10 Ατμοσφαιρικές διαταράξεις

10.1 Αέριες μάζες (air masses) είναι τεράστιες μάζες ατμοσφαιρικού αέρα της τάξης 1000 1000 km, οι οποίες είναι ομοιογενείς, από την άποψη οριζόντιας, κατά κύριο λόγο, κατανομής της θερμοκρασίας και υγρασίας. Τα κύρια χαρακτηριστικά μιας αέριας μάζας είναι: - το ποσόν των υδρατμών που περιέχει το οποίο καθορίζει τον υετό - η θερμοκρασία της, ιδιαίτερα η κατακόρυφη κατανομή της η οποία καθορίζει την αστάθεια της

Πηγή μιας αέριας μάζας είναι η περιοχή πάνω από την οποία σχηματίσθηκε και από την οποία πήρε τα χαρακτηριστικά της γνωρίσματα. Πηγές των αερίων μαζών είναι οι εκτεταμένες εκτάσεις της επιφάνειας της γης πάνω από τις οποίες η θερμοκρασία και υγρασία του αέρα παρουσιάζονται αμετάβλητες σε ολόκληρη την έκτασή τους, για μεγάλα χρονικά διαστήματα. πολικές εκτάσεις τροπικές εκτάσεις, κεντρικές περιοχές των υποτροπικών αντικυκλώνων και μεγάλες ερημικές περιοχές.

Κατά την μετακίνησή τους πάνω από περιοχές με διαφορετικά χαρακτηριστικά θερμοκρασίας και υγρασίας, μετασχηματίζονται: Η θέρμανση μιας αέριας μάζας από το έδαφος απότομη πτώση της θερμοκρασίας της με το ύψος ανοδικές κινήσεις αστάθεια. Αν οι αέριες αυτές μάζες περιέχουν πολλούς υδρατμούς, τότε σχηματίζονται σύννεφα Cu και Cb με καταιγίδες και βροχές. Η ψύξη της αέριας μάζας από την επιφάνεια της γης αναστροφές της θερμοκρασίας της επιφάνειας. - Με ασθενείς ανέμους ομίχλη και δρόσος ή και πάχνη - Με ισχυρούς ανέμους νέφη stratus κάτω από το ανώτερο όριο της αναστροφής της θερμοκρασίας.

10.1.1 Αρκτικές (Arctic, A) Πηγές τους είναι οι αρκτικές περιοχές, γι' αυτό είναι και οι ψυχρότερες από όλες τις αέριες μάζες. Όταν κινούνται πάνω από θάλασσες προς μικρότερα πλάτη, θερμαίνονται από κάτω, δέχονται ποσότητες υδρατμών, γίνονται ασταθείς και δημιουργούν σύννεφα ανοδικών ρευμάτων Cu και Cb.

10.1.2 Πολικές θαλάσσιες (Polar maritime, mp). Πηγές τους είναι οι θαλάσσιες περιοχές των μεγάλων γεωγραφικών πλατών. Είναι μάζες ψυχρές. Τα κύρια γνωρίσματα αυτών είναι η μικρή τιμή της θερμοκρασίας και η μεγάλη τιμή της υγρασίας, τόσο της σχετικής όσο και της απόλυτης. 10.1.2 Πολικές Ηπειρωτικές (Polar continental) Έχουν πηγές τις ηπειρωτικές περιοχές που βρίσκονται σε μεγάλα πλάτη, γι' αυτό είναι πολύ ψυχρές σ όλες τις εποχές και μάλιστα το χειμώνα Παρότι παρουσιάζουν μεγάλη σχετική υγρασία, έχουν μικρή απόλυτη υγρασία οπότε θεωρούνται ξηρές.

10.1.4 Θαλάσσιες τροπικές (Tropical maritime, mt). Πηγές τους είναι οι θαλάσσιες εκτάσεις των μέσων και κατωτέρων γεωγραφικών πλατών. Είναι μάζες με υψηλή θερμοκρασία και μεγάλη απόλυτη και σχετική υγρασία σε όλη τους την έκταση. Στα κατώτερα στρώματα παρουσιάζονται και αναστροφές. 10.1.5 Τροπικές ηπειρωτικές (Tropical continental, ct). Έχουν πηγές τις ηπειρωτικές περιοχές των μέσων και κατωτέρων γεωγραφικών πλατών. Είναι θερμές και έχουν μικρή απόλυτη και σχετική υγρασία, γι' αυτό και η νέφωση είναι μικρή και οι βροχές ελάχιστες. Αν οι μάζες αυτές κινηθούν σε θαλάσσιες περιοχές τόσο η απόλυτη όσο και η σχετική υγρασία τους αυξάνεται και μετασχηματίζονται σε mt.

10.1.6 Ισημερινές (Ε) Πηγή τους είναι η ισημερινή περιοχή. Χαρακτηρίζονται από μεγάλες τιμές θερμοκρασίας και υγρασίας, καθώς και από μεγάλο βαθμό αστάθειας. Χαρακτηριστικές είναι οι ραγδαίες βροχοπτώσεις που προκαλούν στις περιοχές που επικρατούν.

10.2 Μετωπικές επιφάνειες και μέτωπα Όταν δύο αέριες μάζες με διαφορετική θερμοκρασία και υγρασία έλθουν σε επαφή τότε δεν αναμειγνύονται μεταξύ τους, αλλά τείνουν να διατηρήσουν την αυτοτέλειά τους. Έτσι διαχωρίζονται μεταξύ τους με μια διακριτή κεκλιμένη επιφάνεια που ονομάζεται μετωπική επιφάνεια. Η τομή της επιφάνειας αυτής με την επιφάνεια του εδάφους λέγεται μέτωπο.

10.2.1 Κλίση των μετώπων Οι δυο αέριες μάζες ενός μετώπου βρίσκονται σε κίνηση. Αποτέλεσμα δημιουργείται κλίση στη μεταξύ τους επιφάνεια. Αποδεικνύεται ότι: εφα = f g ΤΔυ ΔT όπου Δυ = υ 1 υ 2 ΔΤ = Τ 1 Τ 2 Τ = μέση τιμή Τ 1 υ 1 υ 2 α Τ 2

Δηλ. η κλίση της μετωπικής επιφάνειας μεγαλώνει όσο η διαφορά των θερμοκρασιών ΔΤ μικραίνει και των ταχυτήτων Δυ αυξάνει. εφα = f g ΤΔυ ΔT όπου Δυ = υ 1 υ 2 ΔΤ = Τ 1 Τ 2 Τ = μέση τιμή Τ 1 α Τ 2 υ 1 υ 2

10.2.2 Ταξινόμηση των μετώπων α. Θερμά μέτωπα Όταν δύο αέριες μάζες, μια θερμή και μια ψυχρή, που βρίσκονται σ' επαφή κινούνται έτσι, ώστε η θερμή να ακολουθεί την ψυχρή, τότε η επιφάνεια που τις χωρίζει λέγεται θερμή μετωπική επιφάνεια και η τομή της με την επιφάνεια της γης θερμό μέτωπο (warm front).

Κλίση της μετωπικής επιφάνειας μεταξύ 1/150 και 1/300. Νέφωση: Cirrus, Cirrostratus, Altostratus, Nimbostratus πλάτος 200-600 km, μήκος άνω των 1500 km. Εκτείνεται σε μεγάλη έκταση μπροστά από το μέτωπο Βροχή: κυρίως από τα Nimbostratus, έχει μέτρια ένταση αλλά συνήθως μεγάλη διάρκεια και είναι συνεχής. Συνοδεύεται από ομίχλη. Εκτείνεται αρκετά μπροστά από το μέτωπο, 300-600 km.

Αν ο θερμός αέρας είναι αρκετά ασταθής, μεταξύ των Altostratus και Nimbostratus μπορεί να εμφανιστούν και καταιγιδοφόρα νέφη Cumulonimbus.

Η βροχή στο ψυχρό τομέα του μετώπου δημιουργεί, ομίχλες (μετωπικές ομίχλες) και πολύ χαμηλά νέφη.

Σε χάρτη καιρού

Θερμό μέτωπο

Φαινόμενα που παρατηρεί ένα παρατηρητής Θερμοκρασία. Σταθερή ή αυξάνει καθώς πλησιάζει το μέτωπο. Αυξάνει απότομα κατά τη διέλευση του μετώπου. Σχετική υγρασία. Αυξάνει διαρκώς. Πίεση. Αρχικά ελαττώνεται ομαλά, κατά τη διέλευση του μετώπου παύει να μικραίνει και σταθεροποιείται. Διέλευση μετώπου

Άνεμος. Η έντασή του αυξάνεται καθώς πλησιάζει το μέτωπο, και αλλάζει κατεύθυνση κατά τη διέλευσή του. Νέφη. Κατά σειρά Ci, Cs που πυκνώνουν και η βάση τους χαμηλώνει καθώς πλησιάζει το μέτωπο και μετατρέπονται σε As ενώ κοντά στο μέτωπο γίνονται Ns ή Cb. Διέλευση μετώπου

Ci και Cs πριν την έλευση του θερμού μετώπου

Υετός. Συνεχής βροχή ή χιόνι με μέτρια ένταση αλλά συνήθως μεγάλη διάρκεια μόνο όταν εμφανιστούν τα Ns. Μετά τη διέλευση του μετώπου καμιά φορά παρατηρείται λεπτή βροχή. Ορατότητα. Μόνο πριν τη βροχή είναι καλή.

To θερμό μέτωπο πλησιάζει Ci Cs Ci As

Κοντά στο θερμό μέτωπο As

Διέλευση του θερμού μετώπου Ns St

β. Ψυχρό μέτωπο Όταν δύο αέριες μάζες, μια θερμή και μια ψυχρή που βρίσκονται σ' επαφή, κινούνται έτσι ώστε η ψυχρή να ακολουθεί την θερμή, τότε η επιφάνεια που τις χωρίζει λέγεται ψυχρή μετωπική επιφάνεια και η τομή της με την επιφάνεια της γης λέγεται ψυχρό μέτωπο (cold front)

β. Ψυχρό μέτωπο Όταν δύο αέριες μάζες, μια θερμή και μια ψυχρή που βρίσκονται σ' επαφή, κινούνται έτσι ώστε η ψυχρή να ακολουθεί την θερμή, τότε η επιφάνεια που τις χωρίζει λέγεται θερμή μετωπική επιφάνεια και η τομή της με την επιφάνεια της γης λέγεται ψυχρό μέτωπο (cold front)

Κλίση της μετωπικής επιφάνειας με το έδαφος μεταξύ 1/50 και 1/100 Νέφωση: Αν ο θερμός αέρας είναι ασταθής, τότε αυτή η ανοδική κίνηση δημιουργεί νέφωση από Altocumulus καί Altostratus αλλά κυρίως από Cumulus και Cumulunimbus Βροχή: ραγδαίες διαλείπουσες βροχές, συνοδευόμενες πολλές φορές από καταιγίδες και χαλάζι Η έκταση της νέφωσης και της ζώνης βροχόπτωσης είναι μικρότερη από ότι του θερμού και εκτείνεται περισσότερο πίσω από το μέτωπο

Ψυχρό μέτωπο

Θερμοκρασία. Ελαττώνεται στο τομέα βροχής και κατά τη διέλευση του μετώπου μειώνεται απότομα. Σχετική υγρασία. Ελαττώνεται γρήγορα. Διέλευση μετώπου

Θερμοκρασία. Ελαττώνεται στο τομέα βροχής και κατά τη διέλευση του μετώπου μειώνεται απότομα. Σχετική υγρασία. Ελαττώνεται γρήγορα. Διέλευση μετώπου Υγρασία Θερμοκρασία

Πίεση. Καθώς πλησιάζει το μέτωπο ελαττώνεται απότομα, ενώ κατά τη διέλευση του μετώπου αυξάνεται απότομα. Διέλευση μετώπου

Άνεμος. Η έντασή του αυξάνεται και η διεύθυνσή του αλλάζει απότομα κατά τη διέλευση του μετώπου. Διέλευση μετώπου

Νέφη. Καθώς πλησιάζει το μέτωπο αποτελείται από Ac ή As To ψυχρό μέτωπο πλησιάζει Ac

Έπειτα από ογκώδη Cu και Cb ή Νs στην περίπτωση ευσταθούς θερμού αέρα Διέλευση του ψυχρού μετώπου Cb

Έπειτα από ογκώδη Cu και Cb ή Νs στην περίπτωση ευσταθούς θερμού αέρα Διέλευση του ψυχρού μετώπου

Μετά τη διέλευση του μετώπου ακολουθεί αίθριος καιρός με λίγα Cu.

Υετός. Στην αρχή μόνο λίγη βροχή που συνοδεύεται από καταιγίδες. Κατά τη διέλευση του μετώπου γίνεται ισχυρή αλλά χωρίς μεγάλη διάρκεια. Ορατότητα. Στην αρχή είναι ασθενής και μετά τη διέλευση του μετώπου βελτιώνεται.

γ. Στάσιμο μέτωπο Όταν μια θερμή και μια ψυχρή αέρια μάζα βρίσκονται σε επαφή, χωρίς όμως να μετακινούνται, δηλαδή χωρίς η μία να εκτοπίζει την άλλη, τότε η τομή της διαχωριστικής τους επιφάνειας με την επιφάνεια του εδάφους λέγεται στάσιμο μέτωπο (stationary front)

Μπορούν να διαρκέσουν αρκετές ημέρες. Νέφωση: αποτελείται μόνο από altocumulus. Θερμοκρασία του αέρα: παραμένει σταθερή Άνεμοι: ασθενείς έως νηνεμίες.

Ο συμβολισμός του στάσιμου μετώπου σε χάρτη καιρού

δ. Συνεσφιγμένο μέτωπο Όταν ένα ψυχρό μέτωπο, που κινείται γρηγορότερα από το προπορευόμενο θερμό, συμβεί να συναντήσει το θερμό, τότε ο θερμός αέρας εγκλωβίζεται και εκτοπίζεται προς τα επάνω. Στην περίπτωση αυτή τα δυο μέτωπα αποτελούν ένα ενιαίο μέτωπο το οποίο λέγεται συνεσφιγμένο (occluded front).

Τα δύο μέτωπα αποτελούν ένα ενιαίο μέτωπο (το ψυχρό μέτωπο βρίσκεται στην επιφάνεια της γης, ενώ το θερμό βρίσκεται επάνω από την επιφάνεια της).

η ζώνη νέφωσης και βροχόπτωσης έχει μεγάλο εύρος.

Ανάλογα με το ποια από τις ψυχρές αέριες μάζες είναι ψυχρότερη, το συνεσφιγμένο μέτωπο παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά ενός θερμού ή ψυχρού μετώπου (θερμή ή ψυχρή σύσφιξη) χαρακτηριστικά ψυχρού μετώπου χαρακτηριστικά θερμού μετώπου

μερική σύσφιξη

Ο συμβολισμός του συνεσφιγγμένου μετώπου σε χάρτη καιρού

10.2.3 Μόνιμα μέτωπα Σε ορισμένες περιοχές της γης εμφανίζονται με μεγάλη συχνότητα μεγάλης έκτασης μέτωπα (μόνιμα μέτωπα). Τα σπουδαιότερα μέτωπα του Β. ημισφαιρίου είναι:

α. Το αρκτικό μέτωπο. Χωρίζει τον αρκτικό από τον πολικό θαλάσσιο αέρα του Β. Ατλαντικού και Β. Ειρηνικού.

β. Το πολικό μέτωπο του Β. Ατλαντικού. Χωρίζει τις πολικές ηπειρωτικές μάζες της Β. Αμερικής ή τις πολικές θαλάσσιες του Β. Ατλαντικού από τις τροπικές θαλάσσιες αέριες μάζες του.

γ. Το πολικό μέτωπο του Β. Ειρηνικού. Χωρίζει τις πολικές ηπειρωτικές μάζες της Β. Ασίας ή τις πολικές θαλάσσιες του Β. Ειρηνικού από τις τροπικές θαλάσσιες αέριες μάζες του. (μόνο το χειμώνα)

δ. Το ενδοτροπικό μέτωπο. Είναι το αποτέλεσμα της σύγκλισης των αληγών ανέμων στην περιοχή της ισημερινής και τροπικής ζώνης. Προκαλεί έντονες βροχοπτώσεις. Μετατίθεται προς βορρά τη θερμή εποχή και προς νότο τη ψυχρή.

ε. Το Μεσογειακό μέτωπο. Χωρίζει, κατά τη ψυχρή εποχή, τις ψυχρές αέριες μάζες που προέρχονται από την Ευρώπη, από τις θερμές της Βόρειας Αφρικής.

10.3 Υφέσεις Η ύφεση ή χαμηλό (depression or low) αποτελεί μια περιοχή χαμηλών ατμοσφαιρικών πιέσεων που απεικονίζεται επάνω στους χάρτες καιρού με κλειστές, κυκλικές ή ελλειψοειδείς ισοβαρείς με την πίεση ελαττούμενη από την περιφέρεια προς το κέντρο. Οι υφέσεις ονομάζονται και εξωτροπικοί κυκλώνες (extratropical cyclones). 1004 1000 996 L

- Οι άνεμοι κινούνται γύρω από το κέντρο της ύφεσης, κατά την ορθή φορά στο βόρειο και κατά την ανάδρομη στο νότιο ημισφαίριο, συγκλίνοντες προς το κέντρο προς το οποίο η έντασή τους αυξάνεται. Βόρειο ημισφαίριο Νότιο ημισφαίριο L L

Η συσσώρευση των αερίων μαζών στο κέντρο του χαμηλού τις εξαναγκάζει σε ανοδικές κινήσεις οι οποίες αυξάνονται από την περιφέρεια προς το κέντρο του. Αντίθετα οι αέριες μάζες σε κάποιο ύψος αποκλίνουν από το κέντρο.

Οι ανοδικές κινήσεις δημιουργούν νεφώσεις και υετό. Σε συνδυασμό με τους ισχυρούς ανέμους στο κέντρο τους δημιουργούν κακοκαιρία..

- Το μέγεθος των υφέσεων κυμαίνεται από μερικές εκατοντάδες km μέχρι 3000 km ή και περισσότερο. - Η κίνησή τους στα μέσα γεωγραφικά πλάτη είναι συνήθως προς τα ανατολικά. - Η ταχύτητά τους είναι διαφορετική κυμαίνεται από 10 30 km/h

Οι υφέσεις διαιρούνται σε τέσσερεις κύριες κατηγορίες: Μετωπικές, οι οποίες δημιουργούνται από δυο μετωπικές επιφάνειες, μια ψυχρή και μια θερμή. Θερμικές, οι οποίες οφείλονται σε υπερθέρμανση του εδάφους ή σε κατακόρυφη ατμοσφαιρική αστάθεια. Ορογραφικές, οι οποίες δημιουργούνται όταν ένα αέριο ρεύμα συναντά έναν ορεινό φραγμό Αστάθειας, οι οποίες δημιουργούνται όταν υπάρχει αστάθεια στην ατμόσφαιρα, ανοδικές κινήσεις και συμπύκνωση υδρατμών

10.3.1 Μετωπικές υφέσεις (frontal depressions) α. Ώριμη μετωπική ύφεση Δημιουργία. Οι μετωπικές υφέσεις δημιουργούνται κατά μήκος των μετωπικών επιφανειών (στο πολικό μέτωπο σύμφωνα με το Νορβηγικό μοντέλο)

Δομή. Μια ώριμη μετωπική ύφεση αποτελείται από δύο διαφορετικές αέριες μάζες, μία ψυχρή (πολική) και από μια θερμή (τροπική), με τη θερμή να εισχωρεί με τη μορφή γλώσσας (θερμός τομέας της ύφεσης) μέσα στη ψυχρή (ψυχρός τομέας).

Οι δυο αέριες μάζες χωρίζονται μεταξύ τους με μια μετωπική επιφάνεια ενώ στην επιφάνεια του εδάφους από ένα θερμό και ένα ψυχρό μέτωπο.

Οι ισοβαρείς καμπύλες κάμπτονται όταν περνούν από το θερμό προς τον ψυχρό αέρα ή και αντίστροφα, ενώ μέσα στον θερμό τομέα είναι σχεδόν παράλληλες.

Το κύριο νεφικό σύστημα και η ζώνη της βροχής εκτείνεται κατά μήκος των μετώπων προς τη ψυχρότερη πλευρά του αλλά και γύρω από το κέντρο του συστήματος.

Οι καιρικές καταστάσεις που συνοδεύουν τη διάβαση μιας ώριμης ύφεσης: σε μία περιοχή που βρίσκεται νότια του κέντρου της, είναι ίδιες με εκείνες που συνοδεύουν την διάβαση αρχικά ενός θερμού και κατόπιν ενός ψυχρού μετώπου. βόρεια του κέντρου η νέφωση (κυρίως Ns) και η βροχόπτωση είναι εκτεταμένη

β. συνεσφιγμένη ύφεση (οccluded depression) Στο μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους οι υφέσεις είναι συνεσφιγμένες. Την μεγαλύτερη έντασή τους την εμφανίζουν 12-24 ώρες μετά την σύσφιγξή τους.

προχωρημένη σύσφιξη

γ. Δημιουργία και εξέλιξη των υφέσεων 12-24h στάσιμο μέτωπο μετωπικό κύμα ώριμη ύφεση μερική σύσφιξη προχωρημένη σύσφιξη ψυχρός στρόβιλος

στάσιμο μέτωπο

μετωπικό κύμα

προχωρημένη σύσφιξη

διάλυση

28/3/2006, 06:00 UTC

29/3/2006, 00:00 UTC

29/3/2006, 12:00 UTC

30/3/2006, 00:00 UTC

30/3/2006, 12:00 UTC

δ. Κυκλογένεση (cyclogenesis) εννοούμε την γένεση και ανάπτυξη ακόμη και την ενίσχυση μιας ύφεσης στην επιφάνεια η οποία συνοδεύεται με περαιτέρω πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Η μορφή ροής στην ανώτερη ατμόσφαιρα σχετίζεται στενά με τις υφέσεις επιφάνειας.

Όταν π.χ. η ροή στην ανώτερη τροπόσφαιρα, είναι περισσότερο μεσημβρινή (με κατεύθυνση βορράνότου) δηλ. εμφανίζονται "ridges" και "troughs", τότε στην επιφάνεια ενισχύεται συνήθως η κυκλωνική δραστηριότητα.

Σε κάθε ύφεση παρατηρείται σύγκλιση των αερίων μαζών στην επιφάνεια προς το κέντρο, ανοδικές κινήσεις, πτώση της πίεσης, απόκλιση σε κάποιο ύψος. Η ανώτερη απόκλιση των μαζών, αντισταθμίζει ή είναι μεγαλύτερη της επιφανειακής σύγκλισης (η ύφεση "βαθαίνει").

Σε ένα trough στα 500 hpa παρουσιάζεται: απόκλιση της ροής στο μπροστινό του τμήμα και Trough σύγκλιση της ροής στο πίσω του μέρος. Σύγκλιση Απόκλιση

η απόκλιση στα 500 hpa ευνοεί τις ανοδικές κινήσεις η σύγκλιση ευνοεί τις καθοδικές κινήσεις.