ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ ΝΕΦΩΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΟΛΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΔΟ 1990-2007 ΕΚΠΟΝΗΣΗ: ΣΙΔΗΡΟΠΟΥΛΟΣ ΤΡΑΪΑΝΟΣ ΕΠΙΒΛΕΨΗ: ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΙΚΛΕΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Α.Π.Θ. 04/07/2014
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ : Περίληψη.... 3 Synopsis.... 4 Νέφη Σχηματισμός... 5 Είδη νεφών... 8 Επεξεργασία Χρονοσειρά μετρήσεων.... 21 Ετήσια μεταβολή % 24 Εποχιακή μεταβολή %. 27 Μηνιαία μεταβολή % 32 Συσχέτιση με το οπτικό βάθος...45 Συμπεράσματα. 46 Βιβλιογραφία. 47
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των περασμένων δεκαετιών αλλά και αυτών που θα ακολουθήσουν είναι η κλιματική αλλαγή. Μέρος του φαινομένου αυτής της αλλαγής είναι και η νέφωση, καθώς συμμετέχει σημαντικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, επηρεάζει την εισερχόμενη στην ατμόσφαιρα ηλιακή ακτινοβολία και καθορίζει το μικροκλίμα κάθε περιοχής. Στην παρούσα εργασία μελετάται η μεταβολή της νέφωσης σε ένα αστικό κέντρο, την πόλη της Θεσσαλονίκης, σε μια χρονική περίοδο 18 ετών (1990 2007). Αρχικά γίνεται η χρονοσειρά της ολικής και της χαμηλής νέφωσης για να προσδιοριστούν τυχόν μεταβολές στην ετήσια περιοδικότητα. Στη συνέχεια, αφού αφαιρεθεί η ετήσια περιοδικότητα από τις μετρήσεις και γίνει η μετατροπή τους σε επί τις εκατό ποσοστά γίνεται η χρονοσειρά για να ελεγχθεί αν υπάρχει κάποια τάση αύξησης ή μείωσης ανά έτος. Το ίδιο γίνεται και για κάθε εποχή αλλά και για κάθε μήνα ξεχωριστά. Τέλος, γίνεται η σύγκριση των μετρήσεων της νέφωσης με αυτές του οπτικού βάθους για τυχόν σύνδεση της μεταβολής της νέφωσης με αυτή του οπτικού βάθους, άρα και των αιωρούμενων σωματιδίων.
Synopsis One of the most fundamental problems of our era is climate change. Crucial to this phenomenon, is cloud coverage, since it affects the sum of incoming solar energy which in turn affects the climate of every region but also the climate of the planet in general. In the present dissertation, the variation of cloud coverage over the city of Thessaloniki is studied for a time period of eighteen years, from 1990 to 2007. First the time-series of both total and low altitude cloud coverage observations are examined and mean monthly values of cloud coverage are obtained. Next the time-series are examined in monthly and per season terms, to deduce if there is any kind of tendency for a rise or drop in cloud coverage. In the end, an attempt to relate cloud coverage and suspended particulates concentrations is done, through the comparison of cloud coverage and optical depth measurements.
ΝΕΦΗ Ως νέφος ορίζεται «το ορατό συνονθύλευμα πολύ μικρών σωματιδίων νερού ή πάγου ή και των δύο στην ελεύθερη ατμόσφαιρα». Τα νέφη καλύπτουν σχεδόν το μισό της γης σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή. Η μορφή των νεφών όπως φαίνεται από το διάστημα μεταβάλλεται σημαντικά καθώς σχηματίζονται, διαλύονται και κινούνται σε σύμπνοια με τον αέρα. Τα νέφη αποτελούν ζωτικό σύνδεσμο για το κλίμα και τον υδρολογικό κύκλο της γης. Έχουν γίνει αντικείμενο εμπεριστατωμένων επιστημονικών μελετών και έχουν απασχολήσει ιδιαίτερα την τέχνη, τη μουσική, την ιστορία, τη θρησκεία, την ποίηση και τη μυθολογία, τουλάχιστον από την εποχή του Αριστοτέλη και ίσως και πολύ πιο πριν. Τα νέφη είναι ακόμα αναπόσπαστο τμήμα της πρόγνωσης και ανάλυσης καιρού. Η καθιέρωση της μελέτης των νεφών ως ξεχωριστού κλάδου της ατμοσφαιρικής επιστήμης προέκυψε από την έμφαση που δόθηκε στην ανάγκη βαθύτερης κατανόησης τους. Ο επιστημονικός κλάδος της φυσικής νεφών άρχισε να εμφανίζεται γύρω στα 1940 ως αναγνωρίσιμη ειδικότητα της μετεωρολογίας. Τα πρώτα χρόνια δόθηκε έμφαση στη μικροφυσική των νεφών, στη μελέτη του σχηματισμού και της ανάπτυξης των «πολύ μικρών σωματιδίων» που συνιστούν τα «ορατά συνονθυλεύματα». Από το 1957 ακόμα, ο B.J.Manson αναγνώρισε ότι η μικροφυσική νεφών ήταν στην πραγματικότητα μόνο ο ένας κλάδος της μελέτης νεφών και χρειαζόταν να αναπτυχθεί και άλλος κλάδος. Επισήμανε ότι : «οι μικροφυσικές διεργασίες ελέγχονται σε σημαντικό βαθμό από τις ατμοσφαιρικές κινήσεις εντός των νεφών. Τα μακροφυσικά χαρακτηριστικά του σχηματισμού και της ανάπτυξης των νεφών, διεργασία που προσδιορίζεται καλύτερα ως δυναμική του συστήματος, παρέχει το πλαίσιο των περιβαλλοντολογικών συνθηκών που ορίζουν τα επίπεδα και τη διάρκεια των μικροφυσικών φαινομένων». Προκειμένου να
αντιληφθούμε και να κατανοήσουμε τα νέφη στις διάφορες χωρικές κλίμακες, χρησιμοποιούνται ειδικά αεροσκάφη, radar, υπολογιστές, δορυφόροι και τεχνικές αριθμητικών μοντέλων. Σχηματισμός: Τα νέφη σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα που έχει υπερκορεστεί σε σχέση με το νερό στην υγρή του μορφή ή πάγου. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος με τον οποίο η ατμόσφαιρα έχει υπερκορεστεί είναι η άνοδος μαζών αέρα που οδηγεί σε αδιαβατική εκτόνωση και ψύχρανση. Τα κύρια είδη ανόδου, καθένα εκ των οποίων δημιουργεί ξεχωριστές μορφές νεφών είναι: Τοπική άνοδος των θερμών μαζών αέρα σε ασταθές περιβάλλον που δημιουργεί νέφη κατακόρυφης ανάπτυξης. Τα νέφη αυτά έχουν διάμετρο που κυμαίνεται από 0.1 έως και 10 km και ο αέρας ανεβαίνει εντός αυτών με κατακόρυφες ταχύτητες της τάξης των λίγων μέτρων ανά δευτερόλεπτο, παρόλο που σε συστήματα νεφών μεγάλης κατακόρυφης ανάπτυξης μπορούν να σημειωθούν ταχύτητες ανοδικών αερίων ρευμάτων αρκετών δεκάδων μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Η διάρκεια ζωής των νεφών κατακόρυφης ανάπτυξης κυμαίνεται από λίγα λεπτά μέχρι ώρες Βίαιη ανύψωση σταθερού αέρα που δημιουργεί στρωματόμορφα νέφη. Τα νέφη αυτά μπορούν να δημιουργηθούν σε ύψη από το επίπεδο του εδάφους ως την τροπόπαυση και να επεκταθούν σε περιοχές εκατοντάδων χιλιάδων τετραγωνικών χιλιομέτρων. Ο βαθμός ανύψωσης κυμαίνεται από μερικά εκατοστά ανά δευτερόλεπτο έως περίπου δέκα εκατοστά ανά δευτερόλεπτο. Τα στρωματόμορφα νέφη υφίστανται συνήθως για περίοδο δεκάδων ωρών.
Η βίαιη ανύψωση αέρα καθώς περνά πάνω από λόφους ή όρη δημιουργεί ορογραφικά νέφη. Οι ταχύτητες των ανοδικών ρευμάτων που προκύπτουν εξαρτώνται από την ένταση και τη διεύθυνση του ανέμου και το ύψος του εμποδίου, αλλά μπορούν να είναι αρκετά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Τα ορογραφικά νέφη ενδέχεται να είναι πολύ πρόσκαιρα αλλά σε σταθερούς ανέμους μπορούν να υφίστανται για μεγάλες χρονικές περιόδους. Αν η ατμόσφαιρα ήταν άψογα καθαρή, θα ήταν αδύνατον να δημιουργηθούν νέφη καθώς η σχετική υγρασία θα ανέρχονταν σε ποσοστό αρκετών εκατοντάδων. Το κλασικό πρόβλημα της φυσικής νεφών είναι να εξηγήσει γιατί τα σταγονίδια νεφών σύμφωνα με τις παρατηρήσεις σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα όταν ο ανοδικός αέρας μόλις υπερβαίνει τον κορεσμό. Η απάντηση είναι πως η ατμόσφαιρα περιέχει σημαντικές συγκεντρώσεις σωματιδίων μεγέθους μικρόμετρου και υπόμικρόμετρου που έχουν συγγένεια με το νερό και χρησιμεύουν ως κέντρα συμπύκνωσης. Τα σωματίδια αυτά λέγονται πυρήνες συμπύκνωσης νεφών (Cloud Condensation Nuclei CCN) και η διεργασία κατά την οποία τα υδροσταγονίδια σχηματίζονται πάνω στους CCN λέγεται ετερογενής πυρηνοποίηση.
Είδη νεφών Η πρώτη δημοσιευμένη κατάταξη νεφών έγινε από το Γάλλο νατουραλιστή Lamarck το 1802 και προσδιόριζε έναν περιορισμένο αριθμό σχημάτων νεφών που παρουσίαζαν ενδιαφέρον προσδίνοντας τους και ονομασίες (στα γαλλικά). Παρότι ποτέ δεν υιοθετήθηκαν οι ονομασίες του Lamarck, η μέθοδος που χρησιμοποίησε για τον διαχωρισμό των περιοχών όπου τα νέφη σχηματίζονται, σε τρία στρώματα, εφαρμόζεται με τροποποιημένη μορφή στη σύγχρονη διεθνή κατάταξη των νεφών (International Cloud Atlas, World Meteorological Organization, 1956). Βάση για τη διεθνή κατάταξη των νεφών αποτέλεσε το σύστημα που πρότεινε ο Άγγλος μετεωρολόγος Howard το 1803, ο οποίος χρησιμοποίησε 4 λατινικούς όρους: cumulus (σωρός) για τα νέφη κατακόρυφης ανάπτυξης, stratus (στρώμα) για τα στρωματικά νέφη, cirrus (ίνα) για τα ινώδη νέφη και nimbus για τα βροχοφόρα νέφη, μαζί με τα σύνθετα τους (για παράδειγμα cirrocumulus, cirrostratus ). Επιπλέον, ένας πέμπτος λατινικός όρος, altum, χρησιμοποιείται για το ύψος. Τα πέντε αυτά λατινικά λήμματα χρησιμοποιούνται είτε ξεχωριστά ή σε συνδυασμό για να προσδιορίσουν 10 είδη νεφών που είναι αμοιβαία αποκλειόμενα, δηλαδή η ύπαρξη του ενός αποκλείει τα άλλα. Τα είδη αυτά έχουν ταξινομηθεί σε τρεις ομάδες, ανάλογα με το κανονικό ύψος της βάσης του νέφους πάνω από το έδαφος.
Είδος Ύψος Βάσης Νέφους Στρώμα Cumulus Χαμηλό Cumulonimb us Stratus Stratocumulu s Nimbostratus Altostratus Altocumulus Cirrus Cirrostratus Cirrocumulus Πολικές Εύκρατες Τροπικές περιοχές περιοχές περιοχές Κάτω των Κάτω των Κάτω των 2km 2km 2km Μεσαίο 2-4km 2-7km 2-8km Υψηλό 3-8km 5-13km 6-18km
Τα κύρια είδη νεφών: Χαμηλά νέφη: Cumulus: (σωρείτες) Πυκνά νέφη, με καθαρό περίγραμμα, που το σχήμα τους μεταβάλλεται συνεχώς. Άλλοτε μοιάζουν σαν λόφοι από αναχώματα ή σαν λευκοί θόλοι, όπως το κουνουπίδι και άλλοτε σαν τούφες από βαμβάκι. Όταν οι ακτίνες του Ήλιου πέσουν πάνω σε σωρείτες αυτές ανακλώνται με μεγάλη ένταση ενώ τα ίδια φαίνονται κατάλευκα και λάμπουν έντονα. Αποτελούνται από υδροσταγονίδια, αν και σε μερικά τμήματά τους όταν παρουσιάσουν θερμοκρασία κάτω από 0 βαθμούς Κελσίου μπορεί να σχηματίσουν παγοκρυστάλλους. Συνήθως σχηματίζονται την ημέρα, όταν στη ξηρά υφίσταται θερμός αέρας που ανυψώνεται, καθώς απαιτούνται ανοδικά ρεύματα για τον σχηματισμό τους. Αντιστρόφως, κατά την διάρκεια της νύκτας, οι σωρείτες κατά κανόνα εξαφανίζονται.
Cumulonimbus: (σωρειτομελανίες) Νέφη συνήθως ογκώδη και πυκνά. Η βάση τους είναι πολύ κοντά στο έδαφος. Έχουν πολύ μεγάλη κατακόρυφη ανάπτυξη, την μεγαλύτερη όλων των ειδών νεφών. Μοιάζουν περισσότερο με βουνά ή τεράστιους πύργους. Ένα τμήμα της κορφής τους παρουσιάζει οριζόντια ινώδη μορφή που μοιάζει με αμόνι. Η μεγάλη κατακόρυφη ανάπτυξή τους οφείλεται στα βίαια ανοδικά ρεύματα του αέρα, που ανυψώνουν τις κορυφές τους ακόμα και ως τα 15.000 μέτρα, εκτεινόμενα έτσι και μέσα στην τροπόπαυση. Είναι τα μεγαλύτερα νέφη. Σχηματίζονται κυρίως στις ζεστές ημέρες του καλοκαιριού, τότε που οι κορυφές τους μοιάζουν σαν να κοχλάζουν κατά την συνεχή ανύψωσή τους. Λόγω δε του μεγάλου κατακόρυφου αναπτύγματός τους σχηματίζονται επίσης και στα ανώτερα στρώματα των νεφικών συστημάτων, δηλαδή στα ανώτερα στρώματα των θερμών και ψυχρών μετώπων λόγω ακριβώς της μεγάλης αστάθειας που παρουσιάζουν στις μάζες τους καθ ύψος. Έτσι μέσα σ αυτή την τεράστια μάζα τους παρατηρούνται ανοδικά και καθοδικά αέρια ρεύματα που μεταφέρουν υδροσταγόνες ή παγοκρυστάλλους, ενώ είναι τα μόνα σύννεφα που δημιουργούν χαλάζι. Η ένταση των φαινομένων που δημιουργούν μπορεί πολλές φορές να είναι καταστροφική, ευτυχώς όμως η διάρκεια ζωής των νεφών αυτών δύσκολα ξεπερνά τα 30 λεπτά. Στη βάση τους υπάρχουν τεμαχισμένα νέφη.
Stratocumulus: (στρωματοσωρείτες) Έχουν χρώμα γκρίζο και υπόλευκο με ασαφή σκοτεινά τμήματα. Συνήθως αποτελούν μάζες κυλινδρικών νεφών με όψη κυλινδρικού φουσκωτού στρώματος. Εμφανίζονται σε γραμμές κατά ομάδες ή σε κύματα. Πολλές φορές μοιάζουν με τους σωρείτες, λόγω των ανοδικών τους κινήσεων. Αυτά τα νέφη δεν παράγουν βροχή, αλλά καμιά φορά μετατρέπονται σε στρωματομελανίες που είναι πλέον σύννεφα βροχής. Επίσης όταν είναι πυκνά παρουσιάζουν ιριδισμούς. Αποτελούνται κυρίως από υδροσταγονίδια και σπανιότερα από χιονοκόκκους και πολύ πολύ σπάνια από κρυστάλλους χιονιού. Μπορεί να καλύπτουν πολύ μεγάλες περιοχές, της τάξης των 100km σε οριζόντια κλίμακα και με αυτόν τον τρόπο διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή ισορροπία του πλανήτη.
Nimbostratus: (στρωματομελανίες) είναι στρώματα που αποτελούνται από νέφη τόσο πυκνά που ο Ήλιος ούτε καν ξεχωρίζει. Το χρώμα τους είναι πολύ γκρίζο και πάρα πολύ σκοτεινό σε σύγκριση με όλα τα άλλα είδη νεφών. Συνήθως καλύπτουν όλο τον ουρανό. Έχουν εμφάνιση υγρή και από μακριά διαφαίνονται οι σκοτεινές γραμμές βροχής που φτάνουν συχνά μέχρι το έδαφος. Αυτά είναι πραγματικά σύννεφα βροχής. Όταν υφίσταται άνεμος πιθανόν να δείχνουν κομματιασμένα και να κινούνται με μεγάλη ταχύτητα. Θεωρούνται σύννεφα με συνεχείς βροχές και μπορούν να επιφέρουν χιονόπτωση.
Μεσαία νέφη: Altostratus: (υψιστρώματα) είναι υπόγκριζα ή υποκύανα νεφικά φύλλα ή στρώματα, ινώδους ή ομοιόμορφης εμφάνισης,που ολικά ή μερικά καλύπτουν τον ουρανό και έχουν αρκετά λεπτά τμήματα, ώστε να αποκαλύπτεται ο ήλιος τουλάχιστον αμυδρά. Η διαφορά τους με τα στρώματα έγκειται στη βάση των νεφών των υψιστρωμάτων που βρίσκεται στα μεσαία ύψη. Το στέμμα είναι ένα φωτομετέωρο που αποτελείται από έγχρωμους δακτυλίους φωτός σε ακολουθία, που το κέντρο τους βρίσκεται στον Ήλιο ή τη Σελήνη. Δεν σχηματίζονται σκιές στην επιφάνειά τους και δεν εμφανίζουν άλω.
Altocumulus: (υψισωρείτες) είναι λευκά ή γκρίζα νεφικά φύλλα ή στρώματα, γενικά με σκίαση, που αποτελούνται από στρογγυλεμένες μάζες. Ενίοτε μπορεί να είναι μερικώς ινώδη ή διάχυτα και μπορεί να είναι συγχωνευμένα ή όχι. Οι υψισωρείτες συνήθως είναι πολύ λεπτοί και μπορεί να παρουσιάζουν ιριδισμούς. Εξαιτίας της σύνθεσης τους από εμφανή συστατικά είναι αρκετά ευδιάκριτοι.
Υψηλά νέφη Cirrus: (θύσανοι) είναι διαχωρισμένα νέφη με τη μορφή λευκών λεπτών νημάτων ή λευκών φύλλων ή λευκών ζωνών. Τα νέφη αυτά έχουν ινώδη, σαν κόμη, εμφάνιση και μετάξινη λάμψη. Είναι τόσο λεπτά που αν βρίσκονται μπροστά από τον δίσκο του Ηλίου οι ακτίνες του δεν εξασθενούν. Όταν παρασύρονται από τους ανέμους γίνονται κατσαρά. Οι Θύσανοι σχηματίζονται σε ύψος 8.000-12.000 μέτρων με μικρή σχετικά οριζόντια έκταση. Αποτελούνται εξ ολοκλήρου από παγοκρυστάλλους. Cirrostratus: (θυσανοστρώματα). Πρόκειται για λεπτά νέφη που μοιάζουν με λευκά σεντόνια ή πέπλα. Σχηματίζουν μεγάλο φωτεινό κύκλο με τα χρώματα της ίριδας γύρω από τον Ήλιο, την ηλιακή άλω ή την σεληνιακή άλω. Ο φωτεινός αυτός κύκλος είναι το αποτέλεσμα από την διάθλαση που υπόκεινται οι ακτίνες του Ήλιου ή της Σελήνης καθώς
προσπίπτουν στους παγοκρυστάλλους τους. Είναι ευδιάκριτα των άλλων επειδή σχηματίζουν πέπλο με μεγάλη έκταση. Όταν αρχίζουν να πυκνώνουν τότε συνήθως ακολουθεί βροχή. Cirrocumulus: (θυσανοσωρείτες) είναι λεπτά και λευκά νέφη που δεν δημιουργούν σκιές. Έχουν γενικά σχήμα σφαιρικό και μοιάζουν πολύ με μικρά κύματα σε σειρές. Όταν είναι πολλά μαζί και κοντά μεταξύ τους μοιάζουν και σαν κοπάδι από πρόβατα. Συχνά σχηματίζουν και σειρές από ρυτίδες ή σαν τους κυματισμούς που παρουσιάζει η λεπτή άμμος του βυθού κοντά στις ακτές. Αποτελούνται από λεπτούς παγοκρυστάλλους. Σπάνια οι μετεωρολόγοι παρατηρούν θυσανοσωρείτες γιατί απλά σπάνια δημιουργούνται. Ιδιαίτερη πάντως προσοχή απαιτείται στη παρατήρησή τους επειδή μοιάζουν πολύ με τους υψισωρείτες των μέσων νεφών. Η παρουσία των θυσανοσωρειτών γενικά προαναγγέλλει ένα θερμό μέτωπο.
Ορογραφικά νέφη Τα ορογραφικά νέφη μπορούν να σχηματίζονται σε διάφορα υψόμετρα πάνω από λόφους καθώς και σε ψηλά όρη. Η εμφάνιση και το σχήμα τους καθορίζεται από το ανάγλυφο της γήινης επιφάνειας. Πολλά από τα βασικά είδη νεφών μπορούν να εμφανιστούν ή να αναπτυχθούν περαιτέρω ορεογραφικά. Για παράδειγμα, οι οροσειρές είναι γενικά τόποι εκδήλωσης ομίχλης στρωμάτων, στρωματοσωρειτών, σωρειτών και σωρειτομελανίων, ενώ οι κοιλάδες μεταξύ των βουνών συχνά ευνοούν την εκδήλωση ομίχλης. Επιπλέον, πολλά νέφη με ορεογραφική προέλευση εμφανίζονται με τη μορφή φακοειδών νεφών (lenticularis).
Ομίχλη Ομίχλη μπορεί να είναι σε γενικές γραμμές οποιοδήποτε νέφος που η βάση του ακουμπά στη γη. Συνεπώς, οποιοδήποτε νέφος διαπερνά ένα βουνό θα μπορούσε να αναφερθεί ως ομίχλη από έναν παρατηρητή στο τμήμα εκείνο του βουνού που περικλείεται από το νέφος, ενώ ένας άλλος παρατηρητής που βρίσκεται κάτω από τη βάση του νέφους θα το κατέτασσε σε κάποια άλλη κατηγορία. Εντούτοις, πραγματική ομίχλη θεωρείται το αποτέλεσμα της ψύχρανσης του αέρα κάτω από το σημείο δρόσου όταν έρχεται σε επαφή με ψυχρή επιφάνεια. Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα είναι η δημιουργία ομίχλης κατά τη διάρκεια αίθριων νυχτών με άπνοια, όταν το έδαφος ψυχραθεί από την ακτινοβολία(ομίχλη ακτινοβολίας/radiation fog), και η δημιουργία ομίχλης (οριζόντιας) μεταφοράς (advection), όταν θερμός αέρας κινηθεί πάνω από ψυχρότερες επιφάνειες, φαινόμενο που είναι ιδιαίτερα σύνηθες στις θαλάσσιες περιοχές. Καθώς η ψύξη κατανέμεται ανοδικά εξαιτίας της ανάμειξης αερίων μαζών, η ομίχλη μπορεί να ανυψωθεί και να σχηματίσει στρώματα χαμηλού επιπέδου που τις περισσότερες φορές δεν ξεπερνούν τα 500 μέτρα σε πάχος και δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά.
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Χρονοσειρά μετρήσεων : Το πρώτο χαρακτηριστικό της νέφωσης που θα μελετηθεί είναι η περιοδικότητα. Η ετήσια περιοδικότητα της νέφωσης είναι γνωστή, αλλά τις τελευταίες δεκαετίες παρατηρείται μια αλλαγή στα χρονικά όρια και την ένταση των καιρικών φαινομένων κάθε εποχής. Έτσι παρατηρούμε συνεχώς θερμότερα καλοκαίρια, μικρότερα χρονικά την άνοιξη και το φθινόπωρο και ψυχρότερους χειμώνες. Τα παραπάνω είναι παρατηρήσεις που γίνονται από τον κάθε άνθρωπο αλλά είναι παρατηρήσεις που δεν βασίζονται σε ποσοτικά κριτήρια, δηλαδή η αίσθηση του θερμότερου καλοκαιριού μπορεί να μην ανταποκρίνεται στην πραγματικότητα αλλά να πηγάζει από το ότι κάποιες ημέρες είναι αισθητά θερμότερες από το αναμενόμενο. Οι μετρήσεις που χρησιμοποιούνται παρακάτω έχουν παραχωρηθεί από την Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία και είναι μέσες τιμές μηνών του σταθμού της Μίκρας, άρα οι μεταβολές που ελέγχουμε μηνιαίες. Παρακάτω έχουμε την χρονοσειρά της ολικής και της χαμηλής νέφωσης. Στα διαγράμματα ο οριζόντιος άξονας είναι η χρονολογία σε έτη και ο κατακόρυφος οι τιμές της νέφωσης σε όγδοα. Η καμπύλη των μετρήσεων είναι μπλε χρώματος. Η κόκκινη καμπύλη έχει γίνει χρησιμοποιώντας την μέση τιμή κάθε μήνα για τα 18 έτη και είναι επαναλαμβανόμενη για κάθε έτος του διαγράμματος. Έχοντας λοιπόν παρακάτω και τις δύο καμπύλες σε κάθε γράφημα μπορούμε να δούμε πως και αν μεταβάλλεται η περιοδικότητα της νέφωσης.
Παρατηρώντας προσεκτικά τα γραφήματα εντοπίζονται κάποιες μικρές μετατοπίσεις στην χρονικά διάρκεια κάθε εποχής, αλλά είναι τυχαίες και δεν επαναλαμβάνονται. Ως προς την ένταση της νέφωσης, και πάλι παρουσιάζονται κάποιες μεγάλες αποκλίσεις από την μέση τιμή αλλά και εδώ δεν παρατηρείται κάποια επανάληψη. Έτσι βλέπουμε στα παραπάνω γραφήματα ότι η ετήσια περιοδικότητα της νέφωσης καθώς και οι τιμές αυτής δεν παρουσιάζουν κάποια σημαντική αλλαγή, παρά μόνο κάποιες διαφορές από έτος σε έτος, κάτι απόλυτα αναμενόμενο. ΕΤΗΣΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ % Στη συνέχεια γίνεται μετατροπή των τιμών της νέφωσης σε επί τοις εκατό, αφού πρώτα αφαιρεθεί από την τιμή κάθε μήνα η μέση τιμή του μήνα αυτού για τα 18 έτη. Οι αρνητικές τιμές που προκύπτουν δεν αντιστοιχούν προφανώς σε αρνητική νέφωση αλλά σε τιμές νέφωσης μικρότερες από την μέση τιμή του εκάστοτε μήνα. Έτσι απαλλασσόμαστε από την ετήσια τάση της νέφωσης και μπορούμε να παρατηρήσουμε την επί τοις εκατό μεταβολή της στο χρονικό διάστημα 1990-2007. Για να έχουμε μια ποσοτική μέτρηση της μεταβολής αυτής γίνεται η ευθεία ελαχίστων τετραγώνων (Linear) της οποίας η κλίση εκφράζει την επί τοις εκατό μεταβολή ανά έτος.
Στο γράφημα της ολικής νέφωσης η επί τοις εκατό μεταβολή ανά έτος είναι +0,558 με συντελεστή συσχέτισης 0,013, ενώ στο γράφημα της χαμηλής νέφωσης η επί της εκατό μεταβολή ανά έτος είναι +0,580 με συντελεστή συσχέτισης 0,009. Και στις δύο περιπτώσεις έχουμε θετική μεταβολή της νέφωσης, οι τιμές όμως του συντελεστή συσχέτισης,καθώς και της μεταβολής, είναι πάρα πολύ μικρές και έτσι δεν μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι η νέφωση παρουσιάζει κάποια αισθητή αύξηση, παρά μόνο ότι υπάρχει μια μικρή τάση αύξησης. ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ % Αντίστοιχα με τα προηγούμενα έχουμε παρακάτω τα διαγράμματα της επί τοις εκατό μεταβολής για κάθε μια από τις 4 εποχές για την ολική και την χαμηλή νέφωση.
Συγκεντρωτικά οι μεταβολές έχουν ως εξής : Εποχή Χειμώνας (χαμηλή) Χειμώνας (ολική) Άνοιξη (χαμηλή) Άνοιξη (ολική) Καλοκαίρι (χαμηλή) Καλοκαίρι (ολική) Φθινόπωρο (χαμηλή) Φθινόπωρο (ολική) Μεταβολή % 0,0117 0,0476-0,0003 0,0124 0,0103-0,0041 0,0197 0,032 Συν.συσχέτισης 0,0079 0,1183 0,00001 0,0174 0,0312 0,002 0,0595 0,1275 Όπως και στην περίπτωση όλων των ετών, έτσι και στην περίπτωση των εποχών παρατηρείται μια πάρα πολύ μικρή μεταβολή με ένα εξίσου πάρα πολύ μικρό συντελεστή συσχέτισης. Έτσι και εδώ το μόνο που μπορούμε να πούμε είναι ότι υπάρχει μια μικρή τάση αύξησης της νέφωσης. ΜΗΝΙΑΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ % Αντίστοιχα με τα προηγούμενα εδώ παρουσιάζονται τα γραφήματα της μεταβολής της ολικής και χαμηλής νέφωσης για κάθε μήνα στην πορεία των 18 ετών.
Χαμηλή νέφωση Μάρτιος (Έτη 1990-2007) 5 4 3 Χαμηλή νέφωση Νέφωση (όγδοα) Γραμμική (Χαμηλή νέφωση) f(x) = 0,01x - 7,66 R² = 0 2 1 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος Χαμηλή νέφωση Μάϊος (Έτη 1990-2007) 3 2,5 2 Χαμηή νέφωσηf(x) = - 0,01x + 13,17 Γραμμική (Χαμηή νέφωση) Νέφωση (όγδοα) 1,5 R² = 0,01 1 0,5 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος
Χαμηλή νέφωση Ιούλιος (Έτη 1990-2007) 2,5 2 1,5 Χαμηλή νέφωση Νέφωση (όγδοα) 1 Γραμμική (Χαμηλή νέφωση) f(x) = - 0x + 3,62 R² = 0 0,5 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος Χαμηλή νέφωση Σεπτέμβριος (Έτη 1990-2007) 3 2,5 2 Χαμηλή νέφωσηf(x) = 0,05x - 98,48 Νέφωση (όγδοα) 1,5 R² = 0,23 Γραμμική (Χαμηλή νέφωση) 1 0,5 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος
Χαμηλή νέφωση Νοέμβριος (Έτη 1990-2007) 6 5 4 Χαμηλή νέφωση Νέφωση (όγδοα) 3 2 f(x) = - 0,01x + 21,35 R² = 0 Γραμμική (Χαμηλή νέφωση) 1 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος Ολική νέφωση Φεβρουάριος (Έτη 1990-2007) 8 6 Ολική νέφωση Νέφωση (όγδοα) 4 2 f(x) = 0,04x - 75,16 R² = 0,05 Γραμμική (Ολική νέφωση) 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος
Ολική νέφωση Απρίλιος (Έτη 1990-2007) 6 5 4 f(x) = 0,02x - 31,03 Χαμηλή νέφωση R² = 0,02 Νέφωση (όγδοα) 3 Γραμμική (Χαμηλή νέφωση) 2 1 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος Ολική νέφωση Ιούνιος (Έτη 1990-2007) 4 3,5 3 2,5 Ολική νέφωσηf(x) = 0,02x - 32,08 Γραμμική (Ολική νέφωση) 2 R² = 0,04 Νέφωση (όγδοα) 1,5 1 0,5 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος
Ολική νέφωση Αύγουστος (Έτη 1990-2007) 4 3 Ολική νέφωση Νέφωση (όγδοα) 2 1 Γραμμική (Ολική νέφωση) f(x) = - 0x + 10,15 R² = 0 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος Ολική νέφωση Οκτώβριος (Έτη 1990-2007) 6 5 4 Νέφωση (όγδοα) f(x) = 0,02x - 35 Ολική νέφωση R² = 0,02 3 Γραμμική (Ολική νέφωση) 2 1 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Έτος
Object 25 Object 27
Object 29 Object 31
Object 33 Object 35
Object 37 Object 39
Object 41 Object 44
Object 47 Object 49
Object 51 Object 54 Αντίστοιχα με τις εποχιακές μεταβολές βλέπουμε και στις μηνιαίες μεταβολές ότι δεν υπάρχει κάποια ουσιαστική πορεία παρά μόνο μια μικρή τάση αύξησης (οι περισσότεροι μήνες παρουσιάζουν θετική κλίση)
ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΜΕ ΤΟ ΟΠΤΙΚΟ ΒΑΘΟΣ Το οπτικό βάθος είναι απολύτως ανάλογο της συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, ιδιαίτερα στα χαμηλά στρώματα αυτής. Έχοντας λοιπόν τις μετρήσεις του οπτικού βάθους για τα χρόνια 1990-2007 μπορούμε να μελετήσουμε την μεταβολή του και να εξάγουμε συμπεράσματα σαν να είχαμε μελετήσει τις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων. Αναμένουμε λοιπόν μια αντίστροφα ανάλογη σχέση των τιμών της νέφωσης και του οπτικού βάθους, μιας και όσο αυξάνει το οπτικό βάθος, μειώνεται η συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων, άρα και η πιθανότητα δημιουργίας νεφών. Η όποια συσχέτιση μεταξύ τους θα πρέπει να είναι εντονότερη στην περίπτωση της χαμηλής νέφωσης, μιας και στα χαμηλά στρώματα της ατμόσφαιρας έχουμε σημαντικές μεταβολές της συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων. Κατασκευάζουμε το διάγραμμα της χρονοσειράς του οπτικού βάθους στην πορεία των 18 ετών.
Παρατηρούμε ότι το οπτικό βάθος παρουσιάζει μια τάση μείωσης. Ο συντελεστής διεύθυνσης όμως,όπως και ο συντελεστής συσχέτισης είναι πάρα πολύ μικροί και έτσι μόνο ως μια τάση μπορούμε να εκλάβουμε την πορεία αυτή. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής συμβαδίζουν με τα θεωρητικά αναμενόμενα, δηλαδή το ότι τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα παρουσιάζουν αύξηση στις συγκεντρώσεις τους λόγω της σταθερά αυξανόμενης ρύπανσης της ατμόσφαιρας από τον άνθρωπο, και ότι η αύξηση των σωματιδίων οδηγεί σε αύξηση των διαθέσιμων πυρήνων συμπύκνωσης, άρα και αύξηση της νέφωσης. Το πρόβλημα είναι πως τα αποτελέσματα μας δεν είναι σε θέσουν να μας δώσουν αξιόπιστο έδαφος για να υποστηρίξουμε τον παραπάνω θεωρητικό συλλογισμό, μας δίνουν όμως τις τάσεις των προς μέτρηση μεγεθών προς αυτή την κατεύθυνση. Για να έχουμε σαφέστερα αποτελέσματα θα πρέπει να γίνει μια αναλυτικότερη μελέτη, η οποία θα καλύπτει χρονικό διάστημα πολύ μεγαλύτερο των 18 ετών που εδώ χρησιμοποιήθηκαν, θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν η συμπεριφορά της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας και των αιωρούμενων σωματιδίων. Επίσης, μια μελέτη η οποία θα λάμβανε χώρο σε πολύ μεγαλύτερες χωρικές διαστάσεις, της τάξης μιας ηπείρου, θα μπορούσε να μας δώσει σαφέστερα στοιχεία για την πορεία της νέφωσης σε παγκόσμια κλίμακα.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1) Γενική Μετεωρολογία, Χ.Σ.Σαχσμάνογλου Τ.Ι.Μακρογιάννης 2) Σημειώσεις φυσικής της ατμόσφαιρας των Αλκιβιάδη Μπάη,Δημήτρη Μπαλή, Κλεαρέτης Τουρπάλη 3) Σημειώσεις για τα νέφη, Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία 4) http://el.wikipedia.org/wiki/%ce%9d%ce%ad%cf%86%ce%bf%cf %82 5) http://www.crh.noaa.gov/lmk/?n=cloud_classification