Στατιστική και Δυναμική μελέτη των ψυχρών χειμερινών ακολουθιών στην περιοχή της Βαλκανικής χερσονήσου = Statistical and Dynamical study of the cold winter spells over the Balkan peninsula.

Περίληψη

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή αποτελεί μια συμβολή στη μελέτη των ψυχρών χειμερινών ακολουθιών, που έλαβαν χώρα στην περιοχή της Βαλκανικής χερσονήσου, σε μια περίοδο 59 ετών (1961-2019). Στόχος της μελέτης είναι η εξέταση των στατιστικών και των δυναμικών χαρακτηριστικών των ψυχρών χειμερινών ακολουθιών, με απώτερο σκοπό τη διερεύνηση της σχέσης που συνδέει τις ψυχρές χειμερινές ακολουθίες με τους τύπους ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας, πάνω από την ευρύτερη βαλκανική περιοχή.
Για την διεκπεραίωση αυτής της μελέτης χρησιμοποιείται ένα σύνολο δεδομένων 59 ετών (1961-2019) από 25 σταθμούς των Βαλκανίων, καθώς επίσης και δύο ημερολόγια της εξελιγμένης αυτοματοποιημένης κατάταξης τύπων κυκλοφορίας κατά Mahera (Anagnostopoulou et al. 2009), ευέλικτα στις περιοχές ενδιαφέροντος. Η επιλογή των σταθμών έγινε σύμφωνα με τη διαθεσιμότητα των δεδομένων. Η συλλογή αυτών πραγματοποιήθηκε από το “European Climate Assessment and Datasets” (https://www.ecad.eu/) και από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και συνίστανται σε ημερήσιες μετρήσεις θερμοκρασίας στην επιφάνεια των σταθμών (μέγιστη, μέση, ελάχιστη θερμοκρασία).
Στο πρώτο στάδιο της μελέτης πραγματοποιήθηκε μια εκτεταμένη κλιματολογική ανάλυση με στόχο την κατανόηση των μετεωρολογικών συνθηκών που επικρατούν σε κάθε έναν σταθμό ξεχωριστά. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι οι βορειότεροι σταθμοί έχουν καταγράψει τις πιο ακραίες ελάχιστες θερμοκρασίες συγκριτικά με τους σταθμούς που βρίσκονται στα κεντρικά και στα παράλια της βαλκανικής χερσονήσου.
Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση των ψυχρών χειμερινών ακολουθιών. Ως ψυχρές χειμερινές ακολουθίες ορίστηκαν οι περίοδοι τουλάχιστον τριών διαδοχικών ημερών όπου η ημερήσια ελάχιστη θερμοκρασία κυμαίνεται κάτω από το 5% των εμπειρικών κατανομών του χειμώνα. Το έτος 1962-1963 αναδείχθηκε στην πλειοψηφία των σταθμών ως το έτος με τις μεγαλύτερες σε διάρκεια ψυχρές ακολουθίες. Ως γενική τάση στη συχνότητα εμφάνισής τους, αυτή εμφανίζει μείωση προς τα τέλη της υπό μελέτης περιόδου.
Τα ημερολόγια αυτόματης κατάταξης των τύπων κυκλοφορίας (Anagnostopoulou et al. 2009), εφαρμόστηκαν με κύριο στόχο να προσδιοριστούν οι τύποι που επικρατούν πριν ή κατά τη διάρκεια των ψυχρών χειμερινών ακολουθιών, έτσι ώστε στο μέλλον οι πρώιμες ενδείξεις τέτοιων προτύπων να μπορούν να συμβάλλουν στην ταχύτερη πρόγνωση αντίστοιχων ακραίων ψυχρών γεγονότων. Η εφαρμογή των ημερολογίων πραγματοποιήθηκε για τρεις μεταβλητές (μέγιστη, μέση, ελάχιστη θερμοκρασία) σε δύο γεωδυναμικά ύψη 500hPa και 1000hPa. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά τη διάρκεια των ψυχρών χειμερινών ακολουθιών, ο τύπος κυκλοφορίας με το μεγαλύτερο ποσοστό επικράτησης για όλες τις μεταβλητές και στα δύο γεωδυναμικά ύψη είναι ο νοτιοανατολικός κυκλωνικός τύπος Cse. Αντίστοιχα, για μια ημέρα πριν την έναρξη των ψυχρών ακολουθιών τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τόσο στα 500hPa όσο και στα 1000hPa ο επικρατέστερος τύπος κυκλοφορίας είναι ο νοτιοανατολικός κυκλωνικός τύπος Cse, ενώ δύο ημέρες πριν την έναρξη της ψυχρής ακολουθίας τόσο στα 500hPa όσο και στα 1000hPa επικρατέστερος τύπος κυκλοφορίας είναι ο βορειοανατολικός κυκλωνικός τύπος Cne.

This Master’s thesis is a contribution to the study of winter cold spells (WCSPs), which took place in the Balkan Peninsula, over a period of 59 years, for the time period from 1961 to 2019. The aim of the study is to examine the statistics and dynamic characteristics of WCSPs with the goal to investigate the relationship between WCSPs and types of atmospheric circulation over the Balkan region.
For the purposes of this study, a data set of 59 years (1961-2019) from 25 Balkan’s stations is used, as well as two daily circulation type calendars, derived from the advanced automatic classification according to Mahera (Anagnostopoulou et al. 2009), flexible over the areas of interest. The stations were selected according to availability of data. Τhe meteorological data come from the "European Climate Assessment and Datasets" and from the Aristotle University of Thessaloniki and consist of daily temperature observations on the station’s surface (maximum, mean, minimum temperature).
On the first step of the study, an extensive climatic analysis was carried out to understand the meteorological conditions prevailing in each station. The results showed that the northern stations have recorded the most extreme minimum temperatures in contrast to the stations located in the central and coastal areas of the Balkan Peninsula.
Subsequently, a climatic analysis of the WCSPs was performed. Winter Cold Spells (WCSPs) are defined as periods of at least three consecutive days where the daily minimum temperature is below 5% of the empirical winter distributions. The year 1962-1963 in the most stations was the year with the longest WCSPs. As a general trend in the frequency of their occurrence, it shows a decrease towards the end of the period of study.
The automatic daily circulation type calendars (Anagnostopoulou et al. 2009), were used with the main aim of identifying the types that prevail before or during WCSPs, so that in the future the early indications of such patterns will contribute to the faster prediction of corresponding extreme cold events. The circulation type calendar was used for three variables (maximum, mean, minimum temperature) at two geopotential heights of 500 and 1000hPa. The results showed that during the WCSPs, the circulation type with the highest prevalence for all variables at both geopotential heights is the southeastern cyclonic type Cse. Respectively, for one day before the start of the WCSPs the results showed that at both 500hPa and 1000hPa the predominant circulation type is the southeastern cyclonic type Cse, while two days before the start of the WCSPs at both 500hPa and 1000hPa the predominant circulation type is the northeastern cyclonic type Cne.