Ανάλυση ακραίων υδρο - μετεωρολογικών φαινομένων στην ανατολική Μεσόγειο

Abstract

Extreme rainfall comprises a major socio-economic threat in modern societies. The cyclone and lightning activity is associated with extreme rainfall in many cases. Intense precipitation and floods are frequently related to cyclone passages, especially in the Mediterranean region. Also, thunderstorms are frequently responsible for intense rain events.In this work extreme hydro-meteorological events in eastern Mediterranean region are studied. More specifically, the correlation between intense rainfall, with cyclones for the period 1979-2011, and with lightning for the period 2012-2014 is investigated. The case study focuses in Crete Island, Greece. Rain is recorded in meteorological stations in various locations over Crete. For the cyclones, gridded data of high spatial resolution 0.5οx0.5ο mean sea level pressure (MSLP) ERA-INTERIM of the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), are used. Also, lightning data from the Global Lightning Network (GLN) are used.The characteristics of the cyclones in the region of eastern Mediterranean related with rain events of different intensity are studied. The position, the origination as well as the dynamic characteristics of the cyclones such as the radius, the depth, the pressure, the intensity and the velocity are analyzed and correlated with the rain intensity. Taking into account the cyclone characteristics, a simple model for rain prediction is developed. The rain prediction model is evaluated on random cyclone samples. The lightning flashes and their relation to rain is also investigated. Two different methodologies are examined, the center of analysis in the first case is the lightning cluster center and in the second is the meteorological station location. The cyclone characteristics are found to be correlated with the rain intensity. The region of the cyclone evolution as well as the dynamic parameters of the cyclones are correlated with the corresponding rain events. As far as lightning is concerned, it is found that there is an increased probability of rain in an area around the lightning cluster. Moreover, the number of lightning flashes has a good correlation with the amount of rain.

Οι ακραίες βροχοπτώσεις αποτελούν σοβαρή κοινωνικό-οικονομική απειλή στις σύγχρονες κοινωνίες. Η δραστηριότητα τόσο των υφέσεων όσο και των κεραυνών συνδέεται με την εκδήλωση ακραίων βροχοπτώσεων. Ισχυρές βροχοπτώσεις και πλημμύρες πολύ συχνά συνδέονται με το πέρασμα υφέσεων, ιδιαίτερα στην περιοχή της Μεσογείου. Επιπλέον, φαινόμενα καταιγίδας, στα οποία οι κεραυνοί αποτελούν χαρακτηριστικό γνώρισμα, σε πολλές περιπτώσεις καταλήγουν σε ακραία φαινόμενα βροχής.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται ακραία υδρο-μετεωρολογικά φαινόμενα στην ανατολική Μεσόγειο. Πιο συγκεκριμένα διερευνάται η πιθανή συσχέτιση που έχει η εκδήλωση έντονων βροχοπτώσεων με χαρακτηριστικά των υφέσεων για την περίοδο 1979-2011 και με τους κεραυνούς για την περίοδο 2012-2014. Περιοχή μελέτης σε αυτή την εργασία είναι το νησί της Κρήτης. Οι βροχοπτώσεις που χρησιμοποιήθηκαν αφορούν σε μετρήσεις βροχομετρικών σταθμών σε διάφορες περιοχές της Κρήτης. Για την επεξεργασία και εξαγωγή των χαρακτηριστικών των υφέσεων χρησιμοποιήθηκαν πλεγματικά δεδομένα ανάλυσης 0.5ο×0.5ο, ERA-INTERIM του Ευρωπαϊκού Μετεωρολογικού Κέντρου Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων (ECMWF). Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα κεραυνών από το Παγκόσμιο Δίκτυο Καταγραφής Ηλεκτρικών Εκκενώσεων (GLN).Η θέση και η προέλευση των υφέσεων αλλά και δυναμικά χαρακτηριστικά τους όπως η ακτίνα, το βάθος, η πίεση, η ένταση και η ταχύτητα αναλύθηκαν και συσχετίστηκαν με την ένταση διαφορετικών βροχοπτώσεων. Με αξιοποίηση των χαρακτηριστικών των υφέσεων σχεδιάστηκε ένα απλό πιθανοτικό μοντέλο πρόβλεψης της βροχόπτωσης. Έγινε αξιολόγηση της προγνωστικής δυναμικής του μοντέλου πάνω σε τυχαία δείγματα υφέσεων. Μελετήθηκε επίσης η δραστηριότητα των κεραυνών και κατά πόσο αυτοί συσχετίζονται με τη βροχή. Στη συνέχεια εξετάστηκαν δύο τεχνικές που βασίζονται σε διαφορετική προσέγγιση· στην πρώτη το κέντρο της ανάλυσης αποτελεί ο σταθμός καταγραφής της βροχής ενώ στη δεύτερη το ‘νέφος’ των κεραυνών.Τα χαρακτηριστικά των υφέσεων προκύπτει ότι συσχετίζονται με την ένταση της βροχής. Η περιοχή που εξελίσσεται η ύφεση αλλά και τυχόν ακραίες τιμές στις δυναμικές παραμέτρους της σηματοδοτούν αντίστοιχα γεγονότα βροχής. Για τους κεραυνούς, βρέθηκε ότι η πιθανότητα να έχουμε βροχή κοντά σε ‘νέφος’ κεραυνών είναι αυξημένη, όπως επίσης και ότι ο αριθμός των κεραυνών έχει καλή συσχέτιση με την ένταση της βροχής.