Παραμετροποίηση των συντελεστών μεταφοράς ορμής, θερμότητας και υγρασίας του θαλάσσιου ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος και εφαρμογή σε ατμοσφαιρικό ή και σε ωκεανογραφικό μοντέλο

Abstract

The main objectives of this thesis are (a) the experimental study of the turbulent fluxes of momentum, heat and humidity within the surface Marine Atmospheric Boundary Layer (MABL) over the Aegean Sea in the Eastern Mediterranean and (b) the impact from the implementation of a new parameterization of the drag coefficient (CD) for the momentum flux on the estimation of the sea surface temperature (SST) forecast skill of the oceanographic model ALERMO (Aegean and Levantine Eddy Resolving Model) over this area.This thesis highlights the following facts: (a) heat exchanges were found to be affected by the limited spatial and temporal scales of the responding air-sea interaction mechanism over the Aegean Sea. (b) increased momentum fluxes were found over the Aegean under moderate to strong winds (c) the SST forecast skill of the ALERMO ocean model over the Eastern Mediterranean was affected from the change in momentum transfer at the air-sea interface using an observational based parameterization for the drag coefficient; improved forecasts were found during spring and the opposite during summer (d) further investigation of coastal processes and the oceanic response to intense wind forcing in shallow areas is needed along with (e) additional turbulence measurements within the surface MABL over the Aegean Sea, under wider range of wind speed, stability and sea wave conditions.

Οι βασικοί στόχοι της παρούσας διατριβής υπήρξαν (α) η πειραματική μελέτη των τυρβωδών ροών ορμής, θερμότητας και υγρασίας στο επιφανειακό Θαλάσσιο Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα (ΘΑΟΣ) πάνω από την θάλασσα του Αιγαίου και (β) η αξιολόγηση μιας προκύπτουσας παραμετροποίησης για τη ροή ορμής, μέσω του συντελεστή αεροδυναμκής αντίστασης (CD), με την εφαρμογή της στο ωκεανογραφικό μοντέλο ALERMO και την σύγκριση των προγνώσεων για την επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας με δορυφορικές παρατηρήσεις στην ευρύτερη περιοχή της ανατολικής Μεσογείου.Η διατριβή αυτή ανέδειξε συνολικά ότι: (α) οι ανταλλαγές θερμότητας επηρεάζονται από την σχετικά μικρή χωροχρονική κλίμακα αλληλεπίδρασης μεταξύ ατμόσφιρας και θάλασσας πάνω από το Αιγαίο (β) καταγράφησαν υψηλές τιμές ροής ορμής κάτω από μέτριους έως ισχυρούς ανέμους στην περιοχή (γ) η προγνωστική ικανότητα του μοντέλου θαλάσσιας κυκλοφορίας ALERMO σχετικά με την επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας, επηρεάστηκε από την εφαρμογή της νέας παραμετροποίησης του συντελεστή αεροδυναμικής αντίστασης και προέκυψε βελτίωση των προγνώσεων τοπικά έως και 25% την άνοιξη και το αντίθετο το καλοκαίρι. Τέλος σημειώνεται ότι θεωρείται αναγκαία περαιτέρω διευρέυνηση των διαδικασιών ανάβλησης καθώς και της επίδρασης της τάσης του ανέμου σε παράκτιες περιοχές καθώς και πραγματοποίηση περισσότερων μετρήσεων των τυρβωδών ροών πάνω από το Αιγαίο, υπό μεγαλύτερο εύρος ταχύτητας του ανέμου, ευστάθειας της ατμόσφαιρας και κατάστασης κυματισμού της θαλάσσιας επιφάνειας.