχούν άνεμοι νοτίων διευθύνσεων S. Τέλος το χρονικό διάστημα 17:00 18:00 αποτελεί και πάλι μεταβατική περίοδο. Δεκουτσίδης Γεώργιος 34

35 Σχήμα 14: Ποσοστιαία κατανομή μέσης ωριαίας διεύθυνσης πνοής ανέμων για το αεροδρόμιο "Μακεδονία", στο σύνολο των δεδομένων. Δεκουτσίδης Γεώργιος 35

36 4.3.2 Κατηγορίες Στο Σχήμα 14, διακρίνονται και πάλι οι τρείς από τις τέσσερεις κατηγορίες. Κάθε μία κατηγορία ανέμου επικρατεί για κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια μίας τυπικής ημέρας. Έτσι μέσα σε μία ημέρα ο άνεμος εναλλάσσεται με συγκεκριμένη πορεία μεταξύ των κατηγοριών. Η πορεία αυτή επαναλαμβάνεται περιοδικά. Η εναλλαγή μεταξύ των κατηγοριών ανέμου αποτυπώνεται ως μεταβολή στην διεύθυνση και ταχύτητα πνοής. Η κατηγορία 1 εμφανίζεται τις ώρες 06:00 13:00, η κατηγορία 2 τις ώρες 18:00 05:00 και η κατηγορία 3 τις ώρες 13:00 17:00. Η κατηγορία 4 δεν έχει κάποια χρονική περίοδο στην οποία κυριαρχεί ξεκάθαρα. Πρόκειται για κατηγορία ανέμου που εμφανίζεται χωρίς κάποια περιοδικότητα. Συνεπώς στην διάρκεια μίας μέρας ο άνεμος ακολουθεί πορεία από την κατηγορία 2 τις πρώτες πρωινές ώρες, στην κατηγορία 1 τις πρωινές και πρώτες μεσημβρινές. Έπειτα επικρατεί η κατηγορία 3 τις απογευματινές ώρες και τέλος ο άνεμος γίνεται και πάλι κατηγορίας 2 τις νυχτερινές ώρες. Για μεγαλύτερη ακρίβεια στον εντοπισμό του χρονικού διαστήματος κατά το οποίο κυριαρχεί κάθε κατηγορία παρατίθεται τα Σχήματα 15 και 16. Σε αυτό, παρουσιάζεται η ποσοστιαία κατανομή κάθε κατηγορίας ανέμου στη διάρκεια μίας ημέρας. Η κατηγορία 1, έχει μέγιστη συχνότητα εμφάνισης στις 09:00 με ποσοστό 14,09%. Από το σύνολο των γεγονότων με άνεμο κατηγορίας 1, το 87,92% εμφανίζεται το χρονικό διάστημα 06:00 13:00. Οι άνεμοι κατηγορίας 1 είναι αμελητέοι έξω από αυτό το χρονικό διάστημα. Η κατηγορία 2, έχει μέγιστη συχνότητα εμφάνισης στις 02:00 με ποσοστό 9,5%. Το ποσοστό των γεγονότων κατά τις ώρες 19:00 03:00 παραμένει σχεδόν αμετάβλητο. Η επικράτηση και παύση αυτής της κατηγορίας είναι απότομες και γίνονται σε μικρά χρονικά διαστήματα. Το 92,92% των γεγονότων αυτής της κατηγορίας εμφανίζεται τις ώρες 18:00 05:00. Η κατηγορία 3, έχει μέγιστη συχνότητα εμφάνισης στις 15:00 με ποσοστό 19,7%. Η επικράτηση αυτής της κατηγορίας είναι σταδιακή και η παύση της απότομη. Το 80,3% των γεγονότων αυτής της κατηγορίας εμφανίζεται τις ώρες 13:00 17:00. Η κατηγορία 4 δεν έχει κάποιο χρονικό διάστημα που είναι η επικρατέστερη. Άνεμοι κατηγορίας 4 εμφανίζονται κάθε ώρα της ημέρας. Σε δύο μόνο περιόδους παρατηρείται ελαφριά αύξηση της συχνότητας εμφάνισης. Η μέγιστη συχνότητα εμφάνισης παρατηρείται στις 03:00 με ποσοστό 7,14% και η ελάχιστη στις 13:00 με ποσοστό 2,23%. Την χρονική περίοδο 14:00 19:00 εμφανίζεται μία αύξηση στην συχνότητα εμφάνισης. Δεκουτσίδης Γεώργιος 36

37 Την περίοδο αυτή περιλαμβάνεται το 24,76% του συνόλου των γεγονότων. Η δεύτερη περίοδος με αυξημένα γεγονότα είναι τις ώρες 00:00 07:00. Στη χρονική αυτή περίοδο περιλαμβάνονται 41,95% των γεγονότων. Δεκουτσίδης Γεώργιος 37

38 Σχήμα 15: Ποσοστιαία κατανομή γεγονότων ως προς την ώρα εμφάνισης, κατηγορία 1, W, (επάνω) κατηγορία 2, ESE, (κάτω). Δεκουτσίδης Γεώργιος 38

39 Σχήμα 16: Ποσοστιαία κατανομή γεγονότων ως προς την ώρα εμφάνισης, κατηγορία 3, S, (επάνω) κατηγορία 4, N-NNW, (κάτω). Δεκουτσίδης Γεώργιος 39

40 Στον Πίνακα VIII συνοψίζονται όλα τα βασικά χαρακτηριστικά των τεσσάρων κατηγοριών ανέμου που πνέουν στο αεροδρόμιο «Μακεδονία». Αυτά είναι η διεύθυνση πνοής, το ποσοστό γεγονότων, η μέση ταχύτητα πνοής και η χρονική περίοδος με τον μεγαλύτερο αριθμό γεγονότων. Πίνακας VIII: Βασικά χαρακτηριστικά των τεσσάρων κατηγοριών ανέμου που πνέουν με την μεγαλύτερη συχνότητα στον χώρο του αεροδρομίου «Μακεδονία» Κατηγορία Διεύθυνση πνοής Γεγονότα % Μέση ταχύτητα πνοής Χρονικό διάστημα επικράτησης 1 W (258,75 ο - 281,25 ο ) 19,7% 7,2 kt 06:00 13:00 2 ESE (101,25 ο -123,75 ο ) 17,8% 5 kt 18:00 05:00 3 S (168,75 ο με 191,25 ο ) 11,8% 9,3 kt 13:00 17:00 4 N και NNW (326,25 ο - 11,25 ο ) 10,6% 8,7 kt (00:00 07:00) (14:00-19:00) 4.4 Προέλευση Ανέμων Οι κατηγορίες ανέμων που εντοπίστηκαν παραπάνω έχουν σαφείς και διακριτές διευθύνσεις και ταχύτητες πνοής, καθώς και ώρες εμφάνισης. Τα παραπάνω υποδεικνύουν ότι κάθε μία κατηγορία έχει ένα συγκεκριμένο και αμετάβλητο αίτιο εμφάνισης. Κατά συνέπεια κάθε κατηγορία είναι και ένα διαφορετικό είδος ανέμου. Η προέλευση κάθε κατηγορίας ανέμου μπορεί να εντοπιστεί με τη βοήθεια του ανάγλυφου της περιοχής του αεροδρομίου. Στο Σχήμα 17 παρουσιάζεται το ανεμορόμβιο, που κατασκευάστηκε, τοποθετημένο πάνω στον μορφολογικό χάρτη της περιοχής του αεροδρομίου. Από το διάγραμμα αυτό και τα χαρακτηριστικά του Πίνακα VIII μπορεί να εντοπιστεί η προέλευση και το είδος των ανέμων κάθε κατηγορίας. Η κατηγορία 1 περιλαμβάνει ανέμους δυτικής διεύθυνσης. Οι άνεμοι αυτοί έχουν κατά μέσο όρο ταχύτητα 7,2 κόμβους και εμφανίζονται τις πρώτες πρωινές ώρες. Στο Σχήμα 17, φαίνεται ότι στη διεύθυνση της κατηγορίας 1, Δεκουτσίδης Γεώργιος 40

41 βρίσκεται ο κόλπος της Θεσσαλονίκης. Όλα τα παραπάνω οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η κατηγορία 1 είναι θαλάσσια αύρα προερχόμενη από τον κόλπο της Θεσσαλονίκης. Το γεγονός ότι το αεροδρόμιο «Μακεδονία» συνορεύει άμεσα με τον κόλπο αυτό, έχει ως αποτέλεσμα η θαλάσσια αύρα μετά την δημιουργία της να γίνεται αμέσως αισθητή και στον χώρο του αεροδρομίου, αφού δεν έχει να διανύσει κάποια μεγάλη απόσταση. Ο κόλπος της Θεσσαλονίκης είναι κλειστός και περιλαμβάνει σχετικά μικρό όγκο νερού. Κατά συνέπεια η θαλάσσια αυτή αύρα διαρκεί μόλις μέχρι τις πρώτες απογευματινές ώρες, καθώς η μάζα του νερού είναι μικρή και μπορεί να θερμανθεί γρήγορα. Η κατηγορία 2 περιλαμβάνει ανέμους ανατολικούς - νοτιοανατολικούς. Η ταχύτητα πνοής των ανέμων αυτής της κατηγορίας είναι κατά μέσο όρο 5 κόμβοι. Η κατηγορία 2 επικρατεί τις νυχτερινές και πρώτες πρωινές ώρες. Από το Σχήμα 17 προκύπτει ότι στην ανατολική νοτιοανατολική πλευρά του αεροδρομίου βρίσκεται η κοιλάδα του Ανθεμούντα. Οι άνεμοι της κατηγορίας 2 είναι η αύρα των όρεων της κοιλάδας αυτής. Με την δύση του ήλιου και μέχρι την ανατολή του, οι αέριες μάζες ψύχονται, κατολισθαίνουν και συγκλίνοντας κινούνται προς την περιοχή του αεροδρομίου. Η κατηγορία 3 περιλαμβάνει ανέμους νότιους, με μέση ταχύτητα πνοής 9,3 κόμβους. Η κατηγορία αυτή επικρατεί τις απογευματινές ώρες. Στα νότια του αεροδρομίου βρίσκεται ο κύριος υδάτινος όγκος του Θερμαϊκού κόλπου. Συνεπώς οι άνεμοι αυτής της κατηγορίας αποτελούν την θαλάσσια αύρα του Θερμαϊκού κόλπου. Η εμφάνιση αυτής της κατηγορίας καθυστερεί σε σχέση με την θαλάσσια αύρα του κόλπου της Θεσσαλονίκης (κατηγορία 1) για δύο λόγους. Αρχικά, μετά την δημιουργία της, η θαλάσσια αύρα του Θερμαϊκού κόλπου πρέπει να διανύσει σχετικά μεγάλη απόσταση πάνω από τραχεία χερσαία επιφάνεια. Μάλιστα πρέπει να υπερπηδήσει και το όρος Κατσίκα, πριν φτάσει στον χώρο του αεροδρομίου και κατά συνέπεια απαιτείται περισσότερος χρόνος για να φτάσει και να καταγραφεί. Επιπλέον, ο υδάτινος όγκος του κόλπου του Θερμαϊκού είναι πολύ μεγαλύτερος και κατά συνέπεια η θερμοκρασιακή διαφορά στεριάς θάλασσας, όπως και η αύρα παραμένει για περισσότερες ώρες. Ο μεγάλος όγκος νερού, οδηγεί και στην μεγαλύτερη ένταση αυτής της κατηγορίας ανέμου σε σχέση με την θαλάσσια αύρα του κόλπου της Θεσσαλονίκης. Η κατηγορία 4, περιλαμβάνει ανέμους βόρειων και βόρειων βορειοδυτικών διευθύνσεων με μέση ταχύτητα πνοής 8,7 κόμβους. Η κατηγορία αυτή δεν έχει συγκεκριμένη χρονική περίοδο επικράτησης στην διάρκεια μίας ημέρας, αλλά δύο περιόδους με αυξημένη συχνότητα εμφάνισης. Επιπλέον, περιλαμβάνει δύο είδη ανέμου. Πρώτος είναι ο Βαρδάρης. Πρόκειται για άνεμο βορειοδυτικό προερχόμενο από την κοιλάδα του ποταμού Αξιού. Ο άνεμος αυτός εμφανίζεται μόνο όταν υπάρχουν κατάλληλες συνθήκες διαφοράς πίεσης μεταξύ των νοτίων Βαλκανίων και του Δεκουτσίδης Γεώργιος 41

42 Αιγαίου. Ο Βαρδάρης μπορεί να αντιστοιχηθεί με το πρώτο μέγιστο στην συχνότητα εμφάνισης της κατηγορίας 4 (00:00 07:00). Ο δεύτερος άνεμος αυτής της κατηγορίας είναι η αύρα της κοιλάδας του Ανθεμούντα, το αντίθετο δηλαδή φαινόμενο της κατηγορίας 2. Ο αέρας στο βάθος της κοιλάδας θερμαίνεται περισσότερο απ' ότι ο αέρας στις επικλινείς επιφάνειες. Έτσι, ο περισσότερο θερμός αέρας ανέρχεται και προκειμένου να μην διαταραχθεί η αρχή της συνέχειας, νέος αέρας εισέρχεται στην κοιλάδα. Ο άνεμος αυτός είναι πολύ ασθενής και αντιστοιχεί στην δεύτερη περίοδο όπου μεγιστοποιείται η συχνότητα εμφάνισης της κατηγορίας, τις ώρες 14:00-19:00, όταν και έχει θερμανθεί επαρκώς ο αέρας εντός της κοιλάδας. Σχήμα 17 : Υπέρθεση του ανεμορόμβιου για το αεροδρόμιο "Μακεδονία" στον μορφολογικό χάρτη της περιοχής του αεροδρομίου. Google Earth. Δεκουτσίδης Γεώργιος 42

43 5. Συμπεράσματα Η ανάλυση δεδομένων ανέμου είναι απαραίτητη για το σωστό σχεδιασμό και την ασφαλή λειτουργία ενός αεροδρομίου. Οι πλάγιοι άνεμοι μπορούν να αποτελέσουν κίνδυνο, ακόμη και σε μικρές εντάσεις. Έτσι οι αεροδιάδρομοι κατασκευάζονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να ελαχιστοποιούνται. Οι μετωπικοί άνεμοι είναι εν γένει επωφελείς άνεμοι κατά την απογείωση και προσγείωση. Έτσι ο ενεργός αεροδιάδρομος επιλέγεται κάθε φορά κατάλληλα. Ωστόσο, και ο ούριος άνεμος μπορεί να αποτελέσει κίνδυνο, αν έχει μεγάλες εντάσεις. Συνεπώς στην ανάλυση είναι απαραίτητο να βρεθούν οι πιο συχνές διευθύνσεις από τις οποίες πνέει ο άνεμος, η ταχύτητα αυτών των ανέμων καθώς και η μεταβολή των παραπάνω χαρακτηριστικών του ανέμου με τον χρόνο. Αναλύθηκαν οι καταγραφές των βιβλίων METAR/SPECI για χρονική περίοδο τεσσάρων μηνών για τον χώρο του αεροδρομίου «Μακεδονία». Υπολογίστηκαν οι πιο συχνές διευθύνσεις από τις οποίες πνέει ο άνεμος, καθώς και οι πιο συχνές ταχύτητες. Τέλος υπολογίσθηκε η μεταβολή της διεύθυνσης του ανέμου με τον χρόνο. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν ότι στο αεροδρόμιο «Μακεδονία» επικρατούν τέσσερεις διακριτές κατηγορίες ανέμων. Η κατηγορία 1 είναι η θαλάσσια αύρα του κόλπου της Θεσσαλονίκης. Η κατηγορία 2 είναι η αύρα των όρεων της κοιλάδας του Ανθεμούντα. Η κατηγορία 3 είναι η θαλάσσια αύρα του Θερμαϊκού. Η κατηγορία 4 είναι ο συνδυασμός του Βαρδάρη με την αύρα της κοιλάδας στην κοιλάδα του Ανθεμούντα. Οι κατηγορίες 1 και 2, έχουν διευθύνσεις σχεδόν αντίθετες. Οι διευθύνσεις αυτές είναι πλάγιες στον διάδρομο 16/34. Όμως είναι σχεδόν παράλληλες με τον διάδρομο 10/28. Οι κατηγορίες 3 και 4 έχουν επίσης σχεδόν αντίθετες διευθύνσεις. Οι διευθύνσεις αυτές είναι παράλληλες αυτή την φορά στον διάδρομο 16/34 και πλάγιες στον διάδρομο 10/28. Κατά συνέπεια είναι εφικτό κάθε φορά να επιλέγεται ο κατάλληλος διάδρομος και η κατάλληλη φορά προς/απογείωσης για την αποφυγή κινδύνου. Οι ταχύτητες των ανέμων που πνέουν κατά μέσο όρο στον χώρο του αεροδρομίου είναι μικρές. Έτσι, έχοντας εξαλείψει τον κίνδυνο των πλαγίων ανέμων εξαλείφεται και ο κίνδυνος των ούριων. Οι μεγαλύτερες ταχύτητες πνοής προέρχονται από βορειοανατολικούς ανέμου, οι οποίοι εμφανίζονται με πολύ μικρή συχνότητα, είναι όμως σχεδόν πλάγιοι και στους δυο αεροδιαδρόμους. Η ανάλυση της ημερήσιας πορείας του ανέμου δίνει τη δυνατότητα σωστής επιλογής του ενεργού αεροδιαδρόμου. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν ότι στην διάρκεια μίας μέρας ο άνεμος ακολουθεί πορεία από την κατηγορία 2 τις πρώτες πρωινές ώρες, στην κατηγορία 1 τις πρωινές και Δεκουτσίδης Γεώργιος 43

44 πρώτες μεσημβρινές. Έπειτα, επικρατεί η κατηγορία 3 τις απογευματινές ώρες και τέλος ο άνεμος γίνεται και πάλι κατηγορίας 2 τις νυχτερινές ώρες. Συνεπώς, μπορεί για κάθε ώρα να επιλέγεται ο κατάλληλος αεροδιάδρομος που είναι παράλληλος στην διεύθυνσης πνοής του ανέμου της επικρατούσας κατηγορίας. Δεκουτσίδης Γεώργιος 44

45 6. Βιβλιογραφία Analysis of wind data for airport runway design, Roberto Bellasio, Enviroware (Italy), Journal of Airline and Airport Management, 2014 FAA (2012). Advisory Circular AC 150/ A. U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration. Χ.Σ. Σαχσαμάνογλου-Τ.Ι. Μακρογιάννης, Γενική Μετεωρολογία, Εκδόσεις Ζήτη Θεσσαλονίκη (1998), σελ Χ. Ζερεφός: Εισαγωγικά Μαθήματα Στη Φυσική της Ατμόσφαιρας, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, (2009), σελ Μ. Λαζαρίδης: Ατμοσφαιρική Ρύπανση με Στοιχεία Μετεωρολογίας, Εκδόσεις Τζιόλα (2010), σελ Δεκουτσίδης Γεώργιος 45

46 7. Διαδικτυακές Συνδέσεις /go/document.current/documentnumber/150_ _13_chg17_cons_p2.pdf Δεκουτσίδης Γεώργιος 46

47 8. Αναφορές 1) Διαφάνειες μαθήματος: Γενική Μετεωρολογία (GMC 318Y), Τμήμα Γεωλογίας, Σχολή Θετικών Επιστημών, Α.Π.Θ., 2) 3) Διαφάνειες μαθήματος: Γενική Μετεωρολογία (GMC 318Y), Τμήμα Γεωλογίας, Σχολή Θετικών Επιστημών, Α.Π.Θ., 4) 5) Διαφάνειες μαθήματος: Γενική Μετεωρολογία, με θέμα τους ημερήσιους Ανέμους. Τμήμα Γεωλογίας, Σχολή Θετικών Επιστημών, Α.Π.Θ. Δεκουτσίδης Γεώργιος 47