9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι ΔιερεΥνηση της διαχρονικης μεταβλητοτητας της επιφανειακης θαλασσιας θερμοκρασιας του ΑιγαΙου ΠελΑγους, σε σχεση με τη θερμοκρασια αερα Νάστος Θ. Π., Πούλος Σ.Ε. Τομέας Γεωγραφίας & Κλιματολογίας, Τμήμα Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, nastos@geol.uoa.gr, oulos@geol.uoa.gr Περίληψη Στην εργασία αυτή εξετάζεται η διαχρονική μεταβλητότητα και η χωρική κατανομή της επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας (ΕΘΘ) του Αιγαίου πελάγους, σε συνδυασμό με τη θερμοκρασία του αέρα (ΘΑ). Τα δεδομένα της ΕΘΘ αφορούν μηνιαίες τιμές από 20 σταθμούς της Ελληνικής Υδρογραφικής Υπηρεσίας (Π.Ν.) για την περίοδο 1966-1998, ενώ οι μηνιαίες τιμές της ΘΑ αντίστοιχες για την αντίστοιχη περίοδο από 10 μετεωρολογικούς σταθμούς παραχωρήθηκαν από την Ε.Μ.Υ. Η χωρική κατανομή της ΕΘΘ εμφανίζει εποχική διακύμανση με τις χαμηλότερες θερμοκρασίες να εμφανίζονται στο Βόρειο Αιγαίο και τις υψηλότερες στο Νότιο Αιγαίο, κατά το χειμώνα. Η κατανομή αλλάζει όσο προχωράμε προς το θέρος, όπου οι χαμηλότερες θερμοκρασίες εμφανίζονται στο Ανατολικό Αιγαίο και οι υψηλότερες στο Δυτικό. Η διαχρονική μεταβλητότητα της ΕΘΘ παρουσιάζει στατιστικά σημαντικές θετικές τάσεις στο Βόρειο Αιγαίο ενώ οι τάσεις αυτές αντιστρέφονται σε πτωτικές στο Νότιο Αιγαίο. Η θερμοκρασία του αέρα φαίνεται να σχετίζεται αρνητικά με τις διαχρονικές μεταβολές της ΕΘΘ. Η κλιματική αλλαγή επιδρώντας στη θερμοκρασία του αέρα αλλά και στη βροχόπτωση (υδρολογικός κύκλος) φαίνεται να επηρεάζει και τη μεταβλητότητα της ΕΘΘ. Λέξεις κλειδιά: διαχρονική αλλαγή, αλληλεπίδραση ατμόσφαιρας θάλασσας, κλιματική αλλαγή. An investigation of the inter-annual variability of the sea surface temerature of the Aegean Sea, related to air temerature. Nastos P., Poulos S.E Deartment of Geograhy & Climatology, Faculty of Geology and Geoenvironment, National & Kaodistrian University of Athens, nastos@geol.uoa.gr, oulos@geol.uoa.gr Abstract The inter-annual variability and the satial distribution of sea surface temerature (SST) of the Aegean Sea in relation to the air temerature (AT) is investigated. The SST data concerns monthly values from 20 stations of the Hellenic Navy Hydrograhic Service, for the eriod 1966-1998, while the resective AT data were acquired from 10 meteorological stations of the Hellenic National Meteorological Service. The satial distribution of the SST is characterised by a seasonal variability which, in broad terms, during winter eriod, the lowest value aear in the northern Aegean, while the highest ones in the southern Aegean. In summer, this attern changes with the lowest SST aearing in the east Aegean, while the highest in the west Aegean. Regarding the inter-annual variability, statistically significant ositive trends revail in the north Aegean while negative ones dominate in the south Aegean. The AT time series seem to be correlated negatively with SST. This could be attributed to climatic change, which not only affects the air temerature but also may have changed fresh water inuts and the temerature of the inflowing Black Sea waters. Keywords: interannual variability, air-sea interaction, climatic change. 1. Εισαγωγή Το Αιγαίο Πέλαγος, με εμβαδόν επιφανείας περί τα 1,8 10 5 km 2, στο ΒΑ άκρο της λεκάνης της Μεσογείου υπόκειται σε μεσογειακού τύπου κλιματολογικές συνθήκες με μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες αέρα από 5 o C (χειμώνα) έως 27 o C (καλοκαίρι) και ετήσιο ύψος βροχόπτωσης μεταξύ 350 και 700 mm. Επίσης δέχεται επιφανειακά περί τα 1200 km 3 νερού προερχόμενα από τη Μαύρη Θά- -405-
9 th Symosium on Oceanograhy & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι λασσα, μέσω των στενών των Δαρδανελίων (Unluata et al., 1990) και περί τα 20 km 3 γλυκού νερού από τα διάφορα ποτάμια συστήματα(πούλος & Δρακόπουλος, 1997). Χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι σημαντικές ποσότητες νερών που ανταλλάσσονται με την Ανατολική Μεσόγειο μέσω των στενών της Κρήτης, τo υδατικό του ισοζύγιο του Αιγαίου είναι αρνητικό (0,7-1,0 m/yr) εξισορροπούμενο από την εισροή των υδάτων από τη Μαύρη Θάλασσα (Poulos et al., 1997). Η επιφανειακή κυκλοφορία ελέγχεται κυρίως από το ανεμολογικό καθεστώς και δευτερευόντως από τη διαφορά πυκνοτήτων των θαλάσσίων μαζών, ενώ στη τελική της διαμόρφωση σημαντικό ρόλο παίζει και η πολύπλοκη παράκτια γεωμορφολογία. Γενικά, η κυκλοφορία μπορεί να χαρακτηριστεί ως αντικυκλωνική κυρίως στη διάρκεια του χειμώνα, ενώ κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού τα επιφανειακά νερά κινούνται γενικά προς νότιες διευθύνσεις (Zervakis et al., 2005). Εικ. 1: Δίκτυο σταθμών μέτρησης θερμοκρασίας αέρα (τρίγωνα) και επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας (κύκλοι) στο Αιγαίο Πέλαγος. Η επιφανειακή κατανομή της θερμοκρασίας του Αιγαίου και η εποχιακή της μεταβολή (μέσες μηνιαίες τιμές από 8 έως 26 o C) εξαρτάται από μια σειρά κλιματικών (θερμοκρασία αέρα, το ανεμολογικό καθεστώς, βροχόπτωση) και ωκεανογραφικών (κυκλοφορία, εισροή/εκροή θαλάσσιων μαζών, φαινόμενα ανάβλυσης/βύθισης θαλάσσιων μαζών) παραγόντων. Στη διαμόρφωση της επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας (ΕΘΘ) τον κύριο ρόλο παίζει η θερμοκρασία αέρα (ΘΑ), με τις μεταβολές των δύο αυτών μεταβλητών (ΕΘΘ και ΘΑ) να συμβαίνουν σχεδόν ταυτόχρονα (Βλαχάκης κ.ά., 1992), ενώ σε μηνιαία βάση, η διακύμανση της θερμοκρασίας επιφάνειας θάλασσας φαίνεται να λαμβάνει χώρα σχεδόν ταυτόχρονα σε όλο το Αιγαίο (Vlahakis and Polatou, 1993; Νάστος, 1995). Στην παρούσα εργασία διερευνάται η διαχρονική μεταβλητότητα και η χωρική κατανομή της επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας και η σχέση της με τη θερμοκρασία του αέρα στο Αιγαίο Πέλαγος, εξετάζοντας παράλληλα και την πιθανή επίπτωση της κλιματικής αλλαγής. -406-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι 2. Δεδομένα - Ανάλυση Για την ανάλυση της επιφανειακής θερμοκρασίας θάλασσας (ΕΘΘ) χρησιμοποιήθηκαν χρονοσειρές μηνιαίων τιμών της ΕΘΘ από 20 σταθμούς της Ελληνικής Υδρογραφικής Υπηρεσίας του Πολεμικού Ναυτικού για την περίοδο 1966-1998 (τα κενά των μηνιαίων τιμών δεν ξεπέρασαν το 5% ανά σταθμό), ενώ οι αντίστοιχες τιμές της θερμοκρασίας αέρα (ΘΑ) από 10 μετεωρολογικούς σταθμούς ελήφθησαν από την Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία. Το δίκτυο των σταθμών που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση παρουσιάζεται στην Εικόνα 1. Ο έλεγχος της σημαντικότητας των τάσεων των χρονοσειρών ΕΘΘ και ΘΑ έγινε με την εφαρμογή του κριτηρίου Mann-Kendall (Sneyers, 1975), ενώ η εποχική χωρική κατανομή της ΕΘΘ βασίστηκε στην μέθοδο παρεμβολής Κriging. 3. Αποτελέσματα - Συζήτηση Η διαχρονική μεταβλητότητα των χρονοσειρών της ΕΘΘ σε συνδυασμό με τις χρονοσειρές της ΘΑ εξετάστηκε για 10 διαθέσιμους σταθμούς στους οποίους υπήρχαν κοινές παρατηρήσεις. Επειδή η Πάρος δε διέθετε μετεωρολογικό σταθμό, χρησιμοποιήθηκε η χρονοσειρά της θερμοκρασίας αέρα από τον κοντινό σταθμός της Νάξου. Ομοίως η χρονοσειρά ΕΘΘ στο Σίγρι συσχετίζεται με τη χρονοσειρά ΘΑ της Μυτιλήνης. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των τάσεων για τις δύο εξεταζόμενες μεταβλητές, καθώς και η συσχέτιση μεταξύ των μέσων ετησίων τιμών τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Όμως εδώ πρέπει να τονιστεί ότι τα δεδομένα της ΕΘΘ έχουν ληφθεί από μετρήσεις σε παράκτιες και σχετικά προστατευμένες θέσεις (λιμένες); επομένως δεν θεωρούνται απολύτως αντιπροσωπευτικά για την ανοικτή θάλασσα αλλά ως ενδεικτικά για τις γενικές τάσεις της ΕΘΘ. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1 για την κοινή περίοδο παρατηρήσεων των δύο μεταβλητών εμφανίζονται μεικτές τάσεις. Πιο συγκεκριμένα, όσον αφορά τη ΘΑ, επικρατούν στατιστικά σημαντικές θετικές τάσεις στο Νότιο Αιγαίο και αρνητικές τάσεις στο Βόρειο Αιγαίο. Οι χρονοσειρές της ΕΘΘ δείχνουν να ακολουθούν αντίστροφή πορεία από εκείνη της ΘΑ, εμφανίζοντας στη πλειονότητά τους στατιστικά σημαντικές θετικές τάσεις στο Βόρειο Αιγαίο και αρνητικές τάσεις στο Νότιο Αιγαίο. Η διαπίστωση αυτή διαφοροποιείται από προηγούμενες μελέτες, όπως αυτές των Tsilis et al. (2004) και Kontoyiannis et al. (2007), οι οποίες όμως αναφέρονται σε συνθήκες ανοικτής θάλασσας και ειδικότερα στο επιφανειακό στρώμα πάχους αρκετών δεκάδων μέτρων. Στατιστικά σημαντική αρνητική συσχέτιση παρουσιάζουν οι χρονοσειρές της ΕΘΘ και της ΘΑ για την Σκύρο και την Θήρα. Στην Εικόνα 2 απεικονίζονται ταυτόχρονα οι χρονοσειρές της ΕΘΘ και της ΘΑ, μαζί με τις αντίστοιχες γραμμικές τάσεις για αντιπροσωπευτικούς σταθμούς. Επειδή οι χρονοσειρές της ΘΑ διατίθενται για μεγαλύτερη χρονική περίοδο (1960-2000), θεωρήθηκε χρήσιμο να παρουσιαστούν πλήρεις, ώστε να είναι σαφής η παρατηρούμενη τάση. Πίνακας 1: Τάσεις των χρονοσειρών της θερμοκρασίας αέρα και επιφανειακής θερμοκρασίας θάλασσας και η μεταξύ τους συσχέτιση (με έντονα πλάγια γράμματα δίνονται οι στατιστικά σημαντικές τιμές). Σταθμός Περίοδος Θερμοκρασία αέρα Τάση ( o C/ έτος) Θερμοκρασία επιφάνειας θάλασσας Τάση ( o C/έτος) Συντελεστής συσχέτισης (r) 1 Αλεξ/πολις 1966-1987 -0.030 0.050 +0.045 0.021 +0.154 0.495 2 Καβάλα 1966-1998 +0.022 0.039-0.062 0.000 +0.259 0.146 4 Μυτιλήνη 1966-1997 -0.006 0.418 Σίγρι +0.012 0.380-0.255 0.278 5 Σκύρος 1966-1991 -0.019 0.002 +0.055 0.007-0.635 0.000 3 Σάμος 1972-1997 +0.031 0.009 +0.015 0.398-0.169 0.408-407-
9 th Symosium on Oceanograhy & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι Σταθμός Περίοδος Θερμοκρασία αέρα Τάση ( o C/ έτος) Θερμοκρασία επιφάνειας θάλασσας Τάση ( o C/έτος) Συντελεστής συσχέτισης (r) 6 Νάξος 1972-1985 -0.011 0.180 Πάρος -0.068 0.003-0.160 0.568 7 Κως 1972-1993 -0.026 0.034 +0.022 0.414 +0.190 0.396 8 Θήρα 1972-1998 +0.068 0.000-0.048 0.000-0.614 0.000 9 Ρόδος 1972-1996 +0.041 0.003-0.076 0.001-0.350 0.086 10 Χανιά 1972-1989 +0.030 0.077 +0.009 0.442 +0.209 0.406 Εικ. 2: Χρονοσειρές της θερμοκρασίας αέρα (κύκλοι) και θερμοκρασίας επιφάνειας θάλασσας (σταυροί), μαζί με τις γραμμικές τάσεις, για τους σταθμούς της Αλεξανδρούπολης, της Σκύρου, της Σάμου, της Θήρας και της Ρόδου. Η παρατηρούμενη μεταβλητότητα της θερμοκρασίας των επιφανειακών νερών (βάθους <1m) στο Αιγαίο οφείλεται σε πιθανές αλλαγές του θερμικού ισοζυγίου, στην παρατηρούμενη μείωση των βροχοπτώσεων (Νάστος, 2008; Nastos & Zerefos 2008), όπως επίσης και σε πιθανές αλλαγές (είτε στη θερμοκρασία είτε στη ποσότητα) των εισροών θαλασσίων μαζών, που προέρχονται από την Μαύρη Θάλασσα και την Ανατολική Μεσόγειο. Ειδικότερα, η παρατηρούμενη μείωση των βροχοπτώσεων αναμένεται να επηρεάζει τις ποτάμιες απορροές στο Βόρειο Αιγαίο αλλά στη Μαύρη -408-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι Θάλασσα (CIESM, 2006), άρα έμμεσα και τις ιδιότητες (θερμοκρασία, αλατότητα) των νερών που εισέρχονται μέσω των στενών των Δαρδανελλίων. Εικ. 3: Εποχική χωρική κατανομή της επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας του Αιγαίου Πελάγους. (α) χειμώνας, (β) άνοιξη, (γ) καλοκαίρι και (δ) φθινόπωρο. Στην εποχική χωρική κατανομή της ΕΘΘ της Εικόνας 3 φαίνεται ότι επικρατούν γενικά δύο κύριες κατανομές: η χειμερινή και η θερινή. Σύμφωνα με τη χειμερινή εμφανίζεται μια ζωνική κατανομή της ΕΘΘ, η οποία παρουσιάζει αύξηση από Βορρά προς Νότο και κυμαίνεται μεταξύ των ισοθέρμων 9ο C (Βόρειο Αιγαίο) και 16ο C (Νότιο Αιγαίο). Αυτό οφείλεται κυρίως στην εισροή των ψυχρότερων νερών από τα Δαρδανέλια και στη δράση των βορείων ισχυρών, ψυχρών και σταθερών ανέμων, που επικρατούν στην περιοχή από Ιανουάριο μέχρι Μάρτιο λόγω της εμφάνισης του Σιβηρικού αντικυκλώνα (Νάστος, 1995). Επίσης, η νοτιοδυτική εισροή σχετικά θερμότερων νερών από τη λεκάνη της Λεβαντίνης συμβάλλει στην επικράτηση αυτής της ζωνικής κατανομής. Κατά το θέρος οι ισοπληθείς εμφανίζονται παράλληλες στους μεσημβρινούς, με την θερμοβαθμίδα της ΕΘΘ να αυξάνει κατά τον άξονα Ανατολής-Δύσης. Οι μικρές τιμές (21o C) κατά μήκος της Ανατολικής ακτογραμμής και μερικώς στο Κεντρικό Αιγαίο Πέλαγος μπορούν να αποδοθούν στο φαινόμενο -409-
9 th Symosium on Oceanograhy & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι της ανάδυσης των υδάτων, οφειλόμενο στην πνοή των Ετησίων ανέμων οι οποίοι λαμβάνουν χώρα από το Μάιο μέχρι τον Οκτώβριο έχοντας μέγιστη ένταση Ιούνιο-Αύγουστο (Νάστος, 1995). Όσον αφορά την άνοιξη, οι ΕΘΘ εμφανίζουν χαμηλότερες τιμές από εκείνες που επικρατούν το Φθινόπωρο, ενώ η διάταξη των ισόθερμων καμπυλών κατά μεν την άνοιξη δείχνει αύξηση προς τα ΝΑ, ενώ κατά το φθινόπωρο προς ΝΔ. 4. Συμπεράσματα Η ανάλυση της διαχρονικής μεταβλητότητας της ΕΘΘ έδειξε ότι τα επιφανειακά νερά του Βορείου Αιγαίου τείνουν να γίνουν θερμότερα, ενώ του Νοτίου Αιγαίου εμφανίζουν τάση να γίνουν ψυχρότερα για την εξεταζόμενη περίοδο (1966-1998). Πιθανή ερμηνεία είναι οι αλλαγές του θερμικού ισοζυγίου, η ελάττωση των βροχοπτώσεων (λόγω κλιματικής αλλαγής) και επομένως, η περιορισμένη εισροή γλυκού νερού στη θάλασσα είτε απευθείας είτε μέσω των ποτάμιων απορροών (Βόρειο Αιγαίο και νερά προερχόμενα από τη Μαύρη Θάλασσα). Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι η ΘΑ ακολουθεί αντίστροφή τάση από εκείνη της ΕΘΘ σε Βόρειο και Νότιο Αιγαίο. Όσον αφορά τη χωρική κατανομή της ΕΘΘ, κατά την χειμερινή περίοδο επικρατεί ζωνική κατανομή βορά-νότου, ενώ το θέρος οι ισόθερμες διατάσσονται σχεδόν παράλληλα στους μεσημβρινούς. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Βλαχάκης, Γ.Ν., Νάστος, Π.Θ. & Πολλάτου, Ρ.Σ., 1992. Συμβολή στη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας του αέρα στη θερμοκρασία της επιφάνειας θαλάσσης σε παράκτιες περιοχές της Ελλάδος. Πρακτικά 1ου Πανελληνίου Συνεδρίου Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας, Θεσσαλονίκη 1992, σελ. 155-162. CIESM, 2006. Fluxes of small and medium sized Mediterranean Rivers: Imact on coastal areas. Ciesm Worksho Monograhs No 30, Monaco, 112. Kontoyiannis, H., Tragou, E., Zervakis, V., Georgooulos, D.& Theocharis, A., 2007. Climatic variability of the subsurface sea temeratures in the Aegean-Black Sea system and relation to meteorologic forcing (reliminary results). IUGG XXIV General Assembly, July 2-13, 2007, Perugia, Italy, PS003, 5840. Νάστος, Π.Θ., 1995. Επίδραση των φυσικογεωγραφικών παραγόντων στο θερμοκρασιακό καθεστώς της Ελλάδος. Διδακτορική Διατριβή, Πανεπιστήμιο Αθηνών. Νάστος, Π.Θ., 2008. Χωροχρονική μεταβλητότητα της έντασης της βροχής στην Ελλάδα. Πρακτικά 8ου Διεθνούς Υδρογεωλογικού Συνεδρίου, Αθήνα 2008, σελ. 651-660. Nastos, P.T.& Zerefos, C., 2008. Decadal changes in extreme daily reciitation in Greece. Advances in Geosciences 16,1-8. Πούλος, Σ.Ε. & Δρακόπουλος, Π.Γ., 1997. Το θερμικό και υδρολογικό ισοζύγιο του Αιγαίου Πελάγους. Πρακτικά 5ου Πανελλήνιου Συμποσίου Ωκεανογραφίας και Αλιείας, Καβάλα, 15-18/4/ 97,. 315-318. Poulos, S., Drakooulos, P., Collins, M., 1997. Seasonal fluctuations in sea surface temerature, water budgets and circulation atterns in the Aegean Sea (eastern Mediterranean): an overview. Journal of Marine Systems, 13(1-4), 225-244. Sneyers, R. 1975. Sur l analyse statistique des series d observations, Technical Note 143, WMO, Geneva. Tsilis, Μ.Ν., Josey, S.A., Rixen, M. & Stanev, E.V., 2004. On the forcing of sea level in the Black Sea. Journal of Geohysical Research, 109, C08015, doi: 10.1029/2003JC002185.Tsilis, Μ.Ν., Josey, S.A., Rixen, M. & Stanev, E.V., 2004. On the forcing of sea level in the Black Sea. Journal of Geohysical Research, 109, C08015, doi: 10.1029/2003JC002185. Unluata, U., Oguz, T., Latif, M.A. & Ozsoy, E., 1990. On the hysical oceanograhy of the Turkish Straits. (In): L.J. Pratt (Ed), The Physical Oceanograhy of Sea Straits, Kluwer, Dordrecht,.25-60. Vlahakis, G.N. & Pollatou, R.S., 1993. Temoral Variability and Satial Distribution of Sea Surface Temeratures in the Aegean Sea. Theoretical Alied Climatology, 47, 15-23. Zervakis, V., Theocharis, A. & Georgooulos, D., 2005. Circulation and hydrograhy of the oen Seas. (In:) E. Paathanasiou and A. Zenetos (Eds) State of the Hellenic Marine Environment. HCMR Publ., Athens,. 104-110. -410-