ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΑΙΓΑΙΟΥ ΠΕΛΑΓΟΥΣ ΒΑΣΕΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΟΣΕΙΔΩΝ Κοκκίνη Z., Ζερβάκης B., Τράγου E. 1 Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, duentez@yahoo.gr Περίληψη Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη της κλιματολογίας του Αιγαίου πελάγους χρησιμοποιώντας δεδομένα του συστήματος θαλάσσιας παρακολούθησης και πρόγνωσης Ποσειδών. Στην παρούσα εργασία γίνεται επεξεργασία μετεωρολογικών και υδροδυναμικών δεδομένων από επτά σταθμούς του παραπάνω συστήματος. Η επεξεργασία αφορά ποιοτικό έλεγχο και στατιστική ανάλυση. οι λάθος τιμές που προκύπτουν κυρίως από σφάλματα του οργάνου αλλά και από ελλιπείς μετρήσεις απορρίπτονται, με τη διαμόρφωση κατάλληλων κριτηρίων. Ακολουθεί η ανάλυση της μηνιαίας και εποχιακής μεταβλητότητας, που μας δίνει τη δυνατότητα εξαγωγής συμπερασμάτων για την κατάσταση και εξέλιξη της περιοχής τόσο τοπικά, όσο και χρονικά. Από την ανάλυση των δεδομένων θερμοκρασίας προέκυψαν τα χαρακτηριστικά του εποχιακού κύκλου στρωμάτοποίησης και ομογενοποίησης σε κάθε περιοχή. Η ανάλυση των ταχυτήτων ανέδειξε την την ενίσχυσή των ρευμάτων κατά τους χειμερινούς μήνες. Η χαμηλή ποιότητα των δεδομένων αλατότητας δεν επέτρεψε την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. Λέξεις κλειδιά: κλιματολογία Αιγαίου, σύστημα Ποσειδών, σύστημα πλωτών μετρητικών σταθμών. CLIMATOLOGY OF THE AEGEAN SEA BASED ON POSEIDON DATA SYSTEM Kokkini Ζ., Zervakis V., Tragou E. Department of Marine Sciences. University of the Aegean, duentez@yahoo.gr, Abstract The increasing need for high quality real time data and for forecasting of environmental conditions has led to the development of Operational Oceanography. Quality control of the large volume of data produced requires statistical climatological studies, for comparison and assessment of the obtained measurements. The aim of this work is the investigation of the Aegean Sea climatology using data obtained by the Poseidon Data System, which is a monitoring, forecasting and information system for the Greek Seas. This study deals with the processing of meteorological and hydrodynamic data which are collected from seven stations. Initially the data are processed statistically in order to detect and treat spikes and missing values. Following the data processing, the monthly and seasonal variability is assessed so as to elicit the state and the evolution of the hydrographical and meteorological characteristics spatially and temporally. It was found that the climatologic analysis avouch the experience presenting the differences of hydrological parameters between the stations. The temperature record clearly reveals the seasonal cycles of stratifying and mixing of the upper water column, while the velocity record reveals the current intensification during winter months. The poor quality of salinity measurements does not permit safe conclusions regarding its variability. Keywords: climatology, Aegean Sea, Poseidon System, buoy network. 1. Εισαγωγή Η αυξανόμενη ανάγκη για υψηλής ποιότητας δεδομένα σε πραγματικό χρόνο καθώς επίσης και για προβλέψεις των περιβαλλοντικών συνθηκών που επικρατούν στις θάλασσες συνέβαλαν στη ανάπτυξη της Επιχειρησιακής Ωκεανογραφίας ως κύρια προτεραιότητα των θαλασσίων επιστημών. Το σύστημα Ποσειδών είναι ένα επιχειρησιακό εργαλείο παρακολούθησης και πρόγνωσης της περιβαλλοντικής κατάστασης του Αιγαίου. Η παρακολούθηση βασίζεται σε πλωτούς μετρητικούς σταθμούς (Seawatch oceanographic buoys) οι οποίοι συλλέγουν ανά 3 ώρες και μεταδίδουν σε πραγματικό χρόνο μετεωρολογικά και ωκεανογραφικά δεδομένα της διεπιφάνειας θάλασσας ατμόσφαιρας. (Nittis & Perivoliotis, 2002). Τα δεδομένα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν έτσι -507-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι ώστε να εξάχθούν συμπεράσματα για την εποχιακή και υπερετήσια μεταβλητότητα της κάθε περιοχής. Σκοπός της παρούσης εργασίας ήταν ο ποιοτικός έλεγχος των συλλεχθεισών μετρήσεων και κάποια κλιματολογική ανάλυσή τους. 2. Υλικά και Μέθοδοι Στα δεδομένα του Ποσειδώνα εφαρμόστηκε πρωτογενής ποιοτικός έλεγχο με τη χρήση κριτηρίων αποδοχής και απόρριψης δεδομένων. Συγκεκριμένα, απορρίφθηκαν (α) τιμές εκτός ορίων του οργάνου, (β) τιμές ληφθείσες κατά τη διάρκεια εργασιών βαθμονόμησης (χαρακτηριζόμενες από δειγματοληψία ανά 15 ), και (γ) οι προφανώς «λάθος» τιμές ή αλλιώς κορυφώσεις (spikes). Για τον χαρακτηρισμό κάποιας τιμής ως spike (Emery & Thomson, 1999). και την απαλοιφή της, χρησιμοποιήσαμε στατιστικά κριτήρια. Συγκεκριμένα, η μέθοδος έχει ως εξής: δημιουργείται ένα «παράθυρο» δειγματοληψίας με μήκος καθοριζόμενο από τον χρήστη (Εικ. 1). Το εύρος αποδοχής τιμών εντός του παραθύρου ορίζεται ως ένα υποκειμενικά οριζόμενο (μετά από σειρά πειραματισμών για κάθε μεταβλητή) πολλαπλάσιο της τυπικής απόκλισης των δεδομένων. Κριτήριο αφαίρεσης των spikes από τις χρονοσειρές είναι η απόσταση του καθενός από το μέσο όρο των τιμών εντός των ορίων του «παραθύρου» αυτού. Εικ. 1: Τμήμα της χρονοσειράς της θερμοκρασίας στην περιοχή του Άθω στα 3 μέτρα που διακρίνεται ένα spike. Η εφαρμογή του ποιοτικού ελέγχου επέτρεψε την περαιτέρω στατιστική επεξεργασία των χρονοσειρών. Υπολογίσθηκαν μέσες τιμές και τυπικές αποκλίσεις σε μηνιαία και εποχιακή βάση, καθώς και η υπερετήσια μεταβλητότητα των διαφόρων παραμέτρων. Παρακάτω σχολιάζονται κάποια από τα αποτελέσματα της στατιστικής επεξεργασίας. Με την επεξεργασία των δεδομένων αυτών προκύπτει μία πρώτη κλιματολογία του Αιγαίου πελάγους βασισμένη εξολοκλήρου σε δεδομένα του συστήματος Ποσειδών, όσον αφορά τη μεταβλητότητα της ατμοσφαιρικής και θαλάσσιας θερμοκρασίας, τους ισχύοντες ανέμους και τα επιφανειακά ρεύματα. 3. Αποτελέσματα Δεδομένου του μεγάλου όγκου των αποτελεσμάτων, παρουσιάζονται ενδεικτικά τα υδρολογικά χαρακτηριστικά και μόνο αυτά που αφορούν κυρίως το Βόρειο Αιγαίο (κυρίως την περιοχή του Άθω) και το Νότιο Αιγαίο (την περιοχή της νησίδας Αυγό) (Εικ. 2). και είναι ενδεικτικά του συνόλου της εργασίας. -508-
Εικ. 2: Χάρτης των πλωτών μετρητικών σταθμών του συστήματος Ποσειδών. Θερμοκρασία θάλασσας: Γνωρίζουμε ότι η ετήσια διακύμανση της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας έχει μία απλή μορφή με μέγιστα των τιμών κατά τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο και ελάχιστα κατά τον μήνα Ιανουάριο. Η ετήσια μεταβλητότητα της θαλάσσιας θερμοκρασίας εν γένει ακολουθεί με λίγους μήνες υστέρηση το «πρότυπο» της θερμοκρασίας του αέρα κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας. Εξαιρέσεις όμως συχνά αναφέρονται, όπως π.χ. στο Αιγαίο η παράκτια ανεμογενής ανάβλυση ψυχρών υδάτων από τα βαθύτερα στρώματα περιοχή του Ανατολικού Αιγαίου (Κακαγιάννης, 2005). Παρατηρείται στο σύνολο των σταθμών η σαφής έναρξη του θερμοκλινούς κατά τον μήνα Απρίλιο, καθώς επίσης και η αρχή της διάβρωσης του και της σταδιακής ομογενοποίησης της υδάτινης στήλης κατά τους μήνες Σεπτέμβρη και Οκτώβρη. Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται η θαλάσσια θερμοκρασία σε διάφορα βάθη και η δημιουργία και η καταστροφή του θερμοκλινούς σε Άθω και Κρητικό (Εικ. 3α,β). Η μεγαλύτερη διαφορά διακυμάνσεων από όλους τους σταθμούς παρατηρείται μεταξύ των σταθμών Άθω και Αυγού, χαρακτηριστικών σταθμών Βορείου και Νοτίου Αιγαίου αντίστοιχα. Εικ 3α: γράφημα θερμοκρασίας θάλασσας στον Άθω σε βάθη 3,10,20,30m. Εικ 3β: γράφημα θερμοκρασίας θάλασσας στο Κρητικό σε βάθη 3,10,20,30m. Επιφανειακό θαλάσσιο ρεύμα: Για το στατιστικό χαρακτηρισμό του ρευματολογικού κλίματος της κάθε περιοχής χρησιμοποιούνται ευρέως ροδογράμματα ρεύματος τα οποία είναι ουσιαστικά δισδιάστατα ιστογράμματα συχνότητας έντασης και διεύθυνσης ρεύματος. Η διεύθυνση καθορίζει τη φορά προς την οποία κινούνται τα ρεύματα. Ακολουθούν ενδεικτικά ροδογράμματα επιφανειακού ρεύματος σε Άθω και Κρητικό για το μήνα Ιανουάριο και τον καλοκαιρινό μήνα Άυγουστο. (εικόνες 4α,β και 5α,β). -509-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι Εικ. 4α: ροδόγραμμα επιφανειακού ρεύματος τον Ιανουάριο στονάθω. Εμφανίζονται οι ομάδες ταχυτήτων 0 10 cm s -1 (σκούρο γκρι χρώμα), 10-48 cm s -1 (ανοιχτό γκρι) και ισχυρότερα των 48 cm s -1 (λευκό). Εικ. 4β: ροδόγραμμα επιφανειακού ρεύματος τον Ιανουάριο στο Κρητικό. Εικ. 5α: ροδόγραμμα επιφανειακού ρεύματος τον Αύγουστο στον Άθω. Εμφανίζονται οι ομάδες ταχυτήτων 0 10 cm s -1 (σκούρο γκρι χρώμα), 10-48 cm s -1 (ανοιχτό γκρι) και ισχυρότερα των 48 cm s -1 (λευκό). Εικ. 5β: ροδόγραμμα επιφανειακού ρεύματος τον Άυγουστο στο Κρητικό. Αλατότητα: Η παράμετρος της αλατότητας ήταν από τις πλέον προβληματικές όσον αφορά την ποιότητα των δεδομένων, λόγω του ανεπαρκούς σχεδιασμού του αισθητήρα αγωγιμότητας με τον οποίο ήταν εφοδιασμένοι οι πλωτοί ωκεανογραφικοί σταθμοί της πρώτης φάσης του προγράμματος «Ποσειδών». Παρά ταύτα, η εφαρμογή του ποιοτικού ελέγχου επέτρεψε την εξαγωγή κάποιων στατιστικά σημαντικών αποτελεσμάτων (Εικ. 6). 4. Συμπεράσματα Συζήτηση Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εξελίχθηκαν κριτήρια και αλγόριθμοι για τη διενέργεια ποιοτικού ελέγχου των μετρήσεων του συστήματος Ποσειδών. Μετά την εφαρμογή του ποιοτικού ελέγχου, μπορέσαμε να προχωρήσουμε στη στατιστική επεξεργασία των μετρήσεων και τη δημιουργία μιας κλιματολογίας των ανώτερων στρωμάτων του Αιγαίου, τα βασικά σημεία της οποίας -510-
Εικ. 6: Συγκριτικός πίνακας επιφανειακής αλατότητας. έχουν ως εξής: Θερμοκρασία θάλασσας: κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, τα δεδομένα μας παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες τυπικές αποκλίσεις, οφειλόμενες στη μικρή θερμική αδράνεια του λεπτού επιφανειακού μεικτού στρώματος. Το Ανατολικό Αιγαίο παρουσιάζει μεγαλύτερη κατακόρυφη ομοιογένεια σε σχέση με το Βόρειο Αιγαίο και υψηλότερες θερμοκρασίες λόγο των νερών της Λεβαντίνης. Γενικά, η κατανομή της θερμοκρασίας καθορίζεται από τη διασπορά των υδάτων της Μαύρης θάλασσας και την παράκτια ανεμογενή ανάβλυση στο Ανατολικό Αιγαίο (Κακαγιάννης, 2005). Επιφανειακό ρεύμα: Σε γενικές γραμμές τα ρεύματα κατά τη διάρκεια κάθε εποχής διατηρούν μία σχετικά σταθερή μέση τιμή έντασης, με μεταβαλλόμενες διευθύνσεις, πράγμα που χαρακτηρίζει την κυριαρχία αδρανειακών ρευμάτων. Οι εντάσεις των ρευμάτων τη χειμερινή περίοδο είναι αυξημένες και αυτό οφείλεται στην αλληλουχία μετεωρολογικών μετώπων. Αλατότητα: Τα αποτελέσματα της κλιματολογικής ανάλυσης επιβεβαιώνουν την εμπειρία, όπως π.χ. ότι η κατανομή της αλατότητας στα επιφανειακά στρώματα του Αιγαίου καθορίζεται από τη διασπορά υδάτων προερχομένων από τη Μαύρη Θάλασσα (Γεωργόπουλος, 2002; Zervakis & Georgopoulos, 2002). 5. Ευχαριστίες Ευχαριστούμε το Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας του ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. για την παροχή των δεδομένων του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ. Η εργασία αυτή έλαβε χώρα με την υποστήριξη της εταιρείας Fugro- Oceanor στα πλαίσια του προγράμματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ-ΙΙ. 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Γεωργόπουλος, Χ. Δ., 2002. Θαλάσσιες μάζες, δυναμική δομή και κυκλοφορία στο Βόρειο Αιγαίο πέλαγος. Διδακτορική διατριβή. Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα, 324 pp. Κακαγιάννης Γ., 2005. Διερεύνηση της εποχιακής παράκτιας ανάβλυσης στο ΒΑ Αιγαίο με χρήση δεδομένων του συστήματος Ποσειδών, Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία, Μυτιλήνη. Emery. W. J. & Thomson, R. E., 2004. Data Analysis Methods in Physical Oceanography. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, ISBN: 9780444507570. Nittis, K. & Perivoliotis, L., 2002. Circulation and hydrological characteristics of the North Aegean Sea: a contribution from real-time buoy measurements. Mediterranean Marine Science, 3 (1): 21-31 pp. Zervakis V. & Georgopoulos, D., 2002. Hydrology and circulation in the North Aegean (eastern Mediterranean) throughout 1997-1998. Mediterranean Marine Science, 3 (1): 05-19. -511-