Μελέτη των χαρακτηριστικών του φαινομένου της ομίχλης στο αεροδρόμιο "Μακεδονία" και δυνητικότητα αντιμετώπισης αυτού

Abstract

In this study the characteristics of the fog phenomenon at the “Macedonia” airport of Thessaloniki in different vertical and horizontal scales and with different tools have been examined, in order to lay the foundation in the effort of addressing it. According to the climatological study of the time period 1971-2005, the mean annual fog formation frequency reaches 18 events/year, with 4.5 h mean duration, while the fog is mainly dense (75%) and warm (94%). Fog usually (64%) forms during the period November-January. Concerning the classification of 282 fog events, four fog types are more frequently formed at the airport: advection, radiation, cloud base lowering and precipitation. The intraday distribution of the fog events’ occurrence frequency was studied generally and specifically for each fog type. The main air flow within the Anthemountas valley constitutes a favorable factor for fog formation. The radiative nocturnal cooling, due to the prevalence of a ridge and moreover of anticyclonic circulation at the upper atmosphere and of the divergence at the surface, influences the formation of radiation fog, while the upper atmosphere southwest circulation and the transfer of warm and humid air masses over the airport area affects the formation of advection fog. The fog thermohydrometric characteristics were studied with the use of the coupled WRF-COBEL model for the advection-radiation fog of the 20 January 2008. The coupling of the 3D model WRF-ARW with the 1D model COBEL-ISBA was achieved by the use of an interface which was validated with real measurements, while its sensitivity to six combinations of WRF microphysics and boundary layer schemes was examined. According to the tests performed, the combination of the Thompson microphysics scheme with the Mellor-Yamada-Janjic boundary layer scheme was selected. WRF-COBEL simulates much more satisfactorily the 2 m air temperature and relative humidity, in comparison with WRF alone. The increase of temperature by 1°C in the vertical and at the initiation of WRF-COBEL counteracts the duration and density of the fog event, while a similar decrease of 1°C is enough for the formation of a denser fog that later on transforms into a stratiform cloud. The increase of specific humidity from 0.5 g kg⁻¹ to 0.7 g kg⁻¹ in the vertical leads to the simulation of a much earlier fog formation in regard with reality, triggering a low cloud formation later on. On the other hand, a similar decrease of the parameter from 0.5 g kg⁻¹ to 0.7 g kg⁻¹ has opposite effects. Last, a probable increase of soil temperature at four depths by 1°C leads to the delay of fog formation, while fog is less dense. A similar temperature decrease has opposite effects. The warm fog clearing method by creation of precipitation with seeding of hygroscopic particles is a promising method that, according to the knowledge gained through the present study and combined with what is already known, seems to be a prospective solution for fog dissipation at the “Macedonia” airport.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του φαινομένου της ομίχλης στο αεροδρόμιο «Μακεδονία» της Θεσσαλονίκης σε διαφορετικές κατακόρυφες και οριζόντιες κλίμακες και με διαφορετικά εργαλεία με απώτερο σκοπό να τεθούν οι βάσεις σε μια προσπάθεια αντιμετώπισης του φαινομένου. Από την κλιματολογική μελέτη του χρονικού διαστήματος 1971 2005 προέκυψε ότι η μέση ετήσια συχνότητα εμφάνισης της ομίχλης είναι 18 επεισόδια/έτος με μέση διάρκεια 4,5 ώρες ενώ η ομίχλη είναι κυρίως πυκνή (75%) και θέρμη (94%). Η ομίχλη εμφανίζεται συχνότερα (64%) κατά το διάστημα Νοέμβριου-Ιανουαρίου. Με βάση την ταξινόμηση 282 επεισοδίων ομίχλης τέσσερα είδη σχηματίζονται πιο συχνά στο αεροδρόμιο μεταφοράς ακτινοβολίας ελάττωσης της βάσης νέφους και βροχής. Μελετήθηκε η ενδοημερήσια κατανομή της συχνότητας εμφάνισης των επεισοδίων γενικά και ειδικά για κάθε είδος ομίχλης. Η επικρατούσα ροή της κοιλάδας του Ανθεμούντα αποτελεί ευνοϊκό παράγοντα στο σχηματισμό του φαινομένου. Η νυχτερινή ψύξη λόγω ακτινοβολίας εξαιτίας της επικράτησης ράχης και κατ’ επέκταση αντικυκλωνικής κυκλοφορίας στην ανώτερη ατμόσφαιρα και απόκλισης στην επιφάνεια επηρεάζει την εμφάνιση της ομίχλης ακτινοβολίας, ενώ η νοτιοδυτική κυκλοφορία στην ανώτερη ατμόσφαιρα και η μεταφορά στην επιφάνεια θερμών και υγρών αέριων μαζών από τα νότια στην περιοχή του αεροδρομίου επηρεάζει τη δημιουργία ομίχλης μεταφοράς. Τα θερμοϋγρομετρικά χαρακτηριστικά της ομίχλης μελετήθηκαν με την εφαρμογή του συνδυαστικού μοντέλου WRF-COBEL για το επεισόδιο ομίχλης μεταφοράς-ακτινοβολίας της 20ης Ιανουαρίου 2008. Επιτεύχθηκε ο συνδυασμός του τρισδιάστατου μοντέλου WRF-ARW με το μονοδιάστατο μοντέλο COBEL-ISBA με την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας διασύνδεσης και ελέγχθηκε η αξιοπιστία της εφαρμογής του με βάση πραγματικές μετρήσεις και η ευαισθησία του σε έξι διαφορετικούς συνδυασμούς σχημάτων της μικροφυσικής και του οριακού στρώματος του WRF. Με βάση τους ελέγχους τελικά επιλέχθηκε ο συνδυασμός τουσχήματος μικροφυσικής του Thompson με το σχήμα του οριακού στρώματος Mellor-Yamada-Janjic. To WRF-COBEL προσομοιώνει πολύ πιο ικανοποιητικά τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία του αέρα στα 2 m σε σχέση με το WRF. Η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα κατά 1°C στην κατακόρυφο και κατά την αρχικοποίηση του WRF-COBEL αντενεργεί στην ένταση και διάρκεια της ομίχλης ενώ ανάλογη μείωση κατά 1°C είναι αρκετή για το σχηματισμό μιας πιο πυκνής ομίχλης η οποία μετασχηματίζεται σε στρατόμορφο νέφος κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η αύξηση της ειδικής υγρασίας από 0,5 g kg⁻¹ έως 1 g kg⁻¹ στην κατακόρυφο οδηγεί στην προσομοίωση του σχηματισμού της ομίχλης πολύ νωρίτερα από ότι στην πραγματικότητα ενεργοποιώντας συνθήκες σχηματισμού χαμηλής νέφωσης στη συνέχεια. Αντίθετα ανάλογη μείωση της παραμέτρου από 0,5 g kg⁻¹ έως 1 g kg⁻¹, έχει αντίθετα αποτελέσματα. Τέλος, η πιθανή αύξηση σε τέσσερα βάθη της θερμοκρασίας του εδάφους κατά 1°C έχει ως αποτέλεσμα την καθυστέρηση της έναρξης του επεισοδίου ενώ η ομίχλη γίνεται λιγότερο πυκνή. Τα αποτελέσματα της μείωσης της θερμοκρασίας του εδάφους κατά 1°C είναι ακριβώς αντίθετα. Η μέθοδος της διάλυσης της θερμής ομίχλης με τη δημιουργία βροχόπτωσης μέσω της εισαγωγής υγροσκοπικών σωματιδίων αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο, η οποία με βάση τη γνώση που αποκτήθηκε μέσα από την παρούσα εργασία και σε συνδυασμό με την ήδη υπάρχουσα γνώση φαίνεται να έχει προοπτική για τη διάλυση της ομίχλης στο αεροδρόμιο «Μακεδονία».