ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΗΣ ΒΑΒΡΙΤΣΑ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ ΣΤΕΦΑΝΙΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014 1

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΗΣ ΒΑΒΡΙΤΣΑ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ ΣΤΕΦΑΝΙΑ Επιβλέπων καθηγητής: Δημήτρης Μελάς ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 5 ABSTRACT... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1... 6 Εισαγωγή... 6 1.1 Κλίμα και κλιματική αλλαγή... 6 1.2 Αιτίες κλιματικής αλλαγής... 7 1.2.1 Φυσικά αίτια... 8 1.2.2Ανθρωπογενή αίτια... 9 1.3 Κλιματικά μοντέλα... 12 1.3.1 Τύποι κλιματικών μοντέλων... 14 1.3.2 Υποβιβασμός κλίμακας και περιοχικά κλιματικά μοντέλα (RCΜs)... 16 1.3.3 Σφάλματα Αβεβαιότητες στα κλιματικά μοντέλα... 19 1.3.4 Αξιολόγηση κλιματικών μοντέλων... 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2... 22 Περιγραφή του μοντέλου WRF... 22 2.1 Μετεωρολογικό μοντέλο πρόγνωσης WRF... 22 2.2 Εξισώσεις του μετεωρολογικού μοντέλου WRF... 23 2.3 Δεδομένα εισόδου του μετεωρολογικού μοντέλου WRF... 24 2.4 Επιλογές του μοντέλου WRF... 26 2.4.1 Ατμοσφαιρική ακτινοβολία... 26 2.4.2 Μικροφυσική... 27 2.4.3 Παραμετροποίηση κατακόρυφης ανάπτυξης... 28 2.4.4 Επιφανειακό στρώμα... 29 2.4.5 Μοντέλο εδάφους... 30 2.4.6 Πλανητικό οριακό στρώμα (ΠΟΣ)... 30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3... 32 Δεδομένα και μεθοδολογία... 32 3.1 Δεδομένα... 32 3

3.1.1 Πραγματικά δεδομένα... 32 3.1.2 Δεδομένα του μοντέλου... 32 3.2 Στατιστικές παράμετροι αξιολόγησης... 34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4... 35 Μελέτη της θερμοκρασίας -Αξιολόγηση κλιματικών προσομοιώσεων... 35 4.1 Εποχική μελέτη της μέσης θερμοκρασίας... 35 4.2 Ετήσιος κύκλος θερμοκρασίας... 52 4.3 Μελέτη της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας... 54 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 56 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 57 4

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση του κλιματικού μοντέλου περιοχικής κλίμακας WRF για την χρονική περίοδο από το 1990 ως και το 2008. Η παράμετρος που μελετήθηκε ήταν η θερμοκρασία σε εποχική, μηνιαία και ετήσια βάση. Για την μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα θερμοκρασίας από την βάση δεδομένων EOBS. Από την σύγκριση των δεδομένων ελέγχθηκε η αξιοπιστία του μοντέλου WRF και διαπιστώθηκε, ότι το μοντέλο εμφανίζει μικρή υποεκτίμηση της θερμοκρασίας (-0.72 ) την περίοδο του καλοκαιριού και μεγαλύτερη υποεκτίμηση κατά την διάρκεια του χειμώνα κατά μέσο όρο -5.2 πάνω από την περιοχή της Ευρώπης και ιδιαίτερα πάνω από την περιοχή της βορειοανατολικής Ευρώπης. Ο ετήσιος κύκλος της θερμοκρασίας αποδίδεται αξιόπιστα από το μοντέλο. Η τυπική απόκλιση εμφανίζεται μεγαλύτερη την περίοδο του χειμώνα ενώ είναι πολύ μικρότερη την περίοδο του καλοκαιριού. ABSTRACT In the present thesis, evaluation of a WRF regional climate simulation over Europe for the time period 1990-2008, was conducted. The parameter studied was temperature on a seasonal, monthly and annual basis. For this study, the EOBS observational dataset was used for the model evaluation. The evaluation shows that WRF has a small cold bias in summer in the range of -0.72 over Europe and a larger cold bias (-5.2 ) in winter especially over Northeast Europe. The temperature annual cycle is represented successfully by the model. The standard deviation of temperature is larger in the winter and smaller in the summer season. 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή 1.1 Κλίμα και κλιματική αλλαγή Κλίμα είναι η σύνθεση των στοιχείων του καιρού, των διαφόρων δηλαδή μετεωρολογικών στοιχείων που προκύπτουν έπειτα από μακροχρόνιες παρατηρήσεις. Το κλίμα λοιπόν αποτελεί την μέση καιρική κατάσταση, το μέσο καιρό. Ορίζεται από το σύνολο των στατιστικών πληροφοριών οι οποίες περιγράφουν τις μεταβολές του καιρού σε μια περιοχή για ένα συγκεκριμένο μεγάλο χρονικό διάστημα. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες, τόσο φυσικοί όσο και ανθρωπογενείς, οι οποίοι προσδιορίζουν το κλίμα της γης. Οι κύριοι παράγοντες που διαμορφώνουν το κλίμα μιας περιοχής είναι οι εξής: o Η ηλιακή ακτινοβολία και το γεωγραφικό πλάτος του τόπου o Γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας o Η κατανομή ξηρών και θαλασσών o Το γήινο ανάγλυφο o Η φύση και η κατάσταση του εδάφους o Τα θαλάσσια ρεύματα Λόγω της επίδρασης των παραπάνω παραγόντων το κλίμα της γης δεν είναι ομοιόμορφο αλλά χωρίζεται σε κλιματικές περιοχές με διαφορετικά κλιματικά χαρακτηριστικά. Ωστόσο, η ηλιακή ακτινοβολία είναι ο παράγοντας που στην ουσία παίζει τον σημαντικότερο ρόλο στην διαμόρφωση του κλίματος. Το σύστημα γης και ατμόσφαιρας βρίσκεται σε μια ισορροπία μεταξύ της εισερχόμενης και εξερχόμενης ακτινοβολίας. Η λεπτή αυτή ισορροπία προσδιορίζει και το παγκόσμιο κλίμα. Αν για κάποιο λόγο η ισορροπία 6

αυτή διαταραχθεί, το κλίμα του πλανήτη είναι πιθανό να υποβληθεί σε μια σειρά κλιματικών αλλαγών. Ο όρος κλιματική αλλαγή αναφέρεται στην μεταβολή της κατάστασης του κλίματος που μπορεί να προσδιοριστεί (χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους) από τις αλλαγές στο μέσο όρο ή και τη μεταβλητότητα των παραμέτρων του κλίματος για μια εκτεταμένη περίοδο, συνήθως δεκαετίες ή περισσότερο. Αναφέρεται σε οποιαδήποτε αλλαγή στο κλίμα με την πάροδο του χρόνου, που μπορεί να οφείλεται είτε στη φυσική μεταβλητότητα είτε στις δραστηριότητες του ανθρώπου. 1.2 Αιτίες κλιματικής αλλαγής Το κλιματικό σύστημα είναι ιδιαίτερα περίπλοκο και αυτή του η πολυπλοκότητα προέρχεται από το γεγονός ότι υπάρχει πολύ μεγάλη αλληλεξάρτηση μεταξύ των στοιχείων που διαμορφώνουν το κλίμα. Αυτό είναι και ο λόγος που το κλιματικό σύστημα δεν μπορεί να γίνει κατανοητό απόλυτα. Το κλιματικό σύστημα επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες τόσο εξωτερικούς όσο και εσωτερικούς οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για την κλιματική αλλαγή. Συγκεκριμένα, τρεις είναι οι εξωτερικές αιτίες της αλλαγής του κλιματικού συστήματος. o Αλλαγές στην εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία o Αλλαγές στην χημική σύσταση της ατμόσφαιρας o Αλλαγές στην επιφάνεια της γης Πέρα από τους εξωτερικούς παράγοντες υπάρχουν και οι εσωτερικοί, όπως είναι οι αλλαγές στην γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας και των ωκεανών οι οποίοι αναδιανέμουν την ενέργεια στο κλιματικό σύστημα. Τα αίτια αυτά είναι είτε φυσικά είτε ανθρωπογενή. 7

1.2.1 Φυσικά αίτια Οι φυσικές αυτές αιτίες συμπεριλαμβάνουν τις μεταβολές της ηλιακής ακτινοβολίας, τις ηφαιστειακές εκρήξεις καθώς και τις φυσικές αποκλίσεις του ίδιου του κλιματικού συστήματος. Σύμφωνα με την αστρονομική θεωρία Milankovitch υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους η τροχιά της γης γύρω από τον ήλιο μπορεί να επηρεάσει το ποσότης ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης και κατ επέκταση το κλίμα. Οι μεταβολές στην εκκεντρότητα της γήινης τροχιάς, οι μεταβολές στην κλίση του άξονα της γης (η γωνία δηλαδή που σχηματίζει ο άξονας της γης με το επίπεδο της γήινης τροχιάς) καθώς και η μετάπτωση των ισημεριών είναι οι παράγοντες που προκαλούν διακυμάνσεις στην ηλιακή ενέργεια που φτάνει στην γη και μπορούν να συσχετιστούν με την κλιματική αλλαγή. Οι αλλαγές στο κλίμα της γης έχουν συνδεθεί επίσης και με τον ηλιακό κύκλο γνωστό και ως ενδεκαετή ηλιακό κύκλο. Έχει εκτιμηθεί ότι η παρουσία των ηλιακών κηλίδων μεταβάλλει την τιμή της ηλιακής σταθεράς σε μικρό βέβαια ποσοστό, μικρότερο του 1%. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μια συμφωνία μεταξύ των επιστημόνων ότι η παγκόσμια θερμοκρασία του πλανήτη μας έχει αυξηθεί σημαντικά. Συγκεκριμένα, η παγκόσμια θερμοκρασία έχει αυξηθεί κατά περίπου 0.8 τα τελευταία 150 χρόνια και αναμένεται να αυξηθεί περαιτέρω. Οι φυσικές αιτίες που περιγράφηκαν πιο πάνω μπορούν να εξηγήσουν μόνο ένα μικρό μέρος αυτής της θέρμανσης. Η πλειοψηφία των επιστημόνων αποδίδει την αύξηση της θερμοκρασίας κατά κύριο λόγο στην αυξανόμενη συγκέντρωση των θερμοκηπικών αερίων ως αποτέλεσμα της ανθρωπογενούς δραστηριότητας. 8

1.2.2Ανθρωπογενή αίτια Οι αλλαγές στη χημική σύσταση της ατμόσφαιρας και στην επιφάνεια της γης είναι αλλαγές που προκαλούνται από ανθρώπινες δραστηριότητες. Συγκεκριμένα, τα θερμοκηπικά αέρια, τα ατμοσφαιρικά αιωρήματα και η αλλαγή χρήσεων της γης είναι παράγοντες που μπορούν να επιφέρουν αλλαγές στο κλίμα ορισμένων περιοχών. Η γήινη ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιφάνεια του εδάφους προς την ατμόσφαιρα, έχει ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας να αυξάνεται. Συγκεκριμένα, ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας περνά από την ατμόσφαιρα χωρίς να υποστεί καμία απορρόφηση, φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους, απορροφάται από αυτό και στην συνέχεια εκπέμπεται ως ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος (γήινη ακτινοβολία). Ένα μέρος όμως της γήινης ακτινοβολίας απορροφάται από ορισμένα φυσικά συστατικά της ατμόσφαιρας, γνωστά ως θερμοκηπικά αέρια τα οποία είναι υπεύθυνα για την θέρμανση της ατμόσφαιρας. Το φαινόμενο αυτό, η παγίδευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από τα συγκεκριμένα αέρια, ονομάζεται φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι ένα φυσικό φαινόμενο μεγάλης σημασίας για την ύπαρξη, διατήρηση και εξέλιξη της ανθρώπινης ζωής στον πλανήτη. Χωρίς αυτό το φαινόμενο, η ύπαρξη ζωής θα ήταν αδύνατη (τουλάχιστον στην μορφή που υφίσταται σήμερα) αφού η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους θα έφτανε τους -19. Το φαινόμενο ωστόσο της κλιματικής αλλαγής συνδέεται με την έξαρση του φαινομένου, η οποία οφείλεται στην ανθρωπογενή δραστηριότητα και όχι με την φυσική διεργασία που είναι ζωτικής σημασίας για την διατήρηση των περιβαλλοντικών συνθηκών του πλανήτη. Πιο αναλυτικά, οι ανθρωπογενείς εκπομπές των θερμοκηπικών 9

αερίων αυξάνουν την υπέρυθρη ακτινοβολία που παγιδεύεται από την ατμόσφαιρα, επιδρώντας έτσι στο κλίμα της γης. Το άμεσο επακόλουθο της αύξησης των εκπομπών των θερμοκηπικών αερίων λόγω της ανθρώπινης δραστηριότητας είναι η ενίσχυση του φαινομένου και κατ επέκταση η μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Τα πιο σημαντικά θερμοκηπικά αέρια είναι οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η αύξηση οφείλεται σε ανθρώπινες δραστηριότητες, κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων αλλά και από την αποψίλωση των δασών. Οι υδρατμοί έχουν την μεγαλύτερη συνεισφορά στο φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η παρουσία τους όμως επηρεάζεται σε μικρότερο βαθμό από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Άλλα θερμοκηπικά αέρια είναι το μεθάνιο(ch 4 ), το υποξείδιο του αζώτου (NO 2 ), οι χλωροφθοράνθρακες(clcs) και το όζον(o 3 ). Σύμφωνα με την πέμπτη έκθεση αξιολόγησης της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC) οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα, του μεθανίου και του υποξειδίου του αζώτου στην ατμόσφαιρα έχουν αυξηθεί σε πρωτοφανή επίπεδα τα τελευταία χρόνια. Αν η κατάσταση αυτή συνεχιστεί, η παγκόσμια μέση θερμοκρασία θα είναι 4.6 υψηλότερη σε σχέση με την προ-βιομηχανική εποχή μέχρι το τέλος του αιώνα και ακόμα υψηλότερη σε ορισμένες περιοχές. Οι συνέπειες θα είναι καταστροφικές για το περιβάλλον, την κοινωνία και την οικονομία. Στο σχήμα 1 παρουσιάζονται οι εκπομπές των θερμοκηπικών αερίων για τα τελευταία 2000 χρόνια. Παρατηρείται μια απότομη αύξηση, η οποία εντοπίζεται κατά την διάρκεια της βιομηχανικής περιόδου. 10

Σχήμα 1 : Συγκεντρώσεις των σημαντικότερων θερμοκηπικών αερίων τα τελευταία 2000 χρόνια. (IPCC,2007) Πέρα όμως από τα θερμοκηπικά αέρια, η εκπομπή πρωτογενών σωματιδίων ή πρόδρομων αερίων, ενώσεων δηλαδή που οδηγούν στην δημιουργία δευτερογενών σωματιδίων, από τις διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες (βιομηχανία, μέσα μεταφοράς) είναι ένας ακόμα παράγοντας που συνδέεται με την κλιματική αλλαγή. Τα αιωρούμενα σωματίδια επηρεάζουν το ισοζύγιο της ακτινοβολίας και κατά συνέπεια το κλίμα. Συγκεκριμένα, είτε απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία προκαλώντας την αύξηση της θερμοκρασίας, είτε την ανακλούν με αποτέλεσμα την μείωση της. Ανάλογα λοιπόν με την κατανομή τους στην ατμόσφαιρα συμβάλλουν στην θέρμανση ή αντίστοιχα στην ψύξη του πλανήτη. Μπορούν επίσης να ενεργήσουν ως πυρήνες συμπύκνωσης των νεφών προκαλώντας τον σχηματισμό σταγονιδίων και επηρεάζοντας με αυτό τον τρόπο την ανακλαστικότητα των νεφών. Οι άνθρωποι επιπλέον επεμβαίνουν στον πλανήτη συμβάλλοντας έτσι στις αλλαγές της μορφής της επιφάνειας της γης. Συνέπεια αυτής της κατάστασης είναι η μεταβολή της ανακλαστικότητας της επιφάνειας της γης με αποτέλεσμα να διαταράσσεται και το ισοζύγιο της ακτινοβολίας. 11

1.3 Κλιματικά μοντέλα Η ανάγκη για την πραγματοποίηση κλιματικών προβλέψεων λόγω των αλλαγών που έχουν παρατηρηθεί στο κλίμα γίνεται ολοένα μεγαλύτερη τόσο σε παγκόσμιο, όσο και σε περιοχικό επίπεδο, ενώ ιδιαίτερα έντονος είναι ο προβληματισμός για την επίπτωση της κλιματικής αλλαγής στους ανθρώπους και στα φυσικά συστήματα. Οι προσπάθειες που γίνονται για την προσομοίωση των κλιματικών συνθηκών βασίζονται στην χρήση των κλιματικών μοντέλων. Τα κλιματικά μοντέλα αποτελούν μια προσπάθεια αναπαράστασης του κλίματος και αποτελούν το σημαντικότερο εργαλείο για την εκτίμηση των κλιματικών αλλαγών καθώς παρέχουν αποτελέσματα που δίνουν εκτιμήσεις όχι μόνο για το μέλλον αλλά και για το παρελθόν. Τα κλιματικά μοντέλα τα οποία προσομοιώνουν ατμοσφαιρικές διεργασίες παγκόσμιας κλίμακας ονομάζονται μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας (General Circulation Models GCMs). Πρόκειται για αριθμητικά μοντέλα τα οποία εκτελούν προσομοιώσεις φυσικών διεργασιών στις οποίες η ατμόσφαιρα είναι συνδεδεμένη και με άλλα στοιχεία του κλιματικού συστήματος όπως την υδρόσφαιρα, την βιόσφαιρα, την κρυόσφαιρα. Τα μοντέλα αυτά χρησιμοποιούν τους βασικούς νόμους της φυσικής (νόμους διατήρησης της ορμής, της μάζας, της ολικής ενέργειας και της ποσότητας των υδρατμών) για να περιγράψουν τις βασικές διεργασίες της ατμόσφαιρας. Τα μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας που χρησιμοποιούνται για την μελέτη του κλίματος και της κλιματικής αλλαγής μοιάζουν με τα αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης καιρού. Οι διαφορές τους εντοπίζονται στο γεγονός ότι τα μοντέλα πρόγνωσης καιρού δίνουν έμφαση σε διεργασίες μεγαλύτερης χρονικής κλίμακας, όπως είναι για παράδειγμα ο υδρολογικός κύκλος. 12

Στο σχήμα 2 παρουσιάζονται όλες οι ατμοσφαιρικές διεργασίες οι οποίες προσομοιώνονται στα ατμοσφαιρικά μοντέλα. Σχήμα 2 : Ατμοσφαιρικές διεργασίες που προσομοιώνονται στα κλιματικά μοντέλα. (UCAR- University Corporation for Atmospheric Research) Τα μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας είναι τα πιο προηγμένα διαθέσιμα εργαλεία για την προσομοίωση της απόκρισης του παγκόσμιου κλιματικού συστήματος σε διαφορετικά αίτια κλιματικού εξαναγκασμού (climate forcing). Παρόλο που έχουν χρησιμοποιηθεί απλούστερα μοντέλα με στόχο να παρέχουν παγκόσμιες ή τοπικές μέσες εκτιμήσεις της απόκρισης του κλίματος, μόνο τα μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας σε συνδυασμό με τα περιοχικά κλιματικά μοντέλα (RCMs), έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν τόσο γεωγραφικά όσο και φυσικά συνεπείς εκτιμήσεις της τοπικής αλλαγής του κλίματος. Τα μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας απεικονίζουν το κλίμα χρησιμοποιώντας ένα τρισδιάστατο πλέγμα που ουσιαστικά διαιρεί την γη, τους ωκεανούς και την ατμόσφαιρα. Τυπικά έχει μία οριζόντια 13

ανάλυση μεταξύ διακοσίων και εξακοσίων χιλιομέτρων, δέκα έως είκοσι κάθετα στρώματα (layers) στην ατμόσφαιρα και μερικές φορές έως και τριάντα στρώματα στους ωκεανούς, μια ανάλυση αρκετά μεγάλη. Οι τιμές των προβλεπόμενων μεταβλητών, όπως είναι η πίεση επιφανείας, ο άνεμος, η θερμοκρασία, η υγρασία, οι βροχοπτώσεις υπολογίζονται σε κάθε σημείο του πλέγματος με ένα βασικό χρονικό βήμα (timestep) και για όλα τα κατακόρυφα επίπεδα. Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες φυσικές διεργασίες όπως αυτές που σχετίζονται με την μεταφορά των νεφών, τις βροχοπτώσεις, που εμφανίζονται σε μικρότερες κλίμακες σε σχέση με το χαρακτηριστικό διάστημα του πλέγματος με αποτέλεσμα να μην μπορούν να μοντελοποιηθούν κατάλληλα. Έτσι, για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα οι γνωστές ιδιότητες των παραπάνω διεργασιών υπολογίζονται κατά μέσο όρο σε μεγαλύτερες κλίμακες με μια τεχνική γνωστή ως παραμετροποίηση. Ωστόσο η τεχνική αυτή αποτελεί μια πηγή αβεβαιότητας στις προσομοιώσεις του μελλοντικού κλίματος με τη χρήση αυτών των μοντέλων. 1.3.1 Τύποι κλιματικών μοντέλων Υπάρχουν διάφοροι τύποι κλιματικών μοντέλων. Συγκεκριμένα έχουν κατασκευαστεί απλά κλιματικά μοντέλα, που προσομοιώνουν ορισμένες μόνο διαδικασίες του κλιματικού συστήματος, αλλά και πιο προηγμένα παγκόσμια μοντέλα, καθώς και συζευγμένα μοντέλα, που συνδυάζουν περισσότερες κλιματικές διαδικασίες. Μάλιστα, είναι δυνατή η κατασκευή μοντέλων υψηλότερης ανάλυσης (περιοχικά κλιματικά μοντέλα), για την καλύτερη προσομοίωση των παραμέτρων μικρότερης κλίμακας. 14

Τα ατμοσφαιρικά μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας (AGCMs) είναι μια κατηγορία κλιματικών μοντέλων στα οποία πραγματοποιείται μια τρισδιάστατη προσομοίωση της ατμόσφαιρας. Σε αυτή την κατηγορία των μοντέλων πρέπει να δοθούν δεδομένα της θερμοκρασίας της επιφάνειας των ωκεανών καθώς και δεδομένα που σχετίζονται με τις βασικές διεργασίες της επιφάνειας του εδάφους. Συνεπώς ένα ατμοσφαιρικό μοντέλο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο του για την εκτίμηση του κλίματος καθώς δεν έχει την δυνατότητα να προσομοιώσει τις αλλαγές των συνθηκών στους ωκεανούς. Είναι όμως χρήσιμα για την μελέτη των ατμοσφαιρικών διαδικασιών. Τα ωκεάνια μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας (OGCMs)είναι μια άλλη κατηγορία κλιματικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των ωκεανών. Τα μοντέλα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνα τους για την μελέτη των ωκεανών. Ωστόσο, ούτε και αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνα τους για τις μελλοντικές προβλέψεις του κλίματος καθώς εξαρτώνται από διάφορες ατμοσφαιρικές διεργασίες. Σύμφωνα λοιπόν με όσα αναφέρθηκαν παραπάνω γίνεται αντιληπτό ότι για την προσομοίωση της γενικής συμπεριφοράς του κλίματος σε μεγάλα χρονικά διαστήματα κανένα από τα δύο παραπάνω μοντέλα δεν μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμο αν χρησιμοποιηθεί μεμονωμένα. Έτσι, για την εκτίμηση και τον ρυθμό αλλαγής του μελλοντικού κλίματος χρησιμοποιούνται τα συζευγμένα ατμοσφαιρικά-ωκεάνια γενικά μοντέλα κυκλοφορίας (AOGCMs). Αυτά αποτελούνται από ένα ατμοσφαιρικό μοντέλο που συνδέεται με ένα ωκεάνιο. 15

1.3.2 Υποβιβασμός κλίμακας και περιοχικά κλιματικά μοντέλα (RCΜs) Όπως έχει ήδη αναφερθεί, μέσα από την μελέτη των παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων πραγματοποιούνται προβλέψεις σχετικά με το κλίμα της γης και πως αυτό μπορεί να αλλάξει στο μέλλον. Τα αποτελέσματα αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικά για την διεθνή κοινότητα έτσι ώστε να αξιολογήσει τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στα ανθρώπινα και φυσικά συστήματα αλλά και για να λάβει αποφάσεις σχετικά με την μείωση της. Τα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα, παρά την μεγάλη τους χρησιμότητα για την προσομοίωση μεγάλης κλίμακας κυκλοφορίας (large scale circulation), δεν είναι ιδανικά για την μελέτη φαινομένων περιοχικής κλίμακας. Η τυπική χωρική ανάλυση ενός μοντέλου παγκόσμιας κλίμακας είναι 100 έως 200 χιλιόμετρα, με αποτέλεσμα να εμποδίζεται η ακριβής αναπαράσταση των τοπικών φαινομένων καθώς δεν μπορούν να αναλύσουν περιοχές με έντονο ανάγλυφο ή ακτογραμμή. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με τον υποβιβασμό κλίμακας, ο οποίος συνιστάται από διάφορες τεχνικές που επιτρέπουν την εξαγωγή πληροφορίας μεγάλης κλίμακας από τα μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας. Οι μέθοδοι υποβιβασμού κλίμακας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τις στατιστικές (Statistical downscaling) και τις δυναμικές (Dynamical downscaling). Ο στατιστικός υποβιβασμός κλίμακας χρησιμοποιεί στατιστικές μεθόδους σε παραμέτρους που θα μελετηθούν. Διάφορες ατμοσφαιρικές μεταβλητές μεγάλης κλίμακας (predictors) συσχετίζονται με μεταβλητές που αναφέρονται σε χωρικά μικρότερη κλίμακα (predictands) και στην συνέχεια εφαρμόζονται στα δεδομένα των μοντέλων παγκόσμιας κλίμακας. Μπορούν μάλιστα να εφαρμοστούν και στα δεδομένα των περιοχών μοντέλων(rcms) (IPCC,2013). 16

Όσον αφορά τον δυναμικό υποβιβασμό κλίμακας, πρόκειται ουσιαστικά για μια εφαρμογή ενός περιοχικού κλιματικού μοντέλου (Regional Climate Model RCMs) σύμφωνα με το οποίο μπορεί να γίνει καλύτερη αναπαράσταση των τοπικών χαρακτηριστικών της περιοχής ενδιαφέροντος. Τα περιοχικά μοντέλα είναι μοντέλα υψηλής ανάλυσης, τα οποία οδηγούμενα με πλευρικές οριακές συνθήκες από τα παγκόσμια μοντέλα, παρέχουν πληροφορίες σε πολύ μικρότερες χωρικές κλίμακες, εστιάζοντας σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Στο σχήμα 3 παρουσιάζονται οι προβλεπόμενες αλλαγές της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους για την περίοδο του καλοκαιριού μέχρι το τέλος του 21 ου αιώνα από ένα παγκόσμιο και ένα περιοχικό μοντέλο. Και τα δύο μοντέλα είναι αξιόπιστα με την διαφορά ότι τα περιοχικά δίνουν πιο λεπτομερή πληροφορία που είναι απαραίτητη ιδιαίτερα στην εκτίμηση των επιπτώσεων. Σχήμα 3 : Προβλεπόμενες αλλαγές της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους μέχρι το τέλος του 21 ου αιώνα. (http://wikireedia.net/wikireedia/index.php?title=regional_climate_modelling) Για να λειτουργήσουν χρειάζεται να τους παρέχονται αρχικές (initial conditions) και πλευρικές οριακές συνθήκες (boundary conditions). Οι πλευρικές οριακές συνθήκες προσδιορίζονται από τις προσομοιώσεις από τα μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας, όπως 17

απεικονίζεται και στο διάγραμμα ή και από τα δεδομένα επανάλυσης (reanalysis data). Έχουν την δυνατότητα να πραγματοποιούν προσομοιώσεις διάρκειας μερικών δεκαετιών σε αρκετά υψηλή ανάλυση. Με αυτό τον τρόπο γίνεται η υποκλιμάκωση της πληροφορίας από τα αποτελέσματα των μοντέλων παγκόσμιας κλίμακας και επιτυγχάνεται καλύτερη αναπαράσταση της τοπογραφίας λόγω φυσικά της υψηλότερης ανάλυσης αλλά και προσομοίωση διεργασιών μικρότερης κλίμακας οι οποίες δεν μπορούν να προσομοιωθούν από τα μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας. Όσον αφορά το πλέγμα ενός περιοχικού μοντέλου, αυτό πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο σε έκταση ώστε να αναπτύσσονται όλες οι ατμοσφαιρικές διεργασίες που χαρακτηρίζουν το κλίμα μιας περιοχής. Σχήμα 4 : Προσομοίωση περιοχικού κλίματος με την μέθοδο δυναμικού υποβιβασμού (World Meteorological Organization) Το βασικό μειονέκτημα των περιοχικών κλιματικών μοντέλων είναι το γεγονός ότι οι αρχικές και οι πλευρικές οριακές συνθήκες που χρειάζονται για να πραγματοποιήσουν μια προσομοίωση, προέρχονται από τα μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας. Αυτό σημαίνει ότι αν τα τελευταία παρουσιάζουν ανακρίβειες και σφάλματα, θα τα μεταφέρουν και στα περιοχικά κλιματικά μοντέλα. Επίσης, μειονέκτημα αποτελεί και το γεγονός ότι δεν υπάρχει δυνατότητα αλληλεπίδρασης με τα μοντέλα 18

παγκόσμιας κλίμακας. Τέλος, οι προσομοιώσεις με τα περιοχικά κλιματικά μοντέλα μπορούν να είναι αρκετά απαιτητικές σε υπολογιστικούς πόρους, αν η χρονική διάρκεια μιας προσομοίωσης είναι μεγάλη και η χωρική ανάλυση υψηλή. 1.3.3 Σφάλματα Αβεβαιότητες στα κλιματικά μοντέλα Τα κλιματικά μοντέλα αποτελούν αδιαμφισβήτητα το βασικότερο εργαλείο για την εκτίμηση του παρόντος αλλά και του μελλοντικού κλίματος. Ωστόσο, εμφανίζουν σημαντικά προβλήματα στις προσομοιώσεις που πραγματοποιούνται σε μεγάλες κλίμακες (για παράδειγμα παρατηρείται αδυναμία στις προσομοιώσεις τροπικών βροχοπτώσεων, του φαινομένου El Niño). Η κύρια πηγή αυτών των σφαλμάτων (errors) ή αβεβαιοτήτων (uncertainties) αλλιώς, πηγάζει από το γεγονός ότι πολλές σημαντικές διαδικασίες μικρής κλίμακας δεν μπορούν να αναπαρασταθούν λεπτομερώς στα κλιματικά μοντέλα και για αυτό τον λόγο δεν μπορούν να συμπεριληφθούν στις προσομοιώσεις των μοντέλων παρά μόνο προσεγγιστικά. Τα σφάλματα αυτά σχετίζονται εν μέρει με περιορισμούς σχετικούς με την υπολογιστική ισχύ, ενώ σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η επιστημονική γνώση και αξιολόγηση. Αβεβαιότητες στα μοντέλα προκύπτουν από την ελλιπή κατανόηση των φαινομένων που προσομοιώνονται, όπως στην περίπτωση προσομοίωσης των νεφών, αλλά και από την φυσική μεταβλητότητα του κλίματος. Επιπλέον, οι παραμετροποιήσεις διαφόρων φυσικών διεργασιών είναι η αιτία ύπαρξης αβεβαιότητας. Τέλος, αβεβαιότητες προκύπτουν και από τα δεδομένα που εισάγονται ως δεδομένα εισόδου στα μοντέλα. Έτσι, παρουσιάζονται αβεβαιότητες στις μελλοντικές συγκεντρώσεις των αερίων του 19

θερμοκηπίου λόγω του ότι είναι εντελώς άγνωστο πως θα κυμανθούν οι εκπομπές που εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες. Διαφορετικά κλιματικά μοντέλα δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα για διάφορους κλιματικούς παράγοντες. Αυτή η αβεβαιότητα η οποία είναι γνωστή ως model configuration, αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες πηγές αβεβαιότητας στις κλιματικές προβλέψεις. Συστηματικά σφάλματα και αβεβαιότητες εντοπίζονται όχι μόνο στα μοντέλα παγκόσμιας κλίμακας αλλά και στα περοχικά κλιματικά μοντέλα, καθώς δεδομένα από τα πρώτα που πιθανόν συσχετίζονται με αβεβαιότητες, τροφοδοτούν τα περιοχικά μοντέλα. Παρά τις αβεβαιότητες που παρουσιάζουν τα κλιματικά μοντέλα και οι οποίες πρέπει πάντα να συνυπολογίζονται, έχουν αποδειχθεί σημαντικό εργαλείο για την προσομοίωση και την κατανόηση του παρόντος αλλά και του μελλοντικού κλίματος. Τα κλιματικά μοντέλα, ειδικά για μεγαλύτερες κλίμακες, μπορούν να μας δώσουν αξιόπιστες ποσοτικές εκτιμήσεις της κλιματικής αλλαγής. Έχουν εκτιμήσει την αύξηση της θερμοκρασίας εξ αιτίας της αύξησης των θερμοκηπικών αερίων, κάτι το οποίο επιβεβαιώνεται από τις μέχρι τώρα παρατηρήσεις. Η συμβολή λοιπόν των κλιματικών μοντέλων στην εκτίμηση και την αξιολόγηση της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής, είναι αδιαμφισβήτητη. 1.3.4 Αξιολόγηση κλιματικών μοντέλων Ο πιο συνηθισμένος τρόπος για την αξιολόγηση ενός κλιματικού μοντέλου είναι η σύγκριση των ποσοτήτων που έχουν προσομοιωθεί (παγκόσμια κατανομή θερμοκρασίας, βροχοπτώσεις, ακτινοβολία, κλπ) με τις αντίστοιχες ποσότητες οι οποίες έχουν υπολογιστεί από πραγματικά δεδομένα, οι τιμές δηλαδή των ποσοτήτων που έχουν 20

παρατηρηθεί. Ως γνωστόν, τα κλιματικά μοντέλα κάνουν προβλέψεις πιθανών μελλοντικών αλλαγών σε χρονικές κλίμακες πολλών δεκαετιών και για τις όποιες δεν υπάρχει ακριβή αναλογία με το παρελθόν. Η αξιοπιστία ενός κλιματικού μοντέλου θα μπορούσε να ελεγχθεί με την πραγματοποίηση προσομοιώσεων ιστορικών δεδομένων. Ωστόσο, η αξιολόγηση των κλιματικών μοντέλων βασιζόμενη στις παρατηρήσεις του παρελθοντικού κλίματος παρουσιάζει κάποιους περιορισμούς. Συγκεκριμένα περιορίζεται σε εκείνες τις μεταβλητές και τα φαινόμενα για τα οποία υπάρχουν παρατηρήσεις. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι αξιολόγησης κλιματικών μοντέλων. Όπως ήδη έχει αναφερθεί στα κλιματικά μοντέλα υπεισέρχονται κάποιες αβεβαιότητες. Οι μέθοδοι σμήνους προσομοιώσεων (ensemble) χρησιμοποιούνται για να ερευνήσουν αυτές τις αβεβαιότητες οι οποίες προέρχονται από την εσωτερική πολυπλοκότητα, τις οριακές συνθήκες καθώς και από τις παραμετροποιήσεις που επιλέγονται. Αν και η μέθοδος αυτή είναι καλύτερη στον χαρακτηρισμό των αβεβαιοτήτων, οι μέθοδοι και οι ιδέες εφαρμόζονται στην αξιολόγηση των μοντέλων γενικότερα. 21

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Περιγραφή του μοντέλου WRF 2.1 Μετεωρολογικό μοντέλο πρόγνωσης WRF Το μοντέλο WRF (Weather Research and Forecasting) είναι ένα αριθμητικό μοντέλο πρόγνωσης καιρού, το οποίο αναπτύχθηκε στα πλαίσια συνεργασίας πολλών ερευνητικών ιδρυμάτων (National Centre for Atmospheric Research (NCAR), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Forecast Systems Laboratory (FSL), Air Force Weather Agency (AFWA), Naval Research Laboratory, University of Oklahoma, Federal Aviation Administration (FAA)). Πρόκειται για ένα μη-υδροστατικό μοντέλο, με δυνατότητα ωστόσο λειτουργίας και ως υδροστατικό. Σχήμα 5 : Μέρη από τα οποία αποτελείται το WRF 22

Τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελείται το σύστημα WRF παρουσιάζονται στο σχήμα 5. Το σύστημα περιλαμβάνει προγράμματα για την προσαρμογή των δεδομένων εισόδου (WRF preprocessing system - WPS). Το WRF είναι διαθέσιμο σε διαφορετικές εκδόσεις: ως Advanced Research WRF (ARW) και ως μη υδροστατικό μοντέλο μέσης κλίμακας Nonhydrostatic Mesoscale Model (NMM) WRF, ανάλογα με την εφαρμογή. Για τις ανάγκες του προγράμματος, εφαρμόστηκε το μοντέλο WRF-ARW, το οποίο για συντομία θα αναφέρεται απλά ως WRF. 2.2 Εξισώσεις του μετεωρολογικού μοντέλου WRF Οι εξισώσεις του ARW σχηματίζονται με την χρήση μιας κατακόρυφης συντεταγμένης της υδροστατικής πίεσης που ακολουθεί την τοπογραφία και συμβολίζεται ως η και ορίζεται ως εξής: η = p h p ht μ όπου μ = p hs p ht, p h η συνιστώσα της υδροστατικής πίεσης και p hs, p ht οι τιμές της πίεσης στην επιφάνεια και στην κορυφή των ορίων αντίστοιχα. Οι τιμές αυτής της παραμέτρου κυμαίνονται από 1 στην επιφάνεια μέχρι και 0 στο ανώτερο όριο του μοντέλου, όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 6. 23

Σχήμα 6 : Κατακόρυφη συντεταγμένη η του ARW-WRF 2.3 Δεδομένα εισόδου του μετεωρολογικού μοντέλου WRF Τα δεδομένα εισόδου του WRF ως περιοχικού μετεωρολογικού μοντέλου είναι οι αρχικές και οι οριακές συνθήκες και μπορεί να προέρχονται από δεδομένα επανάλυσης (reanalysis) ή από μετεωρολογικά μοντέλα πρόγνωσης παγκόσμιας κλίμακας. Οι αρχικές και οριακές συνθήκες εισάγονται στο μοντέλο ως τρισδιάστατα πεδία. Τα δεδομένα εισόδου προέρχονται από μια προ-επεξεργασία, η οποία περιλαμβάνει τρία βασικά στάδια: α) δημιουργία βασικού πλέγματος εφαρμογής και εμφωλευμένων στο βασικών πλεγμάτων υψηλότερης ανάλυσης (εφαρμογή geogrid) β) μετατροπή μετεωρολογικών αρχείων εισόδου από μοντέλο παγκόσμιας κλίμακας σε αρχεία μορφής GRIB που αναγνωρίζονται από το WRF και περιέχουν την απαραίτητη πληροφορία (εφαρμογή ungib) γ) παρεμβολή των αρχείων GRIB στο πλέγμα εφαρμογής που ορίστηκε στο βήμα (α) (εφαρμογή metgrib) (σχήμα 7). Πιο συγκεκριμένα στο πρώτο βήμα του συστήματος προεπεξεργασίας, πρέπει να καθοριστεί το είδος του προβολικού συστήματος που θα χρησιμοποιηθεί, η περιοχή εφαρμογής στην οποία θα γίνουν οι 24

προσομοιώσεις, ο αριθμός των πλεγματικών σημείων στο οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο. Στο δεύτερο βήμα ακολουθεί η παρεμβολή των στατικών πεδίων στην περιοχή ολοκλήρωσης. Τα στατικά πεδία μπορεί να είναι δυσδιάστατα και τρισδιάστατα. Τα δυσδιάστατα πεδία εδάφους είναι η ανακλαστικότητα, το είδος της βλάστησης και ο τύπος του εδάφους, η υφή του εδάφους, η φυτοκάλυψη κ.α. Τα τρισδιάστατα πεδία που εξαρτώνται από τον χρόνο είναι η επιφανειακή πίεση και η πίεση στην μέση στάθμη της θάλασσας (Pa), η θερμοκρασία (K) και η υγρασία του εδάφους (kg/kg), το ύψος του χιονιού (m), η επιφανειακή θερμοκρασία (K), η θερμοκρασία της επιφάνεια της θάλασσας (K) κ.α. Τέλος, στο τρίτο βήμα το σύστημα προ-επεξεργασίας παρεμβάλλει οριζόντια τα μετεωρολογικά δεδομένα στα πλεγματικά σημεία της περιοχής και κατακόρυφα τα δεδομένα εισόδου στην κατακόρυφη συντεταγμένη η. Έτσι τα δεδομένα εξόδου αποτελούν μια απεικόνιση της ατμόσφαιρας στα επιλεγμένα οριζόντια και κατακόρυφα πλεγματικά σημεία σε συγκεκριμένες στιγμές. Σχήμα 7 : Διάγραμμα ροής της διαδικασίας εισαγωγής και εξαγωγής δεδομένων 25

2.4 Επιλογές του μοντέλου WRF Στο αριθμητικό μοντέλο WRF-ARW υπάρχει η δυνατότητα επιλογής και χρήσης πληθώρας παραμετροποιήσεων των φυσικών διεργασιών. Οι επιλογές του μοντέλου για την προσομοίωση των φυσικών διεργασιών μπορούν να ταξινομηθούν σε μια σειρά κατηγοριών. Οι κατηγορίες αυτές είναι: Ατμοσφαιρική ακτινοβολία (μικρού και μεγάλου μήκους κύματος) Μικροφυσική Παραμετροποίηση κατακόρυφης ανάπτυξης Επιφανειακό στρώμα Μοντέλο γης - εδάφους Πλανητικό οριακό στρώμα 2.4.1 Ατμοσφαιρική ακτινοβολία Το σχήμα ακτινοβολίας ρυθμίζει τη θέρμανση της ατμόσφαιρας μέσω της απόκλισης της ροής της ακτινοβολίας στα διάφορα ατμοσφαιρικά στρώματα και του ισοζυγίου της ακτινοβολίας στο έδαφος από τις δύο συνιστώσες: μικρού και μεγάλου μήκους κύματος. Η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία αντιστοιχεί στην υπεριώδη ή θερμική ακτινοβολία, η οποία απορροφάται και εκπέμπεται από αέρια και επιφάνειες. Η ανοδική από το έδαφος μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία καθορίζεται την ικανότητα εκπομπής της επιφάνειας, η οποία εξαρτάται από το είδος χρήσης γης καθώς και από την επιφανειακή θερμοκρασία. Η μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία περιλαμβάνει την ευρύτερη ορατή ακτινοβολία. Η πηγή μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας είναι ο ήλιος αλλά συμπεριλαμβάνονται και διαδικασίες όπως η ανάκλαση, η απορρόφηση και η σκέδαση μέσα στην 26

ατμόσφαιρα και στις διάφορες επιφάνειες. Η ανοδική ροή αυτού του είδους της ακτινοβολίας προέρχεται ουσιαστικά από την λευκαύγεια - ανακλαστικότητα του εδάφους. Στην ατμόσφαιρα η ακτινοβολία επηρεάζεται από το ποσοστό της νεφοκάλυψης, όπως επίσης και από τις συγκεντρώσεις και κατανομές αερίων (υδρατμοί, διοξείδιο του άνθρακα, όζον, αερίων ιχνοστοιχείων). Στον παρακάτω πίνακα συνοψίζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των σχημάτων παραμετροποίησης ακτινοβολίας. ΣΧΗΜΑ ΜΕΓΑΛΟΥ(LW)/ ΜΙΚΡΟΥ(SW) ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ CO 2, O 3, ΝΕΦΗ RRTM LW 16 CO 2, O 3, ΝΕΦΗ GFDL LW LW 14 CO 2, O 3, ΝΕΦΗ CAM3 LW LW 2 CO 2, O 3, ΝΕΦΗ CAM3 SW SW 19 CO 2, O 3, ΝΕΦΗ GFDL SW SW 12 CO 2, O 3, ΝΕΦΗ MM5 SW SW 1 ΝΕΦΗ Goddard SW 11 CO 2, O 3, ΝΕΦΗ Πίνακας 1: Επιλογές σχημάτων ακτινοβολίας στο μετεωρολογικό μοντέλο WRF 2.4.2 Μικροφυσική Για τη μικροφυσική περιλαμβάνονται διεργασίες σχηματισμού υδρατμών, νεφών και υετού. Στον παρακάτω πίνακα (πίνακας 2) δίνονται οι επιλογές που υπάρχουν για την μικροφυσική, παρουσιάζεται ο αριθμός των μεταβλητών υγρασίας που υπολογίζονται σε κάθε σχήμα και κατά πόσο συμπεριλαμβάνονται διεργασίες σχηματισμού πάγου και μικτής φάσης. 27

ΣΧΗΜΑ ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ KESSLER 3 PURDUE LIN 6 WSM3 3 WSM5 5 WSM6 6 ETAGCP 2 THOMPSON 7 Godard 6 Morisson 2-moment 10 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΦΑΣΗΣ ΠΑΓΟΥ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΙΚΤΗΣ ΦΑΣΗΣ Πίνακας 2 : Επιλογές σχημάτων μικροφυσικής στο μετεωρολογικό μοντέλο WRF 2.4.3 Παραμετροποίηση κατακόρυφης ανάπτυξης Τα σχήματα παραμετροποίησης κατακόρυφης ανάπτυξης (cumulus) σχετίζονται με την επίδραση των νεφών μικρής κλίμακας που δημιουργούνται από ανοδικές κινήσεις του αέρα. Συγκεκριμένα αναπαριστούν κατακόρυφες κινήσεις εξαιτίας ανοδικών και καθοδικών ρευμάτων αλλά και διεργασίες συμπύκνωσης έξω από τα νέφη. Λειτουργούν σε ανεξάρτητες στήλες σύμφωνα με το σχήμα που έχει επιλεγεί από τον χρήστη του μοντέλου, παρέχοντας κατακόρυφες κατανομές θέρμανσης και υγρασίας. Τα συγκεκριμένα σχήματα είναι έγκυρα για μεγαλύτερη χωρική ανάλυση πλέγματος (μεγαλύτερα από 10 km) έτσι ώστε να μπορούν να παράγουν ικανοποιητικά την λανθάνουσα θερμότητα σε ρεαλιστική χρονική κλίμακα στις στήλες συναγωγής. Ωστόσο έχει αποδειχτεί ότι μερικά από τα σχήματα είναι χρήσιμα στην συναγωγή στροβίλων σε 28

εφαρμογές με οριζόντιες κλίμακες πλέγματος 5 10 km. Δεν πρέπει όμως αυτά τα σχήματα να χρησιμοποιούνται όταν το μοντέλο μπορεί να αναπαραστήσει τους στροβίλους συναγωγής από μόνο του. Στον επόμενο πίνακα δίνονται οι επιλογές για την παραμετροποίηση σχημάτων κατακόρυφης ανάπτυξης. ΣΧΗΜΑ ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΦΑΣΗΣ ΠΑΓΟΥ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΙΚΤΗΣ ΦΑΣΗΣ KESSLER 3 PURDUE LIN 6 WSM3 3 WSM5 5 Πίνακας 3: Επιλογές παραμετροποίησης κατακόρυφης ανάπτυξης στο μετεωρολογικό μοντέλο WRF 2.4.4 Επιφανειακό στρώμα Τα σχήματα του επιφανειακού στρώματος (surface layer) εκτιμούν τις ταχύτητες τριβής και τους συντελεστές μεταφοράς έτσι ώστε να είναι δυνατός ο υπολογισμός των ροών θερμότητας και υγρασίας αλλά και άλλων διεργασιών του οριακού στρώματος. Οι επιλογές για αυτή την κατηγορία παραμετροποίησης των φυσικών διεργασιών είναι τρεις και είναι οι ακόλουθες: Θεωρία ομοιότητας MM5 Θεωρία ομοιότητας Eta Θεωρία ομοιότητας Pleim-Xiu 29

2.4.5 Μοντέλο εδάφους Για την εκτίμηση των ροών θερμότητας και υγρασίας, πάνω από σημεία ξηράς και θάλασσας, χρησιμοποιούνται τα μοντέλα εδάφους (land surface models). Συγκεκριμένα τα μοντέλα αυτά χρησιμοποιούν την πληροφορία από το επιφανειακό στρώμα, την ακτινοβολία και τον υετό και συνδυάζοντάς τα με τις ιδιότητες του εδάφους, καθορίζουν τις κάτω οριακές συνθήκες της κατακόρυφης μεταφοράς του πλανητικού οριακού στρώματος. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά των επιλογών του μοντέλου, η περιγραφή του οποίου έγινε πιο πάνω. ΣΧΗΜΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΒΛΑΣΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ ΕΔΑΦΟΥΣ 5 Θερμοκρασία(5) ΣΤΡΩΜΑΤΑ NOAH Θερμοκρασία Νερό και πάγος, Νερό(4) RUC Θερμοκρασία, Πάγος, Νερό και Πάγος Pleiun-Xiu Θερμοκρασία, Υγρασία(2) ΣΧΗΜΑ ΧΙΟΝΙΟΥ Κανένα Ένα στρώμα κλασματικό Πολλαπλά επίπεδα Πίνακας 4: Επιλογές μοντέλων εδάφους στο μετεωρολογικό μοντέλο WRF 2.4.6 Πλανητικό οριακό στρώμα (ΠΟΣ) Το πλανητικό οριακό στρώμα (planetary boundary layer) σχετίζεται με τις κατακόρυφες ροές που οφείλονται στην τυρβώδη μεταφορά όχι μόνο στο οριακό στρώμα αλλά σε ολόκληρη την ατμοσφαιρική στήλη. Οι ροές επιφανείας προκύπτουν από το μοντέλο εδάφους και το επιφανειακό στρώμα και στη συνέχεια το μοντέλο οριακού στρώματος παρέχει τις ατμοσφαιρικές τάσεις θερμοκρασίας, 30

υγρασίας και ορμής σε ολόκληρη την ατμοσφαιρική στήλη καθορίζοντας τα προφίλ των ροών στο οριακό στρώμα. ΣΧΗΜΑ MRF YSU ΑΝΑΜΙΞΗ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΣΕ ΑΣΤΑΘΕΙΑ Κ προφίλ+διόρθωση Κ προφίλ+διόρθωση ΑΝΟΔΙΚΟ ΡΕΥΜΑ (entrainement) Μέρος μίξης ΠΟΣ Διακριτός όρος ΚΟΡΥΦΗ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ Από κρίσιμο αριθμό Richardson Από προφίλ άνωσης MYJ Κ από ΤΚΕ 1 Μέρος μίξης ΠΟΣ Από ΤΚΕ ACM2 Ασύμμετρη Μέρος μίξης ΠΟΣ ανάμιξη Από κρίσιμο αριθμό Richardson Πίνακας 5: Επιλογές οριακού στρώματος στο μετεωρολογικό μοντέλο WRF 1 ΤΚΕ = Τυρβώδης Κινητική Ενέργεια 31

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Δεδομένα και μεθοδολογία 3.1 Δεδομένα 3.1.1 Πραγματικά δεδομένα Η μετεωρολογική παράμετρος που μελετάται στην παρούσα εργασία είναι η θερμοκρασία (εποχική, μηνιαία, ετήσια). Η περιοχή μελέτης είναι η Ευρώπη. Τα δεδομένα της θερμοκρασίας προέρχονται από την βάση δεδομένων EOBS, έκδοση 9 2 (Haylock et al., 2008) Η επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιήθηκε για το χρονικό διάστημα από το 1990 ως και το 2008 για τα δεδομένα πλέγματος 0.44 ο (μεταβλητή TG). 3.1.2 Δεδομένα του μοντέλου Οι προσομοιωμένες τιμές της θερμοκρασίας που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία προέρχονται από το μετεωρολογικό μοντέλο περιοχικής κλίμακας WRF 3.3.1 το οποίο περιγράφηκε αναλυτικά στο προηγούμενο κεφάλαιο. Τα δεδομένα που αφορούν την περιοχή της Ευρώπης καλύπτουν την χρονική περίοδο 1990 ως 2008. Η μελέτη της θερμοκρασίας γίνεται σε βαθμούς Κελσίου ( ). Το πλέγμα του μοντέλου καλύπτει όλη την Ευρώπη με ανάλυση πενήντα χιλιόμετρα ενώ κατά την κατακόρυφη διεύθυνση χρησιμοποιεί τριάντα κατακόρυφα επίπεδα (από το έδαφος ως και τα 21km). Οι παράμετροι του μοντέλου που επιλέχθηκαν για την προσομοίωση των φυσικών 2 http://eca.knmi.nl/download/ensembles/downloadversion9.0.php#datafiles 32

διεργασιών παρουσιάζονται παρακάτω (πίνακας 6). Ως μοντέλο του εδάφους χρησιμοποιήθηκε το Noah Land Surface Model (NOAH) (Chen et al., 1996), το Yonsei University scheme (YSU) ήταν το επιλεγμένο πλανητικό οριακό στρώμα (Hong et al., 2006) και το MM5 αντίστοιχα το σχήμα για την παραμετροποίηση επιφανειακού στρώματος. Τα σχήματα επίσης που χρησιμοποιήθηκαν για την παραμετροποίηση της ακτινοβολίας (Radiation), της κατακόρυφης ανάπτυξης(cumulus) και της μικροφυσικής (Microphysics) ήταν τα CAM3, KF και WSM6, αντίστοιχα. Land Planetary Layer Radiation Cumulus Microphysics surface model Boundary Layer Surface NOAH YSU MM5 CAM3 KF WSM6 Πίνακας 6: Παράμετροι του μοντέλου Οι χάρτες οι οποίοι παρατίθενται στο επόμενο κεφάλαιο προέρχονται από επεξεργασία δεδομένων με την βοήθεια της γλώσσας προγραμματισμού IDL (Interface Description Language). 33

3.2 Στατιστικές παράμετροι αξιολόγησης Για κάθε μια από τις προσομοιώσεις υπολογίστηκε η παρακάτω στατιστική παράμετρος. Mean bias N MB = 1 N (M i O i ) = M O i=1 Όπου M i και O i αναφέρονται στην εκτίμηση της τιμής της παραμέτρου με βάση το μοντέλο και στην πραγματική τιμή της παραμέτρου με βάση τις παρατηρήσεις αντίστοιχα. Η στατιστική αυτή παράμετρος είναι πολύ σημαντική για την αξιολόγηση ενός μοντέλου αφού μας δίνει πληροφορίες για το αν ένα μοντέλο είναι σε συμφωνία με τις παρατηρήσεις, αν υπερεκτιμά ή αντίθετα υποεκτιμά την υπό μελέτη παράμετρο. Επίσης υπολογίζεται και η μέγιστη και η ελάχιστη τιμή της απόκλισης. 34

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Μελέτη της θερμοκρασίας -Αξιολόγηση κλιματικών προσομοιώσεων 4.1 Εποχική μελέτη της μέσης θερμοκρασίας Στο υποκεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι εκτιμήσεις των παρομοιώσεων για την θερμοκρασία του αέρα σε εποχική βάση. Γίνεται επίσης στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων και παρατηρούνται οι διαφορές μεταξύ των παρατηρήσεων και των προσομοιώσεων. Πριν ξεκινήσει η μελέτη της θερμοκρασίας για κάθε μια από τις εποχές παρατίθεται ο παρακάτω πίνακας όπου δίνονται οι τιμές των στατιστικών παραμέτρων για όλες τις εποχές. Mean Bias Minimum Maximum (MB) Bias Bias ( ) ( ) ( ) Χειμώνας -5.20-11.95 3.26 Άνοιξη -3.34-8.77 2.44 Καλοκαίρι -0.72-7.43 5.85 Φθινόπωρο -3.05-10.40 2.72 Πίνακας 7: Οι τιμές των στατιστικών παραμέτρων αξιολόγησης για κάθε μια από τις τέσσερις εποχές. 35

ΧΕΙΜΩΝΑΣ Στον χάρτη 1 παρουσιάζονται οι τιμές της μέσης θερμοκρασίας του αέρα την περίοδο του χειμώνα, όπως προέκυψαν από τα πραγματικά δεδομένα θερμοκρασίας. Η μέση θερμοκρασία λαμβάνει τις χαμηλότερες τιμές κυρίως στην περιοχή της βόρειας και της βορειοανατολικής Ευρώπης και τις υψηλότερες στην περιοχή της νότιας και δυτικής Ευρώπης, ενώ γενικά η θερμοκρασία μειώνεται με κατεύθυνση προς τον βορρά πέφτοντας κάτω από τους 0. Χάρτης 1: Τιμές της μέσης θερμοκρασίας για τον χειμώνα με βάση τις παρατηρήσεις για την περίοδο 1990-2008. Από την μελέτη της θερμοκρασίας που πραγματοποιήθηκε με βάση το μοντέλο WRF και παρουσιάζεται στον χάρτη 2 προκύπτει σε συμφωνία μάλιστα και με τις παρατηρήσεις ότι η θερμοκρασία μειώνεται από τον νότο προς τον βορρά. Η διαφορά εντοπίζεται στο γεγονός ότι το μοντέλο προέβλεπε για την χρονική περίοδο από το 1990 ως και το 2008 πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες τόσο στην περιοχή της βόρειας 36

Ευρώπης όσο και της ανατολικής σε σχέση με αυτές που παρατηρήθηκαν. Συγκεκριμένα, με βάση τις εκτιμήσεις του μοντέλου αναμένονταν χαμηλότερες θερμοκρασίες στην βορειοανατολική Ευρώπη, στις χώρες της Βαλτικής, δηλαδή στην Εσθονία, Λετονία και Λιθουανία αλλά και στην βόρεια Ευρώπη, στις Σκανδιναβικές χώρες, όπως την Νορβηγία, Φιλανδία, Σουηδία και ιδιαίτερα της Δανίας όπου τελικά οι παρατηρούμενες θερμοκρασίες ήταν πολύ μεγαλύτερες σε σχέση με τις προβλεπόμενες από το μοντέλο. Χαρακτηριστική είναι και η περίπτωση της Ρωσίας στην ανατολική Ευρώπη όπου η θερμοκρασία προβλεπόταν αρκετά χαμηλότερη. Όσον αφορά την νότια Ευρώπη, δεν παρατηρούνται ιδιαίτερα μεγάλες αποκλίσεις ανάμεσα στις εκτιμήσεις και τις πραγματικές τιμές της θερμοκρασίας, εκτός από την περιοχή της Ιταλίας όπου οι παρατηρήσεις έδειξαν μεγαλύτερες θερμοκρασίες. Στην κεντρική Ευρώπη οι προσομοιωμένες τιμές της θερμοκρασίας ήταν χαμηλότερες σε σχέση με τις παρατηρούμενες αλλά όχι σε σημαντικό βαθμό όπως στις υπόλοιπες περιοχές. Οι τιμές της απόκλισης (bias) που αναλύονται στην συνέχεια αναμένεται να επιβεβαιώσουν τις παραπάνω παρατηρήσεις. 37

Χάρτης 2: Τιμές της μέσης θερμοκρασίας για τον χειμώνα με βάση το μοντέλο WRF για την περίοδο 1990-2008. Σύμφωνα με τον χάρτη 3 στον οποίο παρουσιάζονται οι διαφορές της θερμοκρασίας μεταξύ των παρατηρήσεων και των προσομοιωμένων τιμών της, προκύπτει κατά κανόνα πως το μοντέλο υποεκτιμά την θερμοκρασία στις περισσότερες περιοχές της Ευρώπης καθώς η τιμή της απόκλισης είναι κατά κύριο λόγο αρνητική. Οι μεγαλύτερες αρνητικές διαφορές μεταξύ του μοντέλου και των παρατηρήσεων σημειώνονται στην βορειοανατολική Ευρώπη, περιοχές στις οποίες όπως αναφέρθηκε παραπάνω το μοντέλο προέβλεπε χαμηλότερες τιμές σε σχέση τελικά με αυτές που παρατηρήθηκαν. Η μεγαλύτερη μάλιστα αρνητική διαφορά μεταξύ του μοντέλου και της παρατήρησης, η οποία υπολογίζεται από την στατιστική παράμετρο minimum bias είναι ίση με -11.95 (πίνακας 7) και σύμφωνα με τα παραπάνω προφανώς εντοπίζεται στην περιοχή της βορειοανατολικής Ευρώπης. Αντίθετα η διαφορά μεταξύ μοντέλου και παρατήρησης προσεγγίζει σχεδόν την μηδενική τιμή στην περιοχή της κεντρικής, δυτικής και νότιας Ευρώπης. Η μεγαλύτερη θετική διαφορά μεταξύ του μοντέλου και της παρατήρησης, η οποία υπολογίζεται από 38

την στατιστική παράμετρο maximum bias είναι ίση με 3.26 (πίνακας 7). Η διαφορά αυτή είναι μικρή αλλά ικανή για να θεωρηθεί ότι το μοντέλο υπερεκτιμά τη θερμοκρασία σε κάποιες περιοχές της Ευρώπης. Πέρα από τις διαφορές της θερμοκρασίας και των παρατηρήσεων οι οποίες μελετήθηκαν με την βοήθεια του χάρτη 3 και μας πληροφορούν ότι γενικά το μοντέλο υποεκτιμά την θερμοκρασία στην περιοχή της Ευρώπης, η τιμή του mean bias όπως υπολογίστηκε για το χειμώνα για όλη την περιοχή της Ευρώπης είναι -5.2 και επιβεβαιώνει ότι γενικά το μοντέλο υποεκτιμά κατά πολύ την θερμοκρασία. Χάρτης 3: Διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ του μοντέλου και των παρατηρήσεων τον χειμώνα για την περίοδο 1990-2008. ΆΝΟΙΞΗ Στον χάρτη 4 παρουσιάζονται οι τιμές της μέσης θερμοκρασίας του αέρα την περίοδο της άνοιξης σύμφωνα με τα πραγματικά δεδομένα θερμοκρασίας. Ομοίως με τον χειμώνα οι υψηλότερες τιμές της θερμοκρασίας παρατηρούνται στην περιοχή της νότιας και δυτικής Ευρώπης. Αντίθετα, οι χαμηλότερες τιμές της θερμοκρασίας 39

εντοπίζονται στην περιοχή της βόρειας και της βορειοανατολικής Ευρώπης. Χάρτης 4: Τιμές της μέσης θερμοκρασίας για την άνοιξη με βάση τις παρατηρήσεις για την περίοδο 1990-2008. Από τον χάρτη 5 ο οποίος παρουσιάζει τις εκτιμήσεις της θερμοκρασίας με βάση το μοντέλο μπορεί να εξεταστεί κατά πόσο συμφωνούν η μετρούμενη επιφανειακή θερμοκρασία με την εκτιμώμενη. Η θερμοκρασία που προέκυψε από την καταγραφή των πραγματικών δεδομένων παρουσιάζει την ίδια γενική συμπεριφορά με τις εκτιμήσεις του μοντέλου, δηλαδή παρουσιάζει μια αύξηση από την βόρεια Ευρώπη προς την νότια. Οι τιμές της θερμοκρασίας, τις οποίες προέβλεπε το μοντέλο για την περίοδο της μελέτης αυτής είναι σε πολύ καλή συμφωνία με τις τιμές της θερμοκρασίας οι οποίες παρατηρήθηκαν τελικά όσον αφορά την περιοχή της νοτιοανατολικής, νοτιοδυτικής και κεντρικής Ευρώπης. Σε αυτές τις περιοχές αναμένεται μάλιστα να παρατηρηθεί μια σχεδόν μηδενική τιμή της απόκλισης, το οποίο θα μελετηθεί παρακάτω. 40

Ωστόσο, δεν εντοπίζεται ανάλογη συμπεριφορά στην περιοχή της βόρειας και κυρίως της βορειοανατολικής Ευρώπης. Συγκεκριμένα το μοντέλο προέβλεπε για αυτές τις περιοχές της Ευρώπης αρκετά χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σχέση με αυτές που παρατηρήθηκαν τελικά. Στην προσομοίωση της θερμοκρασίας (χάρτης 5) φαίνεται ξεκάθαρα τόσο στις Σκανδιναβικές χώρες όσο και στη Ρωσία (ανατολική Ευρώπη) αναμένονταν τιμές της θερμοκρασίας πολύ πιο κάτω από τους 0. Παρ όλα αυτά οι τιμές της θερμοκρασίας οι οποίες παρατηρήθηκαν και παρουσιάστηκαν στον πίνακα 7 ήταν ναι μεν χαμηλές σε αυτές τις περιοχές αλλά δεν έπεφταν πολύ κάτω από τους 0. Χάρτης 5: Τιμές της μέσης θερμοκρασίας για την άνοιξη με βάση το μοντέλο WRF για την περίοδο 1990-2008. Στον επόμενο χάρτη (χάρτης 6) παρουσιάζονται οι διαφορές της θερμοκρασίας μεταξύ των παρατηρήσεων και των προσομοιωμένων τιμών της. Όπως ακριβώς και στην περίπτωση του χειμώνα έτσι και την περίοδο της άνοιξης προκύπτει πως το μοντέλο υποεκτιμά την θερμοκρασία. Αυτή η υποεκτίμηση δεν εντοπίζεται όμως σε όλη την περιοχή της Ευρώπης αλλά κατά κύριο λόγο στην περιοχή της 41

βορειοανατολικής Ευρώπης, περιοχή όπου το μοντέλο προέβλεπε πολύ διαφορετικές τιμές της θερμοκρασίας σε σύγκριση με αυτές που παρατηρήθηκαν. Η παραπάνω κατάσταση φαίνεται ξεκάθαρα στον χάρτη 6 όπου στην βορειοανατολική Ευρώπη η τιμή της απόκλισης φαίνεται να είναι αρνητική. Συγκεκριμένα, η μεγαλύτερη αρνητική διαφορά μεταξύ του μοντέλου και της παρατήρησης, η οποία υπολογίζεται από την στατιστική παράμετρο minimum bias είναι ίση με -8.77 (πίνακας 7) και προφανώς εντοπίζεται όπως και τον χειμώνα στην περιοχή της βορειοανατολικής Ευρώπης. Η μεγαλύτερη θετική διαφορά, όπως υπολογίζεται από την στατιστική παράμετρο maximum bias είναι ίση με 2.44 (πίνακας 7), μικρότερη και πάλι σε σχέση με αυτή που παρατηρήθηκε τον χειμώνα αλλά και πάλι μπορεί να θεωρηθεί ότι το μοντέλο υπερεκτιμά τη θερμοκρασία και αυτό συμβαίνει κυρίως στην νότια Ευρώπη. Από την τιμή του mean bias για την άνοιξη η οποία προέκυψε μετά από υπολογισμούς ίση με -3.34 συμπεραίνεται και σε αυτή την περίπτωση ότι το μοντέλο γενικά υποεκτιμά την θερμοκρασία αλλά όχι τόσο όσο την περίοδο του χειμώνα. 42

Χάρτης 6: Διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ του μοντέλου και των παρατηρήσεων την άνοιξη για την περίοδο 1990-2008. ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ Από την μελέτη της μέσης θερμοκρασίας του αέρα την περίοδο του καλοκαιριού με βάση τα πραγματικά δεδομένα θερμοκρασίας, η οποία παρουσιάζεται στον χάρτη 7 παρατηρείται ότι η μέση θερμοκρασία λαμβάνει αρκετά υψηλές τιμές σε όλη την Ευρώπη και ιδιαίτερα στην περιοχή της νότιας και κεντρικής Ευρώπης. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες σημειώνονται όπως φαίνεται από τον χάρτη γύρω από την Ιβηρική χερσόνησο αλλά και γύρω από την Ιταλική και Βαλκανική χερσόνησο. 43

Χάρτης 7: Τιμές της μέσης θερμοκρασίας για το καλοκαίρι με βάση τις παρατηρήσεις για την περίοδο 1990-2008. Οι εκτιμήσεις της θερμοκρασίας με βάση το μοντέλο είναι σε αρκετά καλά συμφωνία με τις παρατηρούμενες τιμές της θερμοκρασίας στις περισσότερες περιοχές της Ευρώπης, όπως φαίνεται στον χάρτη 8. Η διαφορά τους εντοπίζεται τόσο στην περιοχή της βορειοδυτικής όσο και της βορειοανατολικής Ευρώπης. Πιο αναλυτικά, το μοντέλο προέβλεπε χαμηλότερες θερμοκρασίες κυρίως στην Αγγλία, την Ιρλανδία (βορειοδυτική Ευρώπη) και σε όλες τις Σκανδιναβικές χώρες. Οι τιμές της θερμοκρασίας επίσης αναμένονταν χαμηλότερες στην Ρωσία. 44

Χάρτης 8: Τιμές της μέσης θερμοκρασίας για το καλοκαίρι με βάση το μοντέλο WRF για την περίοδο 1990-2008. Ακολουθεί η διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ του μοντέλου και των παρατηρήσεων για το καλοκαίρι. Από την μελέτη αυτή με την βοήθεια του χάρτη 9 διαπιστώνεται ότι το μοντέλο δεν υποεκτιμά την θερμοκρασία στην Ευρώπη αλλά αντίθετα στις περισσότερες περιοχές της η τιμή της απόκλισης φαίνεται να έχει θετική τιμή. Στην περιοχή της κεντρικής Ευρώπης, ιδίως στις χώρες όπως την Αυστρία, Ουγγαρία, Τσεχία και Σλοβακία αλλά και στην νοτιοανατολική Ευρώπη, η τιμή των διαφορών της θερμοκρασίας μεταξύ του μοντέλου και των παρατηρήσεων αποκτά θετική τιμή, το οποίο σημαίνει ότι σε αυτές τις περιοχές της Ευρώπης το μοντέλο υπερεκτιμά την θερμοκρασία. Πράγματι, η μεγαλύτερη θετική διαφορά αυτή την φορά μεταξύ του μοντέλου και της παρατήρησης, όπως υπολογίστηκε από την στατιστική παράμετρο maximum bias είναι ίση με 5.85 (πίνακας 7). Η διαφορά αυτή είναι αρκετά μεγάλη με αποτέλεσμα το μοντέλο να υπερεκτιμά την θερμοκρασία στις προαναφερθείσες περιοχές. Αντίθετα η τιμή του minimum bias είναι ίση με -7.43. Η υποεκτίμηση της θερμοκρασίας 45

από το μοντέλο που δηλώνει η παραπάνω τιμή αναφέρεται πιθανότατα όπως φαίνεται από τον χάρτη ακριβώς κάτω, στην περιοχή της Δανίας και σε ένα κομμάτι της Ρωσίας. Όσον αφορά την τιμή του mean bias η οποία μετά από υπολογισμούς προέκυψε ίση με -0.72, συμπεραίνεται ότι η γενική συμπεριφορά του μοντέλου ναι μεν υποεκτιμά την θερμοκρασία αλλά όχι σε σημαντικό βαθμό, καθώς η τιμή της παραπάνω στατιστικής παραμέτρου είναι μια τιμή πολύ κοντά στην μηδενική. Στην περίπτωση λοιπόν του καλοκαιριού, θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι η προσομοίωση της θερμοκρασίας είναι σε αρκετά καλή συμφωνία με τις παρατηρούμενες τιμές. Χάρτης 9: Διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ του μοντέλου και των παρατηρήσεων το καλοκαίρι για την περίοδο 1990-2008. ΦΘΙΝΟΠΩΡΟ Για την περίοδο του φθινοπώρου οι τιμές της μέσης θερμοκρασίας με βάση τις παρατηρήσεις (χάρτης 10) παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά με την περίοδο της άνοιξης. Στην περιοχή της 46