Οη δχν αεξνρείκαξξνη δηεξεπλψληαη ζηα 300 θαη 200 hPa κε ηε βνήζεηα δεδνκέλσλ αλέκνπ θάζε έμη ψξεο απφ ηα αξρεία ηνπ ERA-Interim γηα ηελ πεξίνδν 1979-2016 ζε γεσγξαθηθφ πιάηνο θαη κήθνο 1°x1°

1

ΔΘΝΗΚΟ ΚΑΗ ΚΑΠΟΓΗ΢ΣΡΗΑΚΟ ΠΑΝΔΠΗ΢ΣΖΜΗΟ ΑΘΖΝΧΝ

΢ΥΟΛΖ ΘΔΣΗΚΧΝ ΔΠΗ΢ΣΖΜΧΝ ΣΜΖΜΑ ΦΤ΢ΗΚΖ΢

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΣΑΠΣΤΧΙΑΚΩΝ ΢ΠΟΤΔΩΝ

΢ΣΗ ΦΤ΢ΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΣΟ΢

ΔΙΠΛΩΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑ΢ΙΑ

Ο ΡΟΛΟ΢ ΣΟΤ ΤΠΟΣΡΟΠΗΚΟΤ ΚΑΗ ΠΟΛΗΚΟΤ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ ΚΑΣΑ ΣΖ ΓΗΑΡΚΔΗΑ ΣΖ΢ ΔΚΡΖΚΣΗΚΖ΢ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ΢ ΢ΣΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ

ΠΑΝΑΓΗΧΣΖ΢ ΝΔΟ΢

Δπηβιέπωλ Καζεγεηήο: Έιελα Φιόθα/Helena Floka

Τξηκειήο επηηξνπή εμέηαζεο: Δ. Φιόθα, Γ. Γειεγηώξγε, Μ. Υαηδάθε

ΑΘΖΝΑ ΗΟΤΛΗΟ΢ 2017

2 ΓΗΠΛΧΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑ΢ΗΑ

Ο ΡΟΛΟ΢ ΣΟΤ ΤΠΟΣΡΟΠΗΚΟΤ ΚΑΗ ΠΟΛΗΚΟΤ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ ΚΑΣΑ ΣΖ ΓΗΑΡΚΔΗΑ ΣΖ΢ ΔΚΡΖΚΣΗΚΖ΢ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ΢ ΢ΣΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ

ΠΑΝΑΓΗΧΣΖ΢ ΢. ΝΔΟ΢

Α.Μ.: 201557

Δπηβιέπωλ Καζεγεηήο: Έιελα Φιόθα/Helena Floka

Τξηκειήο επηηξνπή εμέηαζεο: Δ. Φιόθα, Γ. Γειεγηώξγε, Μ.

Χαηδάθε

ΗΟΤΛΗΟ΢ 2017

3 ΠΔΡΗΛΖΦΖ

΢θνπφο ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο είλαη ε δηεξεχλεζε ησλ ζχλζεησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ πνιηθνχ (PFJ) θαη ηνπ ππνηξνπηθνχ αεξνρεηκάξξνπ (STJ) ζε πεξηπηψζεηο εθξεθηηθήο θπθινγέλεζεο ζηε Γπηηθή (WM), Κεληξηθή (CM) θαη Αλαηνιηθή (EM) Μεζφγεην. Οη πεξηπηψζεηο πνπ πξνέθπςαλ απφ θιηκαηνινγηθή αλάιπζε πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε κε ηε βνήζεηα ηνπ αιγφξηζκνπ εληνπηζκνχ θπθισληθψλ θέληξσλ θαη ησλ ηξνρηψλ ηνπο MS ηνπ Παλεπηζηεκίνπ ηεο Μειβνχξλεο ζηελ Απζηξαιία. Οη δχν αεξνρείκαξξνη δηεξεπλψληαη ζηα 300 θαη 200 hPa κε ηε βνήζεηα δεδνκέλσλ αλέκνπ θάζε έμη ψξεο απφ ηα αξρεία ηνπ ERA-Interim γηα ηελ πεξίνδν 1979-2016 ζε γεσγξαθηθφ πιάηνο θαη κήθνο 1°x1°. Πξψηνλ, ζε θιηκαηνινγηθή βάζε, δηαπηζηψζεθε φηη ην ρεηκψλα ν PFJ θαηέξρεηαη έληνλα ζε ρακειφηεξα γεσγξαθηθά πιάηε, ελψ ν STJ έρεη κηθξφηεξε κεηαηφπηζε πξνο ην λφην. Οη δχν αεξνρείκαξξνη κέζσ ηεο αιιειεπίδξαζήο ηνπο κπνξεί λα πξνθαιέζνπλ ζπλεζηζκέλα ή εθξεθηηθά γεγνλφηα θπθινγέλεζεο πάλσ απφ ηε Μεζφγεην.

Απηφ επηβεβαηψλεηαη κέζσ ησλ ζχλζεησλ αλσκαιηψλ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εθξεθηηθήο θπθινγέλεζεο ζηηο ηξεηο εμεηαδφκελεο πεξηνρέο ηεο Μεζνγείνπ, απνδεηθλχνληαο φηη εκθαλίδεηαη θπθισληθά θακππισκέλε αλσκαιία ζε θάζε πεξηνρή, αιιά κε δηαθνξεηηθά ραξαθηεξηζηηθά, αθνινπζψληαο ηε δηαθνξεηηθή ζέζε ηνπ PFJ, πνπ θαίλεηαη λα αιιειεπηδξά κε ηνλ STJ. Σέινο, ην ζπκπέξαζκα απηφ εμεγείηαη πεξαηηέξσ απφ ηελ αλάιπζε κηαο πεξίπησζεο, φηαλ νη δχν αεξνρείκαξξνη αιιειεπηδξνχλ ζπκβάιινληαο ζηελ εθξεθηηθή θπθινγέλεζε.

ABSTRACT

The purpose of this study is to investigate the composite characteristics of the polar front jet (PFJ) and subtropical jet (STJ) during cases of explosive cyclogenesis in Western (WM), Central (CM) and Eastern (EM) Mediterranean. The cases derived from a climatological analysis performed with the aid of the cyclone tracking algorithm MS. The two jets are investigated at 300 and 200 hPa with the aid of wind data every six hours from ERA-Interim archive, for the period 1979–2016 on a 1°x1°regular longitude-latitude grid. First, on a climatological basis, it was found that in winter the PFJ strongly descends at lower latitudes while the STJ has a slighter displacement to the south. The two jets through their interaction, can cause regular or explosive cyclogenesis events over Mediterranean. This is verified through the composite anomalies during explosive cyclogenesis over the three examined areas of the Mediterranean, demonstrating that a cyclonic curved anomaly appears over each area, but with different characteristics, following the different position of the PFJ, which seems to interact with the composite STJ. Finally, this finding was further elaborated by the analysis of a case study, when the two jets interact, contributing to the explosive cyclogenesis.

Λέμεηο θιεηδηά: polar front jet; subtropical jet; explosive cyclogenesis;

Mediterranean; ERA-Interim dataset

4 Δπραξηζηίεο

Ζ παξνχζα εξγαζία απνηειεί δηπισκαηηθή εξγαζία ε νπνία εθπνλήζεθε ηνπ ηνκέα Φπζηθήο Πεξηβάιινληνο θαη Μεηεσξνινγίαο ηνπ Δζληθνχ θαη Καπνδηζηξηαθνχ Παλεπηζηεκίνπ Αζελψλ, ζηα πιαίζηα ηνπ πξνγξάκκαηνο κεηαπηπρηαθψλ ζπνπδψλ «Φπζηθήο πεξηβάιινληνο». Πξηλ ηελ παξνπζίαζε ησλ απνηειεζκάησλ ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, αηζζάλνκαη ηελ ππνρξέσζε λα επραξηζηήζσ νξηζκέλνπο απφ ηνπο αλζξψπνπο πνπ γλψξηζα, ζπλεξγάζηεθα καδί ηνπο θαη έπαημαλ πνιχ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ πξαγκαηνπνίεζή ηεο. Πξψηε απφ φινπο ζέισ λα επραξηζηήζσ ηελ επηβιέπνπζα αλαπιεξψηξηα θαζεγήηξηα ηνπ ηκήκαηνο θπζηθήο ηνπ Δζληθνχ θαη Καπνδηζηξηαθνχ Παλεπηζηεκίνπ Αζελψλ, θα. Έιελα Φιφθα γηα ηελ πνιχηηκε θαζνδήγεζε ηεο, ηελ εκπηζηνζχλε θαη εθηίκεζε πνπ κνπ έδεημε.

΢ηε ζπλέρεηα ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ δηδάθηνξα Γεψξγην Καηαβνχηα γηα ηελ πνιχηηκε βνήζεηά ηνπ. Σηο επραξηζηίεο κνπ εθθξάδσ θαη ζηελ επίθνπξε θαζεγήηξηα Μαξία Υαηδάθε θαη αλαπιεξψηξηα θαζεγήηξηα Γειεγηψξγε Γέζπνηλα γηα ηελ βνήζεηά ηνπο θαη πνπ δέρηεθαλ λα είλαη κέιε ηεο ηξηκειήο επηηξνπήο αμηνιφγεζεο ηεο κεηαπηπρηαθήο εξγαζίαο. Σέινο, ζέισ λα επραξηζηήζσ ηνπο γνλείο κνπ, πνπ κε ππνκνλή θαη θνπξάγην πξφζθεξαλ ηελ απαξαίηεηε εζηθή ζπκπαξάζηαζε γηα ηελ νινθιήξσζε ηεο κεηαπηπρηαθήο κνπ εξγαζίαο

5 ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ

ΠΔΡΗΛΖΦΖ………..3

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 1.ΔΗ΢ΑΓΧΓΖ………....7

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 ΘΔΧΡΖΣΗΚΟ ΤΠΟΒΑΘΡΟ 2.1 ΑΛΛΖΛΔΠΗΓΡΑ΢Ζ ΓΤΟ ΢ΣΖΛΧΝ ΑΔΡΑ ΜΗΚΡΖ΢ ΚΛΗΜΑΚΑ΢ ΓΗΑΦΟΡΔΣΗΚΖ΢ ΘΔΡΜΟΚΡΑ΢ΗΑΚΖ΢ ΚΑΣΑΝΟΜΖ΢………...……9

2.2 ΜΔΓΑΛΖ΢ ΚΛΗΜΑΚΑ΢ ΚΗΝΖ΢ΔΗ΢-ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΗ………...…11

2.2.1 ΔΞΗ΢Ω΢Ζ ΚΗΝΖ΢Ζ΢ ΜΔΓΑΛΖ΢ ΚΛΗΜΑΚΑ΢………...11

2.2.2 ΑΝΔΜΟΗ…..………..15

2.2.3 ΑΠΟΚΛΗ΢Ζ ΚΑΗ ΚΑΣΑΚΟΡΤΦΔ΢ ΚΗΝΖ΢ΔΗ΢……….19

2.2.4 ΦΤ΢ΗΚΖ ΔΡΜΖΝΔΗΑ ΣΖ΢ ΑΠΟΚΛΗ΢Ζ΢/΢ΤΓΚΛΗ΢Ζ΢………..….20

2.3 ΓΔΝΗΚΖ ΚΤΚΛΟΦΟΡΗΑ ΣΖ΢ ΑΣΜΟ΢ΦΑΗΡΑ΢……….…21

2.3.1 ΚΑΣΑΚΟΡΤΦΖ ΓΟΜΖ ΣΖ΢ ΑΣΜΟ΢ΦΑΗΡΑ΢………21

2.3.2 ΜΟΝΣΔΛΟ ΣΡΗΠΛΟΤ ΚΤΣΣΑΡΟΤ………..22

2.3.3 ΔΠΗΓΡΑ΢Ζ ΣΖ΢ ΞΖΡΑ΢ ΢ΣΖΝ ΑΣΜΟ΢ΦΑΗΡΗΚΖ ΚΤΚΛΟΦΟΡΗΑ…….…25

2.4 ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΗ………..…26

2.4.1 ΓΗΑΣΖΡΖ΢Ζ ΣΖ΢ ΕΩΝΗΚΖ΢ ΚΤΚΛΟΦΟΡΗΑ΢………29

2.4.2 ΓΖΜΗΟΤΡΓΗΑ ΚΑΗ ΜΔΣΑΦΟΡΑ ΚΗΝΖΣΗΚΖ΢ ΔΝΔΡΓΔΗΑ΢ ΢ΣΟ ΔΠΗΠΔΓΟ ΣΟΤ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ………..…31

2.4.3 ΕΩΝΗΚΟ΢ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟ΢……….………….32

2.4.4 ΘΔΡΜΗΚΔ΢ ΚΤΚΛΟΦΟΡΗΔ΢ ΢ΣΖΝ ΔΗ΢ΟΓΟ ΚΑΗ ΢ΣΖΝ ΔΞΟΓΟ ΣΟΤ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ………...…34

2.4.5 ΜΔΣΑΦΟΡΑ ΓΤΝΖΣΗΚΟΤ ΢ΣΡΟΒΗΛΗ΢ΜΟΤ ΢ΣΟ ΜΔΓΗ΢ΣΟ ΣΟΤ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ………...…35

2.4.6 ΚΑΜΠΤΛΩ΢Ζ ΣΟΤ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ……….…35

2.5 ΢ΥΔ΢Ζ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΤ ΜΔ ΣΑ ΚΑΗΡΗΚΑ ΦΑΗΝΟΜΔΝΑ………37

2.5.1 ΜΔΣΩΠΗΚΔ΢ ΤΦΔ΢ΔΗ΢………..…37

2.5.2 ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ……….….37

2.5.3 ΔΠΗΓΡΑ΢Ζ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΩΝ ΢ΣΑ ΔΠΗΦΑΝΔΗΑΚΑ ΢Τ΢ΣΖΜΑΣΑ…….38

2.6 ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ ΢ΣΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ………..46

2.6.1 ΢ΤΝΖΘΗ΢ΜΔΝΖ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ………...…46

2.6.2 ΦΤ΢ΗΚΔ΢ ΓΗΔΡΓΑ΢ΗΔ΢ ΠΟΤ ΢ΤΝΣΔΛΟΤΝ ΢ΣΖΝ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ…....49

2.6.3 ΓΔΩΓΡΑΦΗΚΑ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗ΢ΣΗΚΑ ΠΟΤ ΚΑΘΗ΢ΣΟΤΝ ΣΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ ΠΔΡΗΟΥΖ ΔΝΣΟΝΖ΢ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ΢………..51

2.6.4 ΔΚΡΖΚΣΗΚΖ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ ΢ΣΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ………..….53

2.7 ΚΛΗΜΑΣΟΛΟΓΗΑ ΣΧΝ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΧΝ……….……….54

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 ΓΔΓΟΜΔΝΑ - ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ 3.1 ΓΔΓΟΜΔΝΑ………...…… 58

6

3.2 ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ………59

4^ΟΚΔΦΑΛΑΗΟ ΚΛΗΜΑΣΟΛΟΓΗΑ ΣΧΝ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΧΝ 4.1 ΓΔΝΗΚΑ………..……….64

4.2 ΗΑΝΟΤΑΡΗΟ΢………...65

4.3 ΦΔΒΡΟΤΑΡΗΟ΢……….……...65

4.4 ΜΑΡΣΗΟ΢……….………...…66

4.5 ΑΠΡΗΛΗΟ΢………..…….………66

4.6 ΜΑΗΟ΢……….………67

4.7 ΗΟΤΝΗΟ΢……….……67

4.8 ΗΟΤΛΗΟ΢……….….……69

4.9 ΑΤΓΟΤ΢ΣΟ΢………...…70

4.10 ΢ΔΠΣΔΜΒΡΗΟ΢………..……….……71

4.11 ΟΚΣΧΒΡΗΟ΢……….…...71

4.12 ΝΟΔΜΒΡΗΟ΢………...……72

4.13 ΓΔΚΔΜΒΡΗΟ΢……….………73

4.14 ΢ΤΓΚΡΗ΢Ζ ΑΠΟΣΔΛΔ΢ΜΑΣΧΝ………...…79

5^ΟΚΔΦΑΛΑΗΟ ΥΑΡΑΥΣΖΡΗ΢ΣΗΚΑ ΣΧΝ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΧΝ ΚΑΣΑ ΣΖ ΓΗΑΡΚΔΗΑ ΣΖ΢ ΔΚΡΖΚΣΗΚΖ΢ ΚΤΚΛΟΓΔΝΔ΢Ζ΢ ΢ΣΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ 5.1 ΓΔΝΗΚΑ……….….80

5.2 ΓΤΣΗΚΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ΢………..…………80

5.3 ΚΔΝΣΡΗΚΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ΢………81

5.4 ΑΝΑΣΟΛΗΚΖ ΜΔ΢ΟΓΔΗΟ΢……….………82

5.5 ΢ΤΓΚΡΗ΢Ζ ΑΠΟΣΔΛΔ΢ΜΑΣΧΝ………83

6^ΟΚΔΦΑΛΑΗΟ ΠΔΡΗΠΣΧ΢Ζ ΔΚΡΖΚΣΗΚΖ΢ ΚΤΚΟΓΔΝΔ΢Ζ΢ ΤΠΟ ΣΖΝ ΔΠΗΓΡΑ΢Ζ ΣΧΝ ΓΤΟ ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΧΝ……….……….85

7^ΟΚΔΦΑΛΑΗΟ ΢ΤΜΠΔΡΑ΢ΜΑΣΑ……….…………..88

ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ………91

7 1^Ο ΚΔΦΑΛΑΗΟ

ΔΗ΢ΑΓΧΓΖ

Οη αεξνρείκαξξνη είλαη εμαηξεηηθά επηκήθε θαη πεπιαηπζκέλα ζε ζρήκα ξεχκαηα αέξα ηεο αλσηέξαο θπξίσο αηκνζθαίξαο. Δθηείλνληαη ζε κήθνο πνιιψλ ρηιηάδσλ ρηιηνκέηξσλ, έρνπλ πιάηνο κεξηθψλ εθαηνληάδσλ κφλν ρηιηνκέηξσλ θαη βάζνο κεξηθψλ κφιηο κεξηθψλ ρηιηνκέηξσλ. Οη αεξνρείκαξξνη παξαηεξνχληαη ζηελ ζρεηηθά ζηελή δψλε ηεο ηξνπφπαπζεο, ε νπνία είλαη ην δηαρσξηζηηθφ φξην κεηαμχ ηεο ηξνπφζθαηξαο θαη ηεο ζηξαηφζθαηξαο.

Τπάξρνπλ δχν είδε θπξηφηεξσλ αεξνρεηκάξξσλ, ζε θάζε εκηζθαίξην νη πνιηθνί θαη ππνηξνπηθνί. Οη ηζρπξφηεξνη αεξνρείκαξξνη είλαη νη πνιηθνί θαη παξνπζηάδνληαη ζε χςνο απφ 7-12 km απφ ηελ επηθάλεηα ηεο ζάιαζζαο, αθνινπζψληαο ην πνιηθφ κέησπν. Οη πςειφηεξνη θαη θάπσο αζζελέζηεξνη αεξνρείκαξξνη είλαη νη ππνηξνπηθνί, ζπλήζσο ζε χςνο 10-16 km απφ ηελ επηθάλεηα ηεο ζάιαζζαο, αθνινπζψληαο ην ππνηξνπηθφ κέησπν.

Οη αεξνρείκαξξνη αλαθαιχθζεθαλ ζηα ηέιε ηνπ Β‟ Παγθνζκίνπ Πνιέκνπ απφ Γεξκαλνχο πηιφηνπο αλαγλσξηζηηθψλ αεξνζθαθψλ πάλσ απφ ηε Μεζφγεην, αιιά θαη απφ Ακεξηθάλνπο πηιφηνπο βνκβαξδηζηηθψλ πάλσ απφ ηελ Ηαπσλία. Δίλαη ειάρηζηα γλσζηφ ζηε Γχζε φηη ν αεξνρείκαξξνο αλαθαιχθζεθε ζηελ Ηαπσλία πξηλ ηελ αξρή ηνπ Β΄ Παγθνζκίνπ Πνιέκνπ. Οη παξαηεξήζεηο ηζρπξψλ δπηηθψλ αλέκσλ ζηελ αλψηεξε ηξνπφζθαηξα έγηλαλ θαηά ηα κέζα ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1920 απφ ηνλ Ooishi (1926), ηνλ πξψην δηεπζπληή ηνπ Ηαπσληθνχ παξαηεξεηεξίνπ αλσηέξαο αηκνζθαίξαο ζην Σαηέλν. Πξηλ απφ ηελ αλαθάιπςε ηνπ αεξνρεηκάξξνπ, ε ππάξρνπζα ζεσξία νδεγνχζε ήδε ζηελ ππνςία πσο ζηελ αλψηεξε αηκφζθαηξα πλένπλ ηζρπξνί δπηηθνί άλεκνη. Ζ δνπιεηά ηνπ William Ferrel απνηέιεζε ην ζεκέιην, ψζηε λα πξνβιεζνχλ νη κεηεσξνινγηθέο πιεξνθνξίεο ηεο επηθαλείαο ζηελ αλψηεξε αηκφζθαηξα.

΢ηελ αεξνπινΐα νη πηιφηνη εθκεηαιιεχνληαη ηνπο αεξνρεηκάξξνπο γηα ηηο πηήζεηο πξνο ηελ αλαηνιή, δηφηη κε ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ εμνηθνλνκνχλ θαχζηκα θαη ζπληνκεχνπλ ηελ πηήζε, ελψ αληίζεηα ηνπο απνθεχγνπλ γηα ηηο πξνο ηε δχζε πηήζεηο. Δπηπξφζζεηα νη αλαηαξάμεηο ελ αηζξία(CAT) πνπ πξνθαινχληαη ζην χςνο ηνπ αεξνρεηκάξξνπ είλαη επηθίλδπλεο γηα πηζαλέο βιάβεο ζηα αεξνζθάθνη, κε ηνπο πηιφηνπο λα ηηο απνθεχγνπλ.

Οη κεηεσξνιφγνη ρξεζηκνπνηνχλ ηε ζέζε ησλ αεξνρεηκάξξσλ σο βνήζεκα γηα ηελ πξφγλσζε ηνπ θαηξνχ. Με ηε ζχγθιηζε θαη ηελ απφθιηζε ηεο αέξηαο κάδαο ζην χςνο ηνπ αεξνρεηκάξξνπ πξνθαινχληαη θαζνδηθέο θαη αλνδηθέο θηλήζεηο αληίζηνηρα. Οη ελ ιφγν αλνδηθέο θηλήζεηο ελδέρεηαη λα εληζρχζνπλ έλαλ θπθιψλα ή λα απνθφςνπλ ηελ εμέιημε ελφο αληηθπθιψλα, ελψ νη θαζνδηθέο λα εληζρχζνπλ έλαλ αληηθπθιψλα ή λα απνθφςνπλ ηελ εμέιημε ελφο θπθιψλα.

Σν 2^ν θεθάιαην παξνχζαο δηπισκαηηθήο απνηειεί ην ζεσξεηηθφ ππφβαζξν, ζην νπνίν γίλεηαη πεξηγξαθή ησλ θπζηθψλ δηεξγαζηψλ πνπ δηέπνπλ ηνπ δχν βαζηθνχο αεξνρεηκάξξνπο, ηε θιηκαηνινγία ηνπο, θαζψο θαη ηελ ζπζρέηηζή ηνπο κε ηα επηθαλεηαθά ζπζηήκαηα(θπθιψλεο θαη αληηθπθιψλεο), κέζσ ησλ βηβιηνγξαθηθψλ αλαθνξψλ. Δπίζεο γίλεηαη αλαθνξά ησλ θαηλνκέλσλ ζπλεζηζκέλσλ θαη εθξεθηηθψλ θπθινγελέζεσλ ζηε Μεζφγεην θαη ηνπο παξάγνληεο πνπ ηηο πξνθαιεί.

8 Σα θεθάιαηα 3 σο 6 απνηεινχλ ην πξαθηηθφ θνκκάηη ηεο δηπισκαηηθήο.

΢ην θεθάιαην 3πεξηγξάθνληαη ηα δεδνκέλα κε ηα νπνία ζα κειεηεζεί ην ζέκα ηεο δηπισκαηηθήο, θαζψο θαη ε κεζνδνινγία κειέηεο ηεο. ΢ην 3^ν θεθάιαην αλαθέξεηαη ε θιηκαηνινγία ησλ δχν αεξνρεηκάξξσλ ζηελ πεξηνρή κειέηεο(50⁰E-50⁰W θαη 10⁰N-90⁰N). ΢πγθεθξηκέλα θαηαζθεπάζηεθαλ ζρήκαηα ζηα 300 hPa, 200 hPa θαη θαηαθφξπθεο ηνκέο ζηα γ.κ. φπνπ νη δχν αεξνρείκαξξνη είλαη εκθαλείο, κέζσ ηνπ πξνγξάκκαηνο Grads (GridAnalysis and Display System), ψζηε λα γίλεη πεξηγξαθή ηνπ ελδνεηήζηνπ θχθινπ ησλ δχν αεξνρεηκάξξσλ. ΢ην 4^ν θεθάιαην γίλεηαη πεξηγξαθή ησλ ζρεκάησλ ησλ αλσκαιηψλ ησλ ηζνηαρψλ ηεο κέζεο ηηκήο ησλ πεξηπηψζεσλ θπθινγέλεζεο(69 πεξηπηψζεηο) ζε ζρέζε κε ην κεζνπνηεκέλν πεδίν ηαρπηήησλ ηε ρεηκεξηλή πεξίνδν. Xσξίδνληαο ηε Μεζφγεην ζε δπηηθή, θεληξηθή θαη αλαηνιηθή, ιφγσ ησλ δηαθνξεηηθψλ ηξφπσλ θπθινγέλεζεο, απεηθνλίδεηαη ε δηαλπζκαηηθή δηαθνξά ηεο κέζεο θαηάζηαζεο ησλ επεηζνδίσλ θπθινγέλεζεο απφ ηε θιηκαηηθή κέζε θαηάζηαζε ηε ρεηκεξηλή πεξίνδν ζηα 300 hPa θαη 200 hPa. Σέινο ζην θεθάιαην 6 γίλεηαη αλάιπζε κίαο πεξίπησζε εθξεθηηθήο θπθινγέλεζεο, φπνπ ε επίδξαζε θαη ησλ δχν αεξνρεηκάξξσλ(jet coupling) ιεηηνπξγεί σο παξάγνληαο γηα ηελ εμέιημε ηνπ θαηλνκέλνπ.

9 2^Ο ΚΔΦΑΛΑΗΟ

ΘΔΧΡΖΣΗΚΟ ΤΠΟΒΑΘΡΟ

2.1 ΑΛΛΖΛΔΠΗΓΡΑ΢Ζ ΓΤΟ ΢ΣΖΛΧΝ ΑΔΡΑ ΜΗΚΡΖ΢ ΚΛΗΜΑΚΑ΢

ΓΗΑΦΟΡΔΣΗΚΖ΢ ΘΔΡΜΟΚΡΑ΢ΗΑΚΖ΢ ΚΑΣΑΝΟΜΖ΢

Οη αεξνρείκαξξνη πλένπλ πάλσ απφ ηα θχξηα κέησπα(πνιηθφ-ππνηξνπηθφ), ιφγσ ηεο θπξίσο ηζρπξήο κεζεκβξηλήο ζεξκνβαζκίδαο. Γηα ηελ θπζηθή εξκελεία ηεο εκθάληζεο ησλ αεξνρεηκάξξσλ ζην χςνο ηεο ηξνπφζθαηξαο αιιά θαη ησλ ζεξκηθψλ θπθινθνξηψλ ζηελ είζνδν θαη ζηελ έμνδν ηνπ κέγηζηνπ ηνπ αεξνρεηκάξξνπ, ζηε ζπγθεθξηκέλε ελφηεηα γίλεηαη αλάιπζε ησλ δπλακηθψλ δηεξγαζηψλ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζε δχν ζηήιεο αέξα κηθξήο θιίκαθαο δηαθνξεηηθήο ζεξκνθξαζηαθήο θαηαλνκήο. Ζ αλάιπζε ζε κηθξή θιίκαθα γίλεηαη γηα λα γίλεη πην θαηαλνεηφο ν ιφγνο εκθάληζεο ησλ δπλάκεσλ πνπ αζθνχληαη γηα ηελ έλαξμε ηνπ θαηλνκέλνπ, νη νπνίεο είλαη θνηλέο θαη ζηηο δχν θιίκαθεο.

Γηα κηα ζηήιε ξεπζηνχ πνπ ηζνξξνπεί ζην βαξπηηθφ πεδίν, ε πίεζε πνπ αζθείηαη απφ ην ξεπζηφ ζε έλα ζεκείν ηνπ, πνπ βξίζθεηαη ζε χςνο z, ηζνχηαη κε ηελ πίεζε πνπ αζθείηαη απφ ην βάξνο ηεο ζηήιεο ηνπ ππεξθείκελνπ ξεπζηνχ.

Τπνζέηνληαο ζηήιε αέξα κηθξήο θιίκαθαο δηαζηάζεσλ, κε ζηαζεξή ππθλφηεηα θαη ζεξκνθξαζία, ζε έλα πεξηβάιινλ αξθεηά κηθξφηεξεο πίεζεο απφ ηελ ζηήιε, ε πίεζε ζε έλα χςνο z ππνινγίδεηαη:

P=BA=

-

^mg_A ⁼

-

^ρgV_A

=-

^{ρgA (l−z)}_A =-ρg(l-z) (2.1)

Ζ δηαθνξά πίεζεο ζε δχν ζεκεία ηεο ζηήιεο δηαθνξεηηθνχ χςνπο (κεηαβνιή ηεο πίεζεο κε ην χςνο) ππνινγίδεηαη:

ΔP=-ρg(l-z2)+ρg(l-z1)= -ρgΔz (2.2)

dP=-ρgdz (2.3)

Λφγσ ηνπ φηη δελ ππάξρνπλ θαηαθφξπθεο θηλήζεηο(dw/dt=0), ε πδξνζηαηηθή ηζνξξνπία θαλεξψλεη ηελ ηζνξξνπία ησλ δπλάκεσλ βάξνπο θαη βαξνβαζκίδαο (dP/dz= ξg), κε απνηέιεζκα ε ζπληζηακέλε ησλ θαηαθφξπθσλ δπλάκεσλ λα είλαη 0.

Δπεηδή ηζρχεη ε θαηαζηαηηθή εμίζσζε(ηδαληθψλ αεξίσλ):

P=ρRT

(2.4)

Γηαηξψληαο θαηά κέιε ηελ (2.3) πξνο ηελ (2.4) πξνθχπηεη:

dP

P

= -

⇔ d(lnP)

= -

^gdz

RT (2.5)

Οινθιεξψλνληαο απφ ηελ επηθάλεηα (P0) κέρξη έλα χςνο z( Pz):

10 ln^Pz

P0

= -

^gz

RT

⇔

Pz=P0

e

^{- gz/(RT)} (2.6)

Παξαηεξνχκε φηη ε πίεζε γηα αέξα ζηαζεξήο ππθλφηεηαο(ή ζηαζεξή κέζεο ππθλφηεηαο) κεηψλεηαη εθζεηηθά κε ην χςνο(ζρέζε 2.6). Δπηπξφζζεηα φζν κηθξφηεξε είλαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα, ηφζν κεγαιχηεξε είλαη ε πηψζε.

Έζησ φηη θέξλνπκε κηα αθξηβψο ίδηα ζηήιε αέξα δίπια ζηελ πξψηε. Αλ αιιάμνπκε ηελ ζεξκνθξαζία ησλ ζηειψλ, γηα παξάδεηγκα ζεξκάλνπκε ηελ κία ζηήιε θαη ςχμνπκε ηελ άιιε αθήλνληαο ηνλ αέξα λα εθηνλσζεί θαη λα ζπκππθλσζεί αληίζηνηρα (ΣH >TC, βι. ζρήκα 2.1), απμάλνληαο κφλν ην χςνο ηεο(κείσζε ππθλφηεηαο). Με απηφ ηνλ ηξφπν έρνπκε δεκηνπξγήζεη έλα εληαίν ξεπζηφ ην νπνίν βξίζθεηαη ζε αζηάζεηα. Δπίζεο αξρηθά ην ξεπζηφ ήηαλ βαξνηξνπηθφ, ελψ πιένλ νη ηζφζεξκεο θαη νη ηζφππθλεο επηθάλεηεο ηέκλνληαη θάλνληάο ην βαξνθιηληθφ. Οη πηέζεηο ζηελ βάζε ησλ ζηειψλ είλαη ίζεο(ζρέζε 2.6)(z→0,P→P0) δηφηη ην βάξνο πνπ αζθείηαη απφ ηελ ππεξθείκελε ζηήιε δελ έρεη αιιάμεη. Όζν απμάλεηαη ην χςνο νη πηέζεηο κεηψλνληαη εθζεηηθά, κε κεγαιχηεξε πηψζε ηεο ζηήιεο κε ηελ κηθξφηεξε ζεξκνθξαζία (ζρέζε 2.6) (e^-gz/(RTH)>e^-gz/(RTC)). ΢πλεπψο έρνπκε ηελ δεκηνπξγία νξηδφληηαο βαζκίδαο πίεζε κε κέγηζηε ηηκή πάλσ απφ ην χςνο ηεο θξχαο ζηήιεο.

Ζ νξηδφληηα βαζκίδα πίεζεο δεκηνπξγεί νξηδφληηα θίλεζε ξεπζηνχ απφ ηηο κεγάιεο πξνο ηηο κηθξέο πηέζεηο, κε ην κέηξν ηεο ηαρχηεηαο λα απμάλεηαη κε ην χςνο.

Δμηζώζεηο θίλεζεο:

^d𝐮_dt

=

-¹_ρ∇HP

↔

^du_dt

=-

¹_ρ^∂P_∂x

νξηδφληηα ζπληζηψζα (2.7)

d𝐰 dt=-g-¹

ρ

∇

vP↔^dw

dt = -g

-

¹_ρ^∂P_∂z

,

θαηαθφξπθε ζπληζηψζα (2.8) Δλ ηέιεη δηαπηζηψλνπκε φηη κεηαθέξεηαη κάδα αέξα ηεο ζεξκήο ζηήιεο, κε ηελ κεηαθνξά λα απμάλεηαη κε ην χςνο (κέγηζηε ξνή ζην χςνο ηεο θνξπθήο ηεο ςπρξήο) θαη πεγαίλεη πξνο ηελ ςπρξή(ζρέζε 2.7). Απηφ έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηελ πηψζε ηεο πίεζεο ηεο ζεξκήο ζηήιεο ζηελ άλσ βάζε, ηελ δεκηνπξγία αλνδηθψλ θηλήζεσλ αέξα απφ ηα ρακειά (ζρέζε 2.8)(- 1/ξ(∂P/∂z)>-g) θαη ηελ πηψζε ηεο πίεζεο ζηελ θάησ βάζε ηεο ζπγθεθξηκέλεο ζηήιεο.

Ζ πίεζε ζηελ βάζε ηεο ςπρξήο ζηήιεο είλαη πιένλ κεγαιχηεξε θαη έηζη παξαηεξείηαη ξνή απφ ηελ θάησ βάζε ηεο ςπρξήο ζηήιεο, γηα λα ζπκπιεξψζεη ην έιιεηκκα ηεο κάδαο ζηελ βάζε ηεο ζεξκήο. Αληίζηνηρα θαη ζηελ ςπρξή ζηήιε γηα λα δηαηεξεζεί ε κάδα(πηψζε πίεζεο), δεκηνπξγείηαη θαζνδηθή ξνή αέξα απφ ηελ άλσ βάζε ηεο (-1/ξ(∂P/∂z)<-g). ΢πλεπψο δεκηνπξγείηαη έλα κηθξήο θιίκαθαο ζεξκηθφ θχηηαξν θπθινθνξίαο, κε αλνδηθέο θηλήζεηο ζην ζεξκφ κέξνο θαη θαζνδηθέο ζην ςπρξφ παξφκνην κε απηφ ηεο ζαιάζζηαο αχξαο, κε ηειηθή θαηάζηαζε λα εμαληιείηαη φιε ε δπλακηθή ελέξγεηα ψζηε λα βξεζεί ζε ζηαηηθή επζηάζεηα, κε ηνλ ζεξκφ αέξα λα έρεη θαηαιάβεη νιφθιεξε ηελ πάλσ πεξηνρή θαη ηνλ ςπρξφ ηελ θάησ.

΢πκπεξαίλνπκε ινηπφλ φηη νη θηλήζεηο γηα λα επέιζεη ε ηζνξξνπία ζε δχν ξεπζηά κε δηαθνξεηηθή ζεξκνθξαζία αξρίδνπλ απφ ηα αλψηεξα ζηξψκαηα.

11

΢ρήκα 2.1 Αιιειεπίδξαζε δχν ζηειψλ αέξα δηαθνξεηηθήο ζεξκνθξαζηαθήο θαηαλνκήο( θφθθηλε- ζεξκή ζηήιε θαη κπιε-ςπρξή ζηήιε).

2.2 ΜΔΓΑΛΖ΢ ΚΛΗΜΑΚΑ΢ ΚΗΝΖ΢ΔΗ΢-ΑΔΡΟΥΔΗΜΑΡΡΟΗ

΢ηελ πξνεγνχκελε ελφηεηα αλαθέξζεθαλ νη δπλακηθέο δηεξγαζίεο πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζε δχν ζηήιεο κηθξήο θιίκαθαο. Αλ νη ζηήιεο αέξα ηεο πξνεγνχκελεο παξαγξάθνπ ήηαλ αξθεηά κεγαιχηεξεο, φπσο γηα παξάδεηγκα δχν ζηήιεο ηηο αηκφζθαηξαο δηαθνξεηηθήο ζεξκνθξαζίαο (κέησπν) ηα πξάγκαηα ζα ήηαλ δηαθνξεηηθά. Ζ αηκφζθαηξα είλαη έλα θνιινεηδέο κέζν κε ζχλζεηε ζεξκνθξαζηαθή δνκή θαη ζχζηαζή θαζ‟ χςνο αιιά θαη νξηδφληηα.

Απηφ ην κείγκα αεξίσλ βξίζθεηαη κέζα ζε βαξπηηθφ πεδίν θαη αθνινπζεί ηελ θαηαλνκή ηζνξξνπίαο κε ηα βαξχηεξα κφξηα λα βξίζθνληαη ζην ρακειφηεξν χςνο θαη ηα ειαθξχηεξα ζε ςειφηεξν. Δμαηηίαο φκσο ησλ ζπλερψλ κεηαβνιψλ θαη ηεο πνιππινθφηεηαο ησλ θπζηθψλ δηεξγαζηψλ έρνπκε ζπλερείο κεηαβνιέο ζηελ πδξνζηαηηθή ηζνξξνπία. Ο ρξφλνο πνπ θάλεη λα επέιζεη ε πδξνζηαηηθή ηζνξξνπία είλαη πνιχ κηθξφηεξνο απ‟ φηη ε ηζνξξνπία απφ ηελ βαξχηεηα. Δπίζεο ιακβάλνπλ κέξνο πην ζχλζεηεο ζεξκνδπλακηθέο θαη κεραληθέο δηεξγαζίεο θαζψο θαη ρεκηθέο αληηδξάζεηο. Δπηπξφζζεηα κεηαβνιή ηεο ζεξκνθξαζίαο κε ην χςνο(θαηαθφξπθε ζεξκνβαζκίδα γ=δζ/δz) είλαη δηαθνξεηηθή θαζψο απνκαθξπλφκαζηε απφ ην έδαθνο(βι. ζρήκα 2.10).

2.2.1 ΔΞΗ΢Χ΢Ζ ΚΗΝΖ΢Ζ΢ ΜΔΓΑΛΖ΢ ΚΛΗΜΑΚΑ΢

΢ε δηαζηάζεηο ηεο θιίκαθαο ηεο αηκφζθαηξαο νη αδξαλεηαθέο δπλάκεηο ιφγσ πεξηζηξνθήο ηεο γεο γίλνληαη ζεκαληηθέο. Λφγσ ηεο δχλακεο coriolis (Fc) ε κεηαθνξά κάδαο δελ πξαγκαηνπνηείηαη πξνο ηηο κηθξφηεξεο πηέζεηο αιιά εθηξέπεηαη πξνο ηα δεμηά(ζην βφξεην εκηζθαίξην), κε απνηέιεζκα λα κελ κεηαβαίλεη πνηέ ζηελ θαηάζηαζε ηζνξξνπίαο, φπσο γίλεηαη ζηελ κηθξήο θιίκαθαο θαη ηα ζεξκηθά θχηηαξα θπθινθνξίαο λα αλαηξνθνδνηνχληαη απφ ηελ γεληθή θπθινθνξία. Ζ δχλακε ηξηβήο (FΣ) θάλεη ηελ παξνπζία ηεο, εθφζνλ νη θαηαζηάζεηο πιένλ δελ είλαη ηδαληθέο, κε ην κέηξν ηεο λα κεηψλεηαη κε ην χςνο εθηξέπνληαο ηελ ξνή πξνο ηηο ρακειφηεξεο πηέζεηο. ΢πλεπψο ε εμίζσζε νξκήο ησλ αηκνζθαηξηθψλ θηλήζεσλ έρεη δχν επηπιένλ ζπληζηψζεο δχλακεο απ‟ φηη νη ζρέζεηο (2.7) θαη (2.8).

12 Δμίζωζε νξκήο γηα αζπκπίεζηα ξεπζηά:

D𝐮

Dt=

-

¹_ρ∇P+FC+FΤ

(2.9)

x-άμνλαο(Γχζε-Αλαηνιή)

∂𝑢

∂t+u^∂𝑢

∂x+v^∂𝑢

∂y+w^∂𝑢

∂z=

-

¹_ρ^∂𝑃_∂x-fv+vΗ(^∂u2

∂²x+^∂u2

∂²y)+vv∂u²

∂²z

y-άμνλαο(Νφηνο-Βνξξάο)

∂𝑣

∂t+u^∂𝑣

∂x

+

v^∂𝑣

∂y+w^∂𝑣

∂z=

-

¹

ρ

∂𝑃

∂y

+

fu

+

vΗ(^∂v2

∂²x

+

^∂v2

∂²y)+vv∂v²

∂²z

z-άμνλαο(θαηαθφξπθνο άμνλαο) ^∂𝑤

∂t+u^∂𝑤

∂x+v^∂𝑤

∂y+w^∂𝑤

∂z

=-

¹_ρ^∂𝑃_∂z^-g+vΗ(^∂w2

∂²x

+

^∂w_∂2y^2)+vv∂w²

∂²z

H παξαπάλσ εμίζσζε είλαη απνηέιεζκα ηνπ δεχηεξνπ λφκνπ ηνπ Νεχησλα. Σν αξηζηεξφ κέινο εθθξάδεη ηελ επηηάρπλζε θαη ην δεμί ηηο ζπληζηψζεο ησλ δπλάκεσλ πξνο ηελ κνλάδα ηεο κάδαο πνπ δξνπλ ζην ξεπζηφ θαη ζηηο ηξεηο δηαζηάζεηο. O δεχηεξνο φξνο ζην δεμί κέινο είλαη ε δχλακε coriolis ζην νξηδφληην επίπεδν(f→ παξάκεηξνο coriolis), ελψ ν φξνο g ζηνλ θαηαθφξπθν άμνλα ε επηηάρπλζε ηεο βαξχηεηαο. Οη ηειεπηαίνη φξνη εθθξάδνπλ ηνπο φξνπο ηεο δηάρπζεο ηεο νξκήο ζηνλ φγθν πνπ πεξηβάιιεη ην ξεπζηφ. Καζψο πιεζηάδνπκε πξνο ην έδαθνο αξρίδεη λα γίλεηαη ζεκαληηθφο ν φξνο ηεο ηξηβήο. Ζ ηξηβή δξα πάληα αληίζεηα ηεο ηαρχηεηαο, κε απνηέιεζκα λα κεηψλεηαη θαηά απφιπηε ηηκή ε ζπληζηψζα ηεο coriolis. Ζ βαζκίδα πίεζεο έξρεηαη ζε ηζνξξνπία κε ηελ ζπληζηακέλε ησλ FT θαη Fc.. ΢ηελ πεξίπησζε απηή ν άλεκνο έρεη ζηξαθεί πξνο ηηο ρακειέο πηέζεηο(ζρήκα 2.2).

΢ρήκα 2.2 Ηζνξξνπία δπλάκεσλ βαξνβαζκίδαο(FP), coriolis(FC) θαη ηξηβήο(FT).

To V είλαη ην νξηδφληην δηάλπζκα ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ.

13 Γύναμη Coriolis Fc

΢ηα κεγάιεο θιίκαθαο θαηλφκελα πξέπεη λα ιάβνπκε ππφςε καο ηελ εθηξνπή ησλ ξεπζηψλ ιφγσ ηεο πεξηζηξνθήο ηεο γεο γχξσ απφ ηνλ εαπηφ ηεο. Οπζηαζηηθά ε coriolis είλαη κηα ςεπδνδχλακε θαη αλαπηχζζεηαη ζε έλα ζψκα πνπ θηλείηαη ζε έλα ζχζηεκα αλαθνξάο ην νπνίν πεξηζηξέθεηαη, φπσο είλαη ε γε. Γειαδή γηα έλαλ παξαηεξεηή πνπ βξίζθεηαη έμσ απφ ηνλ πιαλήηε δελ παξαηεξεί εθηξνπή, ελψ γηα έλαλ παξαηεξεηή πνπ βξίζθεηαη πάλσ ζηελ γε, ηελ νπνία ζεσξεί αθίλεηε, παξαηεξεί εθηξνπή ησλ ζσκάησλ ζηα δεμηά ηεο θίλεζεο ηνπο. ΢πγθεθξηκέλα:

2Ω×u= 2Ω(wcosθ-vsinθ)î+2Ωusinθĵ-2Ωucosθzk̂ (2.10) Χ → γσληαθή ηαρχηεηα ηεο γεο

Θ → γεσγξαθηθφ πιάηνο

u → νξηδφληηα ηαρχηεηα ζηνλ x άμνλα(Αλαηνιή-Γχζε ) v → νξηδφληηα ηαρχηεηα ζηνλ y άμνλα(Βνξξάο-Νφηνο) w → θαηαθφξπθε ηαρχηεηα z άμνλα

Δπεηδή νη γεσθπζηθέο ξνέο έρνπλ πνιχ κεγαιχηεξε νξηδφληηα έθηαζε απ‟ φηη θαηαθφξπθε (αηκφζθαηξα ζαλ θχιιν ραξηί) , νη θαηαθφξπθεο θηλήζεηο είλαη θαηά κέηξν πνιχ κηθξφηεξεο απφ ηηο νξηδφληηεο. Γηα απηφ ηνλ ιφγν κπνξνχκε λα δηψμνπκε ηνλ φξν 2Ωwcosζ απφ x ζπληζηψζα ηεο coriolis. Ο φξνο ηεο θαηαθφξπθεο ζπληζηψζαο είλαη ακειεηένο ζε ζρέζε κε ηηο θαηαθφξπθεο θηλήζεηο θαη κπνξεί λα παξαιεθζεί.

Λφγσ ησλ παξαπάλσ ε ζπληζηψζα δχλακε coriolis γίλεηαη:

Fc= -2Ωvsinθ î+2Ωusinθĵ=-fvî +fuĵ (2.11) f → παξάκεηξνο corolis/πιαλεηηθφο ζηξνβηιηζκφο(f=2Ωvsinζ)

΢ρήκα 2.3 Απφθιηζε ηεο ξνήο ιφγσ ηεο δχλακήο coriolis(δεμηά ηεο θίλεζεο ζην βφξεην θαη αξηζηεξά ζην λφηην εκηζθαίξην).

14 Γύναμη ηπιβήρ FΣ

Ζ δχλακε ηξηβήο αλά κνλάδα κάδαο ζρεηίδεηαη κε ην πεδίν ηαρπηήησλ.

FTi=^∂𝛕ij

∂x_i (2.12)

ηij → ηαλπζηήο δηαηκεηηθήο ηάζεο

ηij=v^𝛛𝐮𝐣

𝛛𝐱_𝐢

v=κ/ξ κ→ ζπληειεζηήο ημψδνπο x’x: Fx=vΗ(^𝜕𝑢2

𝜕𝑥²

+

^𝜕𝑢2

𝜕𝑦²)+vv𝜕_𝑢²

𝜕𝑧²

y’y: Fy=vΗ( ^𝜕𝑣2

𝜕𝑥²+ ^𝜕𝑣2

𝜕𝑦²)+vv𝜕_𝑣²

𝜕𝑧²

z’z: Fz= vΗ (^𝜕𝑤2

𝜕𝑥²+^𝜕𝑤2

𝜕𝑦²)+vv𝜕𝑤2

𝜕𝑧²

Ζ δηαηκεηηθή ηάζε είλαη ε θιίζε ηεο ηαρχηεηαο πνιιαπιαζηαζκέλε κε ην ζπληειεζηή θηλεκαηηθνχ ημψδνπο v (γηα λεπηψλεην-αζπκπίεζην ξεπζηφ). Ζ δηαηκεηηθή ηάζε ζε κία ζηξσηή ξνή πξνθχπηεη απφ αληαιιαγέο νξκήο ζε κνξηαθφ επίπεδν θαη αλ ην κέζν είλαη θαη αζπκπίεζην ε ηάζε δίλεηαη απφ ηελ ζρέζε: κ∂ui/∂xj+∂uj/∂xi. ΢ε κεγάιεο θιίκαθαο ξνέο, ε απνδφκεζε γίλεηαη ζε κνξθή ζηξνβίισλ(ηχξβε) ελψ γηα κηθξφηεξεο θιίκαθαο ε ηξηβή δξα ζε κνξηαθφ επίπεδν. Ζ ηξηβή ή ε ηχξβε παξάγεηαη ιφγσ ησλ δηαηκεηηθψλ ηάζεσλ πνπ αλαπηχζζνληαη παξάπιεπξα ηεο ξνήο, είηε ιφγσ ηεο επαθήο κε ηνλ πεξηβάιινληα αέξα είηε ιφγσ ηεο επαθήο κε ηελ επηθάλεηα.

Οη ζπληειεζηέο vΖ θαη vv πξνέξρνληαη απφ πεηξακαηηθέο εθηηκήζεηο θαη νη πξνηεηλφκελεο ηηκέο γηα ηελ θαηψηεξε αηκφζθαηξα είλαη 10⁵ m²/s θαη 10 m²/s αληίζηνηρα. Ζ κεγάιε δηαθνξά ηνπο νθείιεηαη ζην φηη νη αληαιιαγέο νξκήο θαηά κήθνο κηαο νξηδφληηαο επηθάλεηαο είλαη πνιχ αζζελέζηεξεο απφ εθείλεο ζε κία θάζεηε. Απηφ παξαηεξείηαη γηαηί ζηελ κειέηε ηεο αηκφζθαηξαο(κεγάιε θιίκαθα) γίλεηαη ππφ ηελ κνξθή αβαζψλ ζηξσκαηνπνηεκέλσλ επηπέδσλ, φπνπ νη θάζεηεο ηαρχηεηεο είλαη πνιχ κηθξφηεξεο απφ ηηο νξηδφληηεο.

Γύναμη βαπύηηηαρ και θςγόκενηπορ

Ζ βαξχηεηα κε ηελ θπγφθεληξν είλαη δχν δπλάκεηο κε αληίζεηεο θαηεπζχλζεηο, φπνπ ε βαξχηεηα έιθεη ην ζψκα πξνο ηελ γε ελψ ε θπγφθεληξνο ηα εθηξέπεη πξνο ηα έμσ απφ ηνλ άμνλα ηεο πιαλεηηθήο πεξηζηξνθήο.΢ηνπο ππνινγηζκνχο, ν ζπλδπαζκφο ησλ δχν απηψλ δπλάκεσλ θαζνξίδεη ηελ ελεξγφ επηηάρπλζε ηεο βαξχηεηαο(geffective), ε νπνία πεξηιακβάλεη εθηφο ηεο επηηάρπλζε ηεο βαξχηεηαο θαη ηελ επηηάρπλζε ηεο θπγνθέληξνπ.

geffective= g+Ω²r (2.13)

15 Ζ επηηάρπλζε ιφγσ ηεο θπγνθέληξνπ ζπλήζσο παξαιείπεηαη, δηφηη Ω²r‹‹g άξα geffective≈g

2.2.2 ANEMOI

΢ηε ζπγθεθξηκέλε ελφηεηα γίλεηαη αλαθνξά δηαθφξσλ εηδψλ αλέκσλ, νη νπνίνη ζρεηίδνληαη κε ηνλ αεξνρείκαξξν, αλάινγα κε ηηο ζπληζηψζεο ηεο δχλακεο πνπ ζπκκεηέρνπλ ζηελ εμίζσζε θίλεζεο(Γεωζηξνθηθόο- Αγεωζηξνθηθόο άλεκνο) αιιά θαη ην αίηην πνπ ηνπο πξνθαιεί(Θεξκηθόο άλεκνο-άλεκνο Βαζκίδαο).

Γεωζηξνθηθόο άλεκνο

΢ε κεγάια χςε νη ηζνβαξείο είλαη επζείεο ηφηε ν αηκνζθαηξηθφο αέξαο δέρεηαη ηελ επίδξαζε ηεο δχλακεο βαξνβαζκίδαο (-1/ξ ∇P), ε νπνία ηνλ κεηαθηλεί αξρηθά απφ ηηο πςειέο πξνο ηηο ρακειέο πηέζεηο. Σελ ζηηγκή πνπ κεηαβάιιεη ηελ θηλεηηθή ηνπ θαηάζηαζε, δξα ε δχλακε Coriolis (Fc) θαη ηνλ εθηξέπεη πξνο ηα δεμηά ηεο ξνήο(ζην Βφξεην Ζκηζθαίξην). Ο άλεκνο πνπ δεκηνπξγείηαη απφ ηελ ηζνξξνπία ησλ δχν απηψλ δπλάκεσλ, νλνκάδεηαη γεσζηξνθηθφο άλεκνο(ζρήκα 2.4). Σν νιηθφ δηαθνξηθφ ηεο ηαρχηεηαο σο πξνο ηνλ ρξφλν θαη ε ηξηβή ζεσξνχληαη ακειεηέεο(απφ δηαζηαηηθή αλάιπζε).

Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ε ζπληζηακέλε ησλ δχν δπλάκεσλ είλαη ζρεδφλ κεδέλ, νπφηε ε ηαρχηεηα ζηαζεξνπνηείηαη (Du/Dt=0) θαη ε δχλακε ηξηβήο(FT) γίλεηαη ακειεηέα ζε χςε κεγαιχηεξα ησλ 1000m(ζρέζε 2.9). Ζ εμίζσζε νξηδφληηαο θίλεζεο γηα ζπλνπηηθήο θιίκαθαο θηλήζεηο ζηελ ειεχζεξε αηκφζθαηξα γίλεηαη:

-

¹

ρ∇hP+fVh =0 (2.14)

x’x: vg= ¹

fρ

∂P

∂x

y’y: ug=-¹

fρ

∂P

∂y

΢ρήκα 2.4 Οξηδόληηα ηαρύηεηα ηνπ γεσζηξνθηθνύ αλέκνπ(κπιε θνξέαο), από- ηέιεζκα ηεο ηζνξξνπίαο ησλ δπλάκεσλ βαξνβαζκίδαο(θόθθηλνο θνξέαο) θαη coriolis(γαιάδηνο θνξέαο). Οη νξηδόληηεο επζείεο απεηθνλίδνπλ ηηο ηζνβαξηθέο θακπύιεο, κε ηηο κεγάιεο πηέζεηο θάησ.

16 Όζν πην ππθλέο είλαη νη ηζνβαξείο θακπχιεο ζε έλα ράξηε επηθαλείαο, ηφζν πην κεγάιε είλαη ε δχλακε βαξνβαζκίδαο θαη ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ. Μεγαιχηεξεο απνθιίζεηο απφ ηε γεσζηξνθηθή ξνή παξαηεξνχληαη θνληά ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο φπνπ ε δχλακε ηεο ηξηβήο παίδεη ζεκαληηθφηεξν ξφιν ζηελ ηζνξξνπία δπλάκεσλ.

Ζ γεσζηξνθηθή ηζνδπλακία δελ ηζρχεη ζηηο κέγηζηεο ηαρχηεηεο ελφο αεξνρεηκάξξνπ(κέγηζην αεξνρεηκάξξνπ) (Shapiro θαη Kennedy, 1981 Vaisanen, 1954; Cammas θαη Ramond, 1989). Ο φξνο ηεο coriolis είλαη ζεκαληηθφο ζε ζρέζε κε ηελ επηηάρπλζε θαη ηελ επηβξάδπλζε ηνπ αλέκνπ κε απνηέιεζκα λα παξαηεξείηαη ζχγθιηζε/απφθιηζε θαη θαζνδηθέο/αλνδηθέο θηλήζεηο θάησ απφ ηνλ αεξνρείκαξξν (Μπξηθαο, 2006).

Αγευζηποθικόρ άνεμορ

Αγεσζηξνθηθφο άλεκνο νξίδεηαη σο ε δηαλπζκαηηθή δηαθνξά ηνπ πξαγκαηηθνχ θαη γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ.

Vag= V-Vg (2.15)

Ο άλεκνο απηφο νπζηαζηηθά καο θαλεξψλεη ηελ απφθιηζε ηνπ πξαγκαηηθνχ αλέκνπ απφ ηνλ γεσζηξνθηθφ. Ζ απφθιηζε απηή κπνξεί λα νθείιεηαη ζηελ ηξηβή, ζηηο αιιαγέο ζην πεδίν πηέζεσλ κε ρξφλν(ηζαιινβαξηθφο άλεκνο), φηαλ νη ηζνβαξείο είλαη θακπχιεο, φηαλ ε κεηαηφπηζε σο πξνο ην γ.π. είλαη έληνλε(∂f/∂y→αξθεηά κεγάιν) θαη γεληθφηεξα δηαθφξσλ δηαηαξαρψλ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζηελ δπηηθή ξνή.

Ζ εμίζσζε θίλεζεο ζε ηζνβαξηθέο ζπληεηαγκέλεο, αλ δελ ιάβνπκε ππφςε ηηο ηξηβέο, κπνξεί λα πάξεη ηελ κνξθή:

∂v

∂t=-(V∇)V-ω^∂𝐕

∂P-fk̂×V-∇Φ ↔ ^d𝐕

dt

=-ω

^∂𝐕_∂P-fk̂×V-∇Φ (2.16) Ζ κεηαβιεηή V είλαη ε νξηδφληηα ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ ζε έλα ηζνβαξηθφ επίπεδν, σ=dP/dt ε θαηαθφξπθε ηαρχηεηα,f ε παξάκεηξνο coriolis θαη Φ=gz ην γεσδπλακηθφ. ΢ηελ πεξίπησζε πνπ ε ξνή είλαη γεσζηξνθηθή, ε εμίζσζε παίξλεη ηελ κνξθή:

0=fVg×k̂-∇Φ ↔ ∇Φ=fVg×k̂ (2.17)

Αληηθαζηζηψληαο ζηελ πξψηε εμίζσζε ην γεσδπλακηθφ, ε εμίζσζε κπνξεί λα γξαθηεί:

d𝐕

dt=f(V-Vg)×k̂↔ ^d𝐕

dt=f(Vag)×k̂ ↔ Vag=1/f(k̂×^d𝐕

dt) (Holton) (2.18) Απφ ηελ ζπγθεθξηκέλε εμίζσζε κπνξνχκε λα ζπκπεξάλνπκε φηη ε επηηάρπλζε ηνπ πξαγκαηηθνχ αλέκνπ είλαη έλα δηάλπζκα θάζεην ζηνλ αγεσζηξνθηθφ άλεκν.

17 Θεπμικόρ άνεμορ

Ο ζεξκηθφο άλεκνο είλαη ε θαηαθφξπθε κεηαβνιή ηνπ γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ πνπ νθείιεηαη ζηελ νξηδφληηα ζεξκνβαζκίδα θαη νξίδεηαη σο ε δηαλπζκαηηθή δηαθνξά ηνπ γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ ηνπ θαηψηεξνπ απφ απηή ηνπ αλσηέξνπ. Ο αεξνρείκαξξνο είλαη απνηέιεζκα ηζρπξήο νξηδφληηαο ζεξκνβαζκίδαο, ζπλεπψο ζεσξείηαη ζεξκηθφο άλεκνο. ΢ηελ πξάμε δελ είλαη άλεκνο αιιά βαζκίδα αλέκνπ ιφγσ ησλ δηαθνξεηηθψλ ζεξκνθξαζηψλ ζηα δηάθνξα ηζνβαξηθά επίπεδα. Αλ ζεσξήζνπκε φηη νη ηζφζεξκεο αληηπξνζσπεχνπλ ηελ θαηαλνκή ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο Σ ηνπ αεξίνπ ζηξψκαηνο κεηαμχ ησλ ηζνβαξηθψλ επηθαλεηψλ κε πίεζε P0 θαη P1 (φπνπ P0 >

P1), παξαηεξνχκε απφ ηελ εμίζσζε 2.19 φηη ε δηεχζπλζε ηνπ ζεξκηθνχ αλέκνπ είλαη παξάιιειε ζηηο ηζφζεξκεο κε ηηο ρακειέο ζεξκνθξαζίεο αξηζηεξά (Β. εκηζθαίξην):

V

T

=V

g1

-V

g0

=(R

α

/f)k×∇T ln(P

o

/P

1

)

(2.19) Ο ζεξκηθφο άλεκνο έρεη ζεκαληηθή ζεκαζία ζηελ εθηίκεζε ηεο νξηδφληηαο κεηαθνξάο ζεξκνθξαζίαο. Ζ ζηξνθή ηνπ γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ κε ηελ θνξά θίλεζεο ησλ δεηθηψλ ηνπ ξνινγηνχ ππνδειψλεη ζεξκή κεηαθνξά, ελψ αληίζηξνθα ςπρξή κεηαθνξά αεξίσλ καδψλ(ζρήκα 2.5).

Ο ζεξκηθφο άλεκνο είλαη έλα δηαγλσζηηθφ εξγαιείν πνπ κπνξνχκε λα ζπζρεηίζνπκε ηελ κεηαβνιή ηνπ γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ κε ην χςνο, κε ηελ νξηδφληηα ζεξκνβαζκίδαο.

Ζ αξρή ηνπ ζεξκηθνχ αλέκνπ εθθξάδεηαη απφ ηε ζρέζε(James,1994):

∂𝐕g

∂lnP =-R/f ^R

fk̂×∇PT (2.20)

΢χκθσλα κε ηε ζρέζε, αθνχ ν άλεκνο απμάλεηαη γξήγνξα θαζ‟ χςνο θάησ απφ ηνλ αεξνρείκαξξν, ε ζεξκνβαζκίδα εθεί ζα πξέπεη λα είλαη ηζρπξή θαη θαηεπζπλφκελε πξνο ηα δεμηά ηεο ξνήο ηνπ αεξνρεηκάξξνπ (Μπξίθαο,2006).

΢ρήκα 2.5 Γηαλπζκαηηθή απεηθφληζε ηνπ ζεξκηθνχ αλέκνπ ΢ηελ αξηζηεξή εηθφλα παξαηείλεηαη ςπρξή κεηαθνξά ελψ ζηε δεμηά ζεξκή.VT→ ζεξκηθφο άλεκνο, Vg0→ αξρηθή ηαρχηεηα γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ θαη Vg1→ ηειηθή ηαρχηεηα γεσζηξνθηθνχ αλέκνπ.

18

΄Ανεμορ Βαθμίδαρ

Αλ ν άλεκνο αθνινπζεί θακπχιε ηξνρηά, ηφηε ζηα κφξηα ηνπ αέξα αζθείηαη θαη ε θπγφθεληξνο πνπ ηα εθηξέπεη απφ ηελ ηξνρηά ηνπο. Ο άλεκνο έρεη απηή ηελ ηξνρηά φηαλ θαη νη ηζνβαξείο/ηζνυςείο είλαη θακπχιεο. ΢ε απηή ηελ πεξίπησζε ν φξνο ηεο νιηθήο παξαγψγνπ ηεο ηαρχηεηαο σο πξνο ηνλ ρξφλν(επηηάρπλζε) DV/Dt, ζηηο εμηζψζεηο Navier-Stokes, ζρέζε 2.9, είλαη ζεκαληηθφο.

V² R= -¹

ρ ∇P -f k̂×V ↔ ^V2

R=- ∂Φ^𝜕𝛷

𝜕𝑛 -fV (2.21)

Γηα γεσζηξνθηθή ξνή fVg=- ^𝜕𝛷

𝜕𝑛 V²

R= fVg -f V (2.22)

΢ηελ θπθισληθή ηξνρηά, ε θπγφθεληξνο εληζρχεηαη απφ ηελ coriolis(δξνπλ θαη νη δχν δεμηά ηεο θίλεζεο) θαη έηζη ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ είλαη κηθξφηεξε ηνπ γεσζηξνθηθνχ(βι. ζρήκα 2.6.(α)). ΢ηελ αληηθπθισληθή θπθινθνξία ε θπγφθεληξνο θαη ε coriolis είλαη αληίζεηεο κε απνηέιεζκα λα πξέπεη λα αλαπηπρζεί ππεξγεσζηξνθηθή ηαρχηεηα αλέκνπ γηα λα επηηεπρζεί ηζνξξνπία(βι. ζρήκα 2.6.(β)). ΢ε κεγάια χςε φπσο απηά ηνπ αεξνρεηκκάξνπ, ζηελ κεξηά ηεο ζθήλαο πθέζεσλ, φπνπ ε θακππιφηεηα είλαη ζεηηθή, ε ηηκή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ είλαη κηθξφηεξε απφ ηνπ γεσζηξνθηθνχ. Σν αληίζεην γίλεηαη ζηελ ζθήλα εμάξζεσλ.

Λχλνληαο ηελ δεπηεξνβάζκηα εμίζσζε 2.22 έρνπκε:

Γηα θπθιωληθή θακππιόηεηα

:

V=-¹

2fR +(^R2f2

4 +RfVg )^1/2 (2.23)

│Vg│>│V│

Γηα αληηθπθιωληθή θακππιόηεηα: V=-¹

2fR -(^R2f2

4 +RfVg )^1/2 (2.24)

│V│<│Vg│

(α) (β)

19

΢ρήκα 2.6 Οη ζπληζηψζεο ησλ δπλάκεσλ πνπ δξνπλ ζε θπθισληθή(α) θαη ζε αληηθπθισληθή ηξνρηά(β) ρσξίο ηξηβέο. Ζ δχλακε βαξνβαζκίδα- θφθθηλνο θνξέαο, ε δχλακε coriolis-πξάζηλνο θνξέαο θαη ε θπγφθεληξνο-γαιάδηνο θνξέαο.

2.2.3 ΑΠΟΚΛΗ΢Ζ ΚΑΗ ΚΑΣΑΚΟΡΤΦΔ΢ ΚΗΝΖ΢ΔΗ΢

Γηα ηνπο ζθνπνχο ηεο δπλακηθήο ησλ γεσθπζηθψλ ξεπζηψλ κπνξεί λα παξζεί πξφζζεηε απινχζηεπζε κε ηε πξνζέγγηζε Boussinesq ρσξίο λα ππάξρεη απψιεηα ηεο αθξίβεηαο.

΢ηα πεξηζζφηεξα γεσθπζηθά ζπζηήκαηα ε ππθλφηεηα ηνπ ξεπζηνχ πνηθίιεη. Ο αέξαο ηεο αηκφζθαηξαο γίλεηαη ζηαδηαθά πην αξαηφο κε ην πςφκεηξν, θαη ε ππθλφηεηά ηνπ θπκαίλεηαη απφ έλα κέγηζην ζην επίπεδν ηνπ εδάθνπο ζε ζρεδφλ κεδέλ ζε κεγάια χςε. Οη πεξηζζφηεξεο απφ ηηο αιιαγέο ππθλφηεηαο, κπνξνχλ λα απνδνζνχλ ζε αιιαγέο ηεο πδξνζηαηηθήο πίεζεο, αθήλνληαο κφλν κηα κέηξηα κεηαβιεηφηεηα πνπ πξνθαιείηαη απφ άιινπο παξάγνληεο. Δπί πιένλ, νη θαηξηθέο ζπλζήθεο πεξηνξίδνληαη ζην ρακειφηεξν ζηξψκα, πνπ είλαη ε ηξνπφζθαηξα, κέζα ζην νπνίν νη κεηαβνιή ηεο ππθλφηεηαο πνπ είλαη ππεχζπλε γηα ηνπο αλέκνπο είλαη ζπλήζσο ιηγφηεξν απφ 5% (Roisin θαη Beckers). Γεσθπζηθέο ξνέο δείρλνπλ φηη νη ζρεηηθέο κεηαβνιέο ηεο ππθλφηεηαο ζην ρξφλν θαη ζην ρψξν, δελ είλαη κεγαιχηεξεο θαη ζπλήζσο πνιχ κηθξφηεξεο απφ ηηο κεηαβνιέο ηνπ πεδίνπ ηαρπηήησλ.

Boussinesq: ∇u=0

↔

^𝜕𝐮

𝜕𝑥

+

^∂𝐯

∂y

+

^𝜕𝒘

𝜕𝑧

=0 ↔

D

=

^𝜕𝐮

𝜕𝑥

+

^∂𝐯

∂y

=-

^𝜕𝒘

𝜕𝑧 (2.25)

΢ρήκα 2.7 ΢ρέζε ηεο νξηδφληηαο θαη θαηαθφξπθεο απφθιηζεο θαη ζχγθιηζεο ζηελ ηξνπφζθαηξα.

Ζ εμίζσζε 2.25 θαλεξψλεη φηη ε νξηδφληηα απφθιηζε(D>0) ή ζχγθιηζή(D<0) ζρεηίδεηαη κε ηελ θαηαθφξπθε ζχγθιηζε ή απφθιηζε αληίζηνηρα, θάηη πνπ είλαη αλαγθαίν γηα λα δηαηεξεζεί ε ππθλφηεηα ζηαζεξή σο πξνο ηνλ ρξφλν. Απηφ γηαηί φηαλ κία ξνή ζπγθιίλεη ή απνθιίλεη ζε

20 νξηδφληην επίπεδν, σο πξνο έλα θέληξν, ηφηε δεκηνπξγείηαη εθξνή ή εηζξνή κάδαο σο πξνο ην θαηαθφξπθν επίπεδν γηα λα δηαηεξεζεί ε ππθλφηεηα ζηαζεξή.

Ωζηφζν, γηα θηλήζεηο ζπλνπηηθήο θιίκαθαο ζηα κέζα πιάηε, ε νξηδφληηα ηαρχηεηα είλαη ζρεδφλ ζε γεσζηξνθηθή ηζνξξνπία. Δθηφο απφ ηελ κηθξή επίδξαζε ιφγσ ηεο κεηαβνιήο ηεο παξακέηξνπ Coriolis, ν γεσζηξνθηθφο άλεκνο δελ είλαη απνθιίλνλ(κηθξή απφθιηζε), φπνπ νη φξνη ∂ug/∂x θαη ∂vg/∂y είλαη ζρεδφλ ίζνη ζε κέγεζνο αιιά αληίζεην πξφζεκν. Έηζη, ε νξηδφληηα απφθιηζε νθείιεηαη θπξίσο ζηηο κηθξέο απνθιίζεηο ηνπ αλέκνπ απφ ην γεσζηξνθηθφ ηζνδχγην(ζρέζε 2.16). Έλα ζθάικα ηεο ηάμεο ηνπ 10% ζηηο ζπληζηψζεο ηνπ αλέκνπ κπνξεί εχθνια λα πξνθαιέζεη πνιχ κεγαιχηεξν ζθάικα ζηελ απφθιηζε. Γηα ην ιφγν απηφ, ε κέζνδνο εμίζσζε ζπλέρεηαο δελ ζπληζηάηαη γηα ηελ εθηίκεζε ηνπ πεδίνπ θάζεηεο θίλεζεο απφ ηνπο παξαηεξνχκελνπο νξηδφληηνπο αλέκνπο (Holton).

΢πλδπάδνληαο ηηο ζρέζεηο 2.14, 2.15 θαη 2.25 θαηαιήγνπκε:

V = Vg +Vag

∇HV=∇H(Vg+Vag)=∇HVg+∇HVag= _fρ¹ _{∂x ∂𝑦}^∂2P −_fρ^{1 ∂P}_∂x +^𝜕𝐮_𝜕𝑥^𝐚𝐠

+

^∂𝐯_∂y^𝐚𝐠

↔

↔

∇HV

=

^{𝜕𝐮𝐚𝐠}

𝜕𝑥

+

^{∂𝐯𝐚𝐠}

∂y

(2.26)

Ζ παξαπάλσ έθθξαζε είλαη ρξήζηκε γηα ηελ κειέηε ησλ αεξνρεηκάξξσλ.

΢ε ιζοβαπικέρ ζςνηεηαγμένερ η εξίζυζη μποπεί να γπαθηεί:

D=^{𝜕𝐮𝐚𝐠}

∂x

+

^{∂𝐯𝐚𝐠}

∂y =

−

^∂𝐰

∂P

(2.27)

2.2.4 ΦΤ΢ΗΚΖ ΔΡΜΖΝΔΗΑ ΣΖ΢ ΑΠΟΚΛΗ΢Ζ΢/΢ΤΓΚΛΗ΢Ζ΢

΢ην ζχζηεκα θπζηθψλ ζπληεηαγκέλσλ ε απφθιηζε, θαηά ηελ θίλεζε ζε δχν δηαζηάζεηο, δίλεηαη απφ ηελ ζρέζε:

D=^𝜕𝑽

𝜕𝑠

+

^𝜕𝛽_𝜕𝑛 =

−

^∂𝐰_∂P

(2.28)

 ∂V/∂s: Ο ζπγθεθξηκέλνο φξνο θαλεξψλεη ηελ απφθιηζε/ζχγθιηζε ηεο ηαρχηεηαο ζε κία ξεπκαηνγξακκή. Όηαλ θαηά κήθνο κηαο ξεπκαηνγξακκήο ε ηαρχηεηα απμάλεηαη ηφηε ∂V/∂s>0, επνκέλσο ζεηηθφο φξνο ζηελ D, νπφηε επλνείηαη ε απφθιηζε. Αληηζέησο αλ ε ηαρχηεηα κεηψλεηαη ηφηε ∂V/∂s<0, φξνο ζηελ D είλαη αξλεηηθφο, νπφηε επλνείηαη ε ζχγθιηζε.

 V∂β/∂n: Ο φξνο απηφο καο δείρλεη ηελ απφθιηζε/ζχγθιηζε ησλ θαηεπζχλζεσλ ησλ ηαρπηήησλ. Αλ νη ξεπκαηνγξακκέο απνθιίλνπλ θαηά ηελ θνξά ηνπ αλέκνπ ηφηε V∂β/∂n>0, ελψ εάλ ζπγθιίλνπλ V∂β/∂n<0, πξνθαιψληαο έηζη απφθιηζε θαη ζχγθιηζε αληίζηνηρα.

Ζ ζχγθιηζε ή ε απφθιηζε ησλ ξεπκαηνγξακκψλ ζπλνδεχεηαη κε αχμεζε ή κείσζε ησλ ηαρπηήησλ θαη θαηά ζπλέπεηα ζχγθιηζε ή απφθιηζε κάδαο αληίζηνηρα. ΢ε θάζε κία απφ ηηο παξαπάλσ πεξηπηψζεηο δελ είλαη πξνθαλήο ν φξνο πνπ ππεξηζρχεη, δηφηη νη δχν παξαπάλσ ζπληζηψζεο έρνπλ αληίζεηα