Μελέτη διασύνδεσης ανωμαλιών της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας στο βόρειο ημισφαίριο που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια ακραίων κλιματικών φαινομένων στην ανατολική Μεσόγειο

Abstract

In this thesis, the relationship of prolonged dry and wet spells in Eastern Mediterranean with large-scale surface and upper circulation over the Northern Hemisphere, as well as the impact of orography on these spells in Greece are investigated. First, a climatological analysis of extreme dry and wet spells in Eastern Mediterranean is accomplished, on seasonal basis, concerning the time period 1958-2000, using daily observational precipitation data. The extreme dry and wet spells are defined by means of the climatic indices, CDD (Consecutive Dry Days) and CWD (Consecutive Wet Days) respectively. Then, estimating the number of stations exceeding the 0.95 percentile of CDD and CWD values, the “extreme dry and wet seasons” were defined, while using the Generalized Extreme Value Distribution (GEV) the return level of the longest dry and wet spells with frequency of occurrence 50 years were assessed. The linkage between the large scale circulation patterns prevailing over the North Hemisphere during extreme dry and wet periods in Eastern Mediterranean was investigated using the statistical method Singular Value Decomposition Analysis (SVDA). Since SVDA is a newly appeared method, the widely used CCA was performed and the results of both methods were compared for extreme dry spells data.The impact of orography on prolonged wet and dry spells was investigated over Greece, during two “extreme seasons” (winter 1984, summer 1993), employing the regional climate model RegCM3.1. It was found that North Turkey and West Greece present the largest extreme wet spells for all seasons and are most vulnerable to extremely long wet spells compared to the rest areas. Generalized Extreme Value Distribution (GEV) can fit well on CDD and CWD station data, for all seasons except from summer. The duration of maximum dry and wet periods over Eastern Mediterranean is affected by the combined surface and upper level large-scale circulation over the greater Atlantic area and Europe (North Atlantic Oscillation, Eastern Mediterranean Pattern, Arctic Oscillation), as well as by events of synoptical scale, such as the Persian Gulf trough and the Saharian depressions. SVDA seems capable of capturing the prevailing circulation patterns that affect extreme dry spells duration. Orography and sea greatly affect extreme dry and wet spells duration during two extreme seasons with typical.

Στόχος της διατριβής είναι η διερεύνηση της επίδρασης της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας μεγάλης κλίμακας του Βόρειου ημισφαιρίου στις ακραίες ξηρές και υγρές περιόδους στην Ανατολική Μεσόγειο, καθώς και της ορογραφίας στις περιόδους αυτές στην Ελλάδα. Αρχικά, πραγματοποιείται κλιματολογική μελέτη των ακραίων ξηρών και υγρών περιόδων και των χαρακτηριστικών τους για τη περίοδο 1958-2000 σε εποχιακή βάση, με τη χρήση ημερησίων παρατηρησιακών δεδομένων βροχόπτωσης. Η μελέτη της χωροχρονικής κατανομής των περιόδων αυτών έγινε χρησιμοποιώντας τους κλιματικούς δείκτες CDD και CWD (Μέγιστος αριθμός συνεχόμενων ξηρών και υγρών ημερών αντίστοιχα). Έπειτα, ορίστηκαν οι «ακραίες ξηρές και υγρές εποχές» υπολογίζοντας τον αριθμό των σταθμών που οι τιμές των παραπάνω κλιματικών δεικτών ξεπερνούν το 0.95 ποσοστιαίο σημείο τους, ενώ χρησιμοποιώντας την κατανομή GEV (Generalized Extreme Value distribution) υπολογίστηκαν οι τιμές επιστροφής των ακραίων αυτών περιόδων με συχνότητα επανάληψης 50 έτη. Η σχέση της πλανητικής κυκλοφορίας με τις ακραίες περιόδους μελετήθηκε χρησιμοποιώντας την νεοεμφανιζόμενη μέθοδο Ανάλυσης Μοναδιαίων Τιμών (Singular Value Decomposition Analysis, SVDA). Τα αποτελέσματα της μεθόδου συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα της γνωστής Ανάλυσης Κανονικών Συσχετίσεων (CCA). Η εκτίμηση της επίδρασης της ορογραφίας στις ακραίες ξηρές και υγρές περιόδους έγινε για την Ελλάδα κατά τη διάρκεια δύο «ακραίων εποχών» (χειμώνας 1984, καλοκαίρι 1993) χρησιμοποιώντας το περιοχικό κλιματικό μοντέλο RegCM3.1. Προέκυψε ότι η δυτική Ελλάδα και η βόρεια Τουρκία εμφανίζουν τις μέγιστες υγρές περιόδους και τη μέγιστη πιθανότητα να βιώσουν εξαιρετικά μεγάλες υγρές περιόδους στο μέλλον. Η κατανομή GEV μπορεί να περιγράψει με επιτυχία τις χρονοσειρές ακραίων ξηρών και υγρών περιόδων στην Ανατολική Μεσόγειο σε όλες τις εποχές, εκτός από το καλοκαίρι. Οι μέγιστες ξηρές και υγρές περίοδοι επηρεάζονται έντονα από την ατμοσφαιρική κυκλοφορία μεγάλης κλίμακας, όπως είναι η Βόρεια Ατλαντική Κύμανση, η τηλεσύνδεση της Ανατολικής Μεσογείου, η Αρκτική Κύμανση, σε συνδυασμό με φαινόμενα συνοπτικής κλίμακας (Σφήνα ύφεσης του Περσικού, Σαχαριανές υφέσεις). Η SVDA είναι αποτελεσματική για τη διερεύνηση της επίδρασης της κυκλοφορίας στις ακραίες ξηρές περιόδους. Σε δύο περιπτώσεις ακραίων εποχών, με αντιπροσωπευτικούς τύπους κυκλοφορίας οι προσομοιώσεις του RegCM3.1 έδειξαν σημαντική επίδραση της ορογραφίας αλλά και της θάλασσας στις ακραίες ξηρές και υγρές περιόδους στην Ελλάδα.