11

•Ακόμα και αν αυξηθεί πάρα πολύ η Ακόμα και αν αυξηθεί πάρα πολύ η χωρική διακριτοποίηση ενός αριθμητικού χωρική διακριτοποίηση ενός αριθμητικού μοντέλουμοντέλου,, ένας μεγάλος αριθμός ένας μεγάλος αριθμός φυσικών διεργασιών δεν μπορεί να φυσικών διεργασιών δεν μπορεί να αναλυθεί από το πλέγμα του μοντέλουαναλυθεί από το πλέγμα του μοντέλου..•Οι διάφορες φυσικές διεργασίες που Οι διάφορες φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα είτε συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα είτε αναπαριστάνονται στα σημεία πλέγματος αναπαριστάνονται στα σημεία πλέγματος είτε δεν μπορούν να αναλυθούν από το είτε δεν μπορούν να αναλυθούν από το μοντέλο λόγω ανεπαρκούς χωρικής μοντέλο λόγω ανεπαρκούς χωρικής ανάλυσης, λαμβάνονται υπόψη μέσω ανάλυσης, λαμβάνονται υπόψη μέσω παραμετροποιήσεωνπαραμετροποιήσεων•Τέτοιες παραμετροποιήσεις Τέτοιες παραμετροποιήσεις αναπαριστούν την τυρβώδη ροή, τις ροές αναπαριστούν την τυρβώδη ροή, τις ροές ενέργειας από/προς το έδαφος, την ενέργειας από/προς το έδαφος, την ηλιακή ακτινοβολία, τη δημιουργία και ηλιακή ακτινοβολία, τη δημιουργία και τα αποτελέσματα σωρρειτόμορφων τα αποτελέσματα σωρρειτόμορφων νεφικών σχηματισμών κ.τ.λ.νεφικών σχηματισμών κ.τ.λ.

5) 5) Παραμετροποιήσεις Φυσικών ΔιαδικασιώνΠαραμετροποιήσεις Φυσικών Διαδικασιών

22

5.1) 5.1) Ενεργειακό ισοζύγιο στην επιφάνειαΕνεργειακό ισοζύγιο στην επιφάνεια

avsfcinoutin ETLHTRLWRSWRSWS 4

SS είναι η ροή θερμότητας στο έδαφος, είναι η ροή θερμότητας στο έδαφος,

((RSWRSWinin - - RSWRSWououtt) είναι η καθαρή ροή της μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας ) είναι η καθαρή ροή της μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας

στην επιφάνεια εδάφους, στην επιφάνεια εδάφους,

RLWRLWinin είναι η εισερχόμενη ροή ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος που είναι η εισερχόμενη ροή ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος που

φτάνει στο έδαφος, φτάνει στο έδαφος,

σσ είναι η σταθερά των είναι η σταθερά των StephanStephan--BoltzmannBoltzmann (5.67 (5.67xx1010-8-8 WmWm-2-2KK-4-4), ),

TTsfcsfc είναι η επιφανειακή θερμοκρασία του εδάφους σε είναι η επιφανειακή θερμοκρασία του εδάφους σε Κ, Κ,

ΗΗ είναι η αισθητή ροή θερμότητας, είναι η αισθητή ροή θερμότητας,

LLvvETETαα είναι η λανθάνουσα ροή θερμότητας, όπου είναι η λανθάνουσα ροή θερμότητας, όπου LLvv είναι η λανθάνουσα είναι η λανθάνουσα

θερμότητα εξάτμισης (2.5θερμότητα εξάτμισης (2.5xx101066 JkgJkg-1-1) και ) και ΕΤΕΤaa είναι η πυκνότητα ροής υδρατμών. είναι η πυκνότητα ροής υδρατμών.

33

TTsoilsoil11 είναι η θερμοκρασία του πρώτου (ανώτατου) εδαφικού στρώματος, είναι η θερμοκρασία του πρώτου (ανώτατου) εδαφικού στρώματος,

ZZsoilsoil11 είναι το πάχος του πρώτου εδαφικού στρώματος και είναι το πάχος του πρώτου εδαφικού στρώματος και

DFDFsoilsoil είναι η θερμική αγωγιμότητα του εδάφους είναι η θερμική αγωγιμότητα του εδάφους

EEdirdir είναι η άμεση εξάτμιση από το ανώτερο εδαφικό επίπεδο του μοντέλου, είναι η άμεση εξάτμιση από το ανώτερο εδαφικό επίπεδο του μοντέλου,

EEtt είναι η διαπνοή και είναι η διαπνοή και

EEcc είναι η εξάτμιση του υετού που έχει συγκρατηθεί από τα φυτά. Η μέγιστη είναι η εξάτμιση του υετού που έχει συγκρατηθεί από τα φυτά. Η μέγιστη

περιεκτικότητα του νερού που μπορούν να κρατήσουν τα φυτά στα φυλλώματά περιεκτικότητα του νερού που μπορούν να κρατήσουν τα φυτά στα φυλλώματά τους θεωρείται σταθερή και ίση με 5 τους θεωρείται σταθερή και ίση με 5 mm mm

11

1

5.0 soil

soilsfcsoil Z

TTDFS

ctdira EEEET

44

•Η παραμετροποίηση του εδάφους (Η παραμετροποίηση του εδάφους (land-surface parameterization schemesland-surface parameterization schemes) ) είναι ένα σημαντικό συστατικό των ατμοσφαιρικών μοντέλων επειδή είναι ένα σημαντικό συστατικό των ατμοσφαιρικών μοντέλων επειδή αναπαριστάνει τις ροές υγρασίες και θερμότητας που λαμβάνουν χώρα στο αναπαριστάνει τις ροές υγρασίες και θερμότητας που λαμβάνουν χώρα στο έδαφος και στην επιφάνεια των χερσαίων περιοχών της γης. έδαφος και στην επιφάνεια των χερσαίων περιοχών της γης.

•Οι Οι Beljaars Beljaars et al.et al. (1993) (1993) έδειξαν την σημαντική ευαισθησία του μοντέλου έδειξαν την σημαντική ευαισθησία του μοντέλου του του ECMWFECMWF στην πολυπλοκότητα της παραμετροποίησης του εδάφους. στην πολυπλοκότητα της παραμετροποίησης του εδάφους.

•Πειράματα ευαισθησίας, με τη χρήση αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης Πειράματα ευαισθησίας, με τη χρήση αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης καιρού, έχουν δείξει ότι εδάφη που είναι πιο υγρά από τη μέση κατάσταση καιρού, έχουν δείξει ότι εδάφη που είναι πιο υγρά από τη μέση κατάσταση τείνουν να υπερεκτιμούν τοπικά τα ποσά του υετού. Από την άλλη μεριά, τείνουν να υπερεκτιμούν τοπικά τα ποσά του υετού. Από την άλλη μεριά, μη-ρεαλιστική ξήρανση του εδάφους μπορεί να προκαλέσει υπερεκτίμηση μη-ρεαλιστική ξήρανση του εδάφους μπορεί να προκαλέσει υπερεκτίμηση της επιφανειακής θερμοκρασίας. της επιφανειακής θερμοκρασίας.

•Οι Οι Henderson-Sellers Henderson-Sellers et al.et al. (1995) (1995) έδειξαν ότι οι ανωμαλίες της υγρασίας έδειξαν ότι οι ανωμαλίες της υγρασίας του εδάφους παραμένουν στα μοντέλα πρόγνωσης καιρού καθώς προκαλούν του εδάφους παραμένουν στα μοντέλα πρόγνωσης καιρού καθώς προκαλούν σημαντικές διαφορές στην προβλεπόμενη βροχή κατά τη διάρκεια των σημαντικές διαφορές στην προβλεπόμενη βροχή κατά τη διάρκεια των πρώτων ημερών της πρόγνωσης. πρώτων ημερών της πρόγνωσης.

5.2) Διαχείριση ροών υγρασίας και θερμότητας στο έδαφος5.2) Διαχείριση ροών υγρασίας και θερμότητας στο έδαφος

55

66

5.2.1) 5.2.1) The bucket modelThe bucket model

Αυτό το σχήμα προτάθηκε από τον Αυτό το σχήμα προτάθηκε από τον Manabe (1969) Manabe (1969) και ήταν μία πρώτη και ήταν μία πρώτη προσπάθεια ενσωμάτωσης της επίδρασης της επιφανειακής υδρολογίας σε ένα προσπάθεια ενσωμάτωσης της επίδρασης της επιφανειακής υδρολογίας σε ένα ατμοσφαιρικό μοντέλο. ατμοσφαιρικό μοντέλο.

Ένας αριθμός αριθμητικών μοντέλων έχουν χρησιμοποιήσει αυτό το σχήμα ή Ένας αριθμός αριθμητικών μοντέλων έχουν χρησιμοποιήσει αυτό το σχήμα ή τροποποιημένες εκδόσεις τροποποιημένες εκδόσεις ((π.χ.π.χ. Arakawa, 1972; Delworth and Manabe, 1988; Arakawa, 1972; Delworth and Manabe, 1988; Robock Robock et al.et al., 1995; Pitman , 1995; Pitman et al.et al., 2003)., 2003).

- - Είναι ένα απλό σχήμα που δεν λαμβάνει υπόψη το ρόλο της φυτοκάλυψης Είναι ένα απλό σχήμα που δεν λαμβάνει υπόψη το ρόλο της φυτοκάλυψης και της μεταβλητότητας του τύπου του εδάφους. και της μεταβλητότητας του τύπου του εδάφους. - - Δεν περιλαμβάνει παραμετροποίηση των φυτών και των καλλιεργειών Δεν περιλαμβάνει παραμετροποίηση των φυτών και των καλλιεργειών ((canopycanopy))-Η υδρολογία του εδάφους αναπαριστάνεται σε ένα στρώμα που εκτείνεται Η υδρολογία του εδάφους αναπαριστάνεται σε ένα στρώμα που εκτείνεται από την επιφάνεια έως το βάθος του από την επιφάνεια έως το βάθος του 1-m (1-m (καθώς το μεγαλύτερο τμήμα των καθώς το μεγαλύτερο τμήμα των ριζών των φυτών είναι μέχρι το 1 μέτροριζών των φυτών είναι μέχρι το 1 μέτρο))

77

ΕξάτμισηΕξάτμιση

E=EE=Eoo, , ότανόταν W ≥ W W ≥ WKK

E= , E= , ότανόταν W < W W < WKK

όπουόπου E Eoo είναι ηείναι η “ “δυνητική εξάτμισηδυνητική εξάτμιση”, W ”, W είναι η υγρασία του εδάφους (από την είναι η υγρασία του εδάφους (από την

επιφάνεια μέχρι το βάθος του 1 μέτρου) καιεπιφάνεια μέχρι το βάθος του 1 μέτρου) και W WKK είναι μία τιμή κατωφλίου για είναι μία τιμή κατωφλίου για

την υγρασία του εδάφουςτην υγρασία του εδάφους. .

Σύμφωνα με τον Σύμφωνα με τον Alpatev (1954) Alpatev (1954) όταν η υγρασία του εδάφους δεν είναι όταν η υγρασία του εδάφους δεν είναι μικρότερη από τομικρότερη από το 70-80% 70-80% της χωρητικότητας του εδάφους της χωρητικότητας του εδάφους (field capacity), (field capacity), η η εξάτμιση από ένα χωράφι με καλλιέργειες είναι κοντά στην τιμή της «δυνητικής εξάτμιση από ένα χωράφι με καλλιέργειες είναι κοντά στην τιμή της «δυνητικής εξάτμισης», δηλαδή εξάτμισης», δηλαδή WWKK=0.75=0.75WWFCFC, , όπου όπου WWFCFC είναι η χωρητικότητα του είναι η χωρητικότητα του

εδάφους σε υγρασία. Η τιμή των 0.15 εδάφους σε υγρασία. Η τιμή των 0.15 mm χρησιμοποιείται για το χρησιμοποιείται για το WWFCFC στο στο

συγκεκριμένο σχήμασυγκεκριμένο σχήμα..

EEoo==ρρ((h)h)CCDD(h)(h)|V(h)||V(h)|(r(rwsws-r(h))-r(h))

όπουόπου ρρ είναι η πυκνότητα του αέραείναι η πυκνότητα του αέρα, h , h είναι το ύψος του χαμηλότερου επιπέδου είναι το ύψος του χαμηλότερου επιπέδου του μοντέλουτου μοντέλου, C, CDD είναι ο συντελεστής τριβής, είναι ο συντελεστής τριβής, V V είναι η ταχύτητα του ανέμουείναι η ταχύτητα του ανέμου, r , r

είναι η αναλογία μίγματος του αέρα και είναι η αναλογία μίγματος του αέρα και rrwsws είναι η αναλογία μίγματος των είναι η αναλογία μίγματος των

κορεσμένων υδρατμών.κορεσμένων υδρατμών.

Ko W

WE

88

Όταν δεν υπάρχει χιονοκάλυψη, ο ρυθμός μεταβολής της υγρασίας του Όταν δεν υπάρχει χιονοκάλυψη, ο ρυθμός μεταβολής της υγρασίας του εδάφους και η επιφανειακή απορροή ακολουθούν την εργασία του εδάφους και η επιφανειακή απορροή ακολουθούν την εργασία του Budyko Budyko (1956):(1956):

, , όταν όταν W < WW < WFCFC

& & rrff=R=RAA-E-Eoo, , ότανόταν W = W W = WFCFC καικαι R RAA > E > Eoo

όπουόπου R RAA είναι ο ρυθμός βροχής και είναι ο ρυθμός βροχής και rrff είναι η επιφανειακή απορροήείναι η επιφανειακή απορροή. .

Δηλαδή, απορροή υπάρχει όταν η υγρασία του εδάφους υπερβαίνει τη Δηλαδή, απορροή υπάρχει όταν η υγρασία του εδάφους υπερβαίνει τη χωρητικότητα του εδάφουςχωρητικότητα του εδάφους. .

Όταν στο έδαφος υπάρχει χιόνι, οι παραπάνω ρυθμοί μεταβολής Όταν στο έδαφος υπάρχει χιόνι, οι παραπάνω ρυθμοί μεταβολής τροποποιούνται λαμβάνοντας υπόψη την πηγή υγρασίας λόγω της τήξης του τροποποιούνται λαμβάνοντας υπόψη την πηγή υγρασίας λόγω της τήξης του χιονιού και παραλείποντας τη μείωση της υγρασίας του εδάφους λόγω χιονιού και παραλείποντας τη μείωση της υγρασίας του εδάφους λόγω εξάτμισης. εξάτμισης.

ERt

WA

0

t

W

99

Το συγκεκριμένο σχήμα είναι μια απλή αναπαράσταση του υδρολογικού Το συγκεκριμένο σχήμα είναι μια απλή αναπαράσταση του υδρολογικού κύκλου στο έδαφος καθώς ένας μεγάλος αριθμός διαδικασιών δεν κύκλου στο έδαφος καθώς ένας μεγάλος αριθμός διαδικασιών δεν λαμβάνονται υπόψη, όπωςλαμβάνονται υπόψη, όπως::

--Παρεμπόδιση της βροχής από τα φυτάΠαρεμπόδιση της βροχής από τα φυτά

-Εξατμισοδιαπνοή των φυτώνΕξατμισοδιαπνοή των φυτών

-Υπόγεια απορροή Υπόγεια απορροή

-Μεταβλητότητα στη χωρητικότητα του εδάφους σε υγρασίας λόγω του Μεταβλητότητα στη χωρητικότητα του εδάφους σε υγρασίας λόγω του τύπου του εδάφουςτύπου του εδάφους

-Αποθήκευση της υγρασίας στα υπόγεια στρώματαΑποθήκευση της υγρασίας στα υπόγεια στρώματα. .

Αυτό το σχήμα γενικά προκαλεί υπερεκτίμηση των ροών λανθάνουσας Αυτό το σχήμα γενικά προκαλεί υπερεκτίμηση των ροών λανθάνουσας θερμότητας. Ο θερμότητας. Ο Pan (1990) Pan (1990) έδειξε ότι ακόμα και αν το έδαφος είναι υγρό, έδειξε ότι ακόμα και αν το έδαφος είναι υγρό, υπάρχει αντίσταση στην εξάτμιση λόγω των φυτών η οποία οδηγεί σε υπάρχει αντίσταση στην εξάτμιση λόγω των φυτών η οποία οδηγεί σε μικρότερη εξάτμιση από τη δυνητική της τιμή. μικρότερη εξάτμιση από τη δυνητική της τιμή.

1010

5.2.2) 5.2.2) OSU schemeOSU scheme

Το εδαφικό μοντέλο του Το εδαφικό μοντέλο του Oregon State University (OSU) Oregon State University (OSU) είναι ένα εξελιγμένο σχήμα είναι ένα εξελιγμένο σχήμα παραμετροποίησης και αρχικά αναπτύχθηκε από τους παραμετροποίησης και αρχικά αναπτύχθηκε από τους Mahrt and Pan (1984) and Pan Mahrt and Pan (1984) and Pan and Mahrt (1987)and Mahrt (1987).

Τροποποιημένες του εκδόσεις έχουν χρησιμοποιηθεί από διάφορα αριθμητικά Τροποποιημένες του εκδόσεις έχουν χρησιμοποιηθεί από διάφορα αριθμητικά ατμοσφαιρικά μοντέλα όπως το επιχειρησιακό μοντέλο ΕΤΑ του ατμοσφαιρικά μοντέλα όπως το επιχειρησιακό μοντέλο ΕΤΑ του NCEP (Chen NCEP (Chen et al.et al., , 1997), 1997), το προγνωστικό σύστημα το προγνωστικό σύστημα SKIRON/Eta (Kallos, 1997), SKIRON/Eta (Kallos, 1997), το προγνωστικό το προγνωστικό σύστημα σύστημα POSEIDON (Papadopoulos POSEIDON (Papadopoulos et al.et al., 2002) , 2002) και το μοντέλο και το μοντέλο MM5 (Chen and MM5 (Chen and Dudhia, 2001).Dudhia, 2001).

Διάγραμμα των Διάγραμμα των διεργασιών που διεργασιών που αναπαριστάνονται στο αναπαριστάνονται στο σχήμα σχήμα OSUOSU του του μοντέλου μοντέλου SKIRON/Eta.SKIRON/Eta.

1111

Εξάτμιση Εξάτμιση Η συνολική εξάτμιση Η συνολική εξάτμιση (ET(ETαα) ) από το έδαφος και τα φυτά είναιαπό το έδαφος και τα φυτά είναι

EEdirdir είναι η άμεση εξάτμιση από το ανώτερο εδαφικό επίπεδο του μοντέλου, είναι η άμεση εξάτμιση από το ανώτερο εδαφικό επίπεδο του μοντέλου,

EEtt είναι η διαπνοή από τα φυτάείναι η διαπνοή από τα φυτά

EEcc είναι η εξάτμιση του υετού που έχει συγκρατηθεί από τα φύλλα των φυτών. Η είναι η εξάτμιση του υετού που έχει συγκρατηθεί από τα φύλλα των φυτών. Η

μέγιστη περιεκτικότητα του νερού που μπορούν να κρατήσουν τα φυτά στα μέγιστη περιεκτικότητα του νερού που μπορούν να κρατήσουν τα φυτά στα φυλλώματά τους θεωρείται σταθερή και ίση με 5 φυλλώματά τους θεωρείται σταθερή και ίση με 5 mmmm..

Η συνολική εξάτμιση δεν μπορεί να υπερβεί την «δυνητική εξάτμιση» (Η συνολική εξάτμιση δεν μπορεί να υπερβεί την «δυνητική εξάτμιση» (Potential Potential evaporation - ETevaporation - ETpp))

ctdira EEEET

1212

v

hpp L

cc

RRDELTA

DELTARADRRAET

A q qL

csv

p

( )0 0

RRT R

p c cair d

sfc p h

1

4 4

RADF

c cTnet

p hair air

( )

DELTAdq

dT

L

cs v

p

F RSW RSW RLW T Snet in out in air 4

Η «δυνητική εξάτμιση» υπολογίζεται απόΗ «δυνητική εξάτμιση» υπολογίζεται από::

όπουόπου

qq00 καικαι q q0s0s είναι η πραγματική ειδική υγρασία και ειδική υγρασία είναι η πραγματική ειδική υγρασία και ειδική υγρασία

των κορεσμένων υδρατμών στο κατώτερο επίπεδο του των κορεσμένων υδρατμών στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλουμοντέλου,, αντίστοιχα, αντίστοιχα,

LLvv είναι η λανθάνουσα θερμότηταείναι η λανθάνουσα θερμότητα (2.5x106 JKg (2.5x106 JKg-1-1), ),

ccpp είναι η ειδική θερμότητα του ξηρού αέραείναι η ειδική θερμότητα του ξηρού αέρα (1004.6 JKg (1004.6 JKg-1-1KK-1-1), ),

airair καικαι T Tairair είναι η δυναμική και η πραγματική θερμοκρασία του είναι η δυναμική και η πραγματική θερμοκρασία του

αέρα στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλουαέρα στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλου, ,

RRdd είναι η σταθερά των αερίων για τον ξηρό αέραείναι η σταθερά των αερίων για τον ξηρό αέρα (287.04 (287.04

JKgJKg-1-1KK-1-1), ),

ppsfcsfc είναι η πίεση στην επιφάνειαείναι η πίεση στην επιφάνεια (Pa), (Pa),

cchh είναι ο συντελεστής ανταλλαγής για τη θερμότητα και την είναι ο συντελεστής ανταλλαγής για τη θερμότητα και την

υγρασία στην επιφάνεια υγρασία στην επιφάνεια (ms(ms-1-1).).

Potential evaporation is the evaporation from this surface, when saturated and extensive enough to Potential evaporation is the evaporation from this surface, when saturated and extensive enough to obviate any effect of local advection, under the same meteorological conditions. Due to the obviate any effect of local advection, under the same meteorological conditions. Due to the feedback effects of evaporation on air characteristics, it does not represent the "real" evaporationfeedback effects of evaporation on air characteristics, it does not represent the "real" evaporation .. Each surface has its own potential evaporation.Each surface has its own potential evaporation.

1313

Υδρολογία ΕδάφουςΥδρολογία Εδάφους

•Μετά τον υπολογισμό της ολικής εξάτμισης, γίνεται έλεγχος αν η ποσότητα Μετά τον υπολογισμό της ολικής εξάτμισης, γίνεται έλεγχος αν η ποσότητα του νερού που είναι πάνω στα φυτά υπερβαίνει τη μέγιστη επιτρεπτή του νερού που είναι πάνω στα φυτά υπερβαίνει τη μέγιστη επιτρεπτή χωρητικότητα χωρητικότητα (5 mm). (5 mm).

•Η ποσότητα του νερού που υπερβαίνει τα 5Η ποσότητα του νερού που υπερβαίνει τα 5mmmm θεωρείται ότι πέφτει στο θεωρείται ότι πέφτει στο έδαφοςέδαφος. .

•Το επόμενο βήμα είναι ο καθορισμός του ρυθμού διείσδυσης του νερού της Το επόμενο βήμα είναι ο καθορισμός του ρυθμού διείσδυσης του νερού της βροχής στο έδαφος. βροχής στο έδαφος.

Το ποσό της βροχής που δεν μπορεί να διεισδύσει στο έδαφος ή να εξατμιστεί Το ποσό της βροχής που δεν μπορεί να διεισδύσει στο έδαφος ή να εξατμιστεί (π.χ. στην περίπτωση ισχυρής βροχόπτωσης) θεωρείται ότι απορρέει στην (π.χ. στην περίπτωση ισχυρής βροχόπτωσης) θεωρείται ότι απορρέει στην επιφάνεια του εδάφους. επιφάνεια του εδάφους.

•Η χρήση διαφορετικών τύπων εδάφους επιτρέπει μια πιο ρεαλιστική Η χρήση διαφορετικών τύπων εδάφους επιτρέπει μια πιο ρεαλιστική διαχείριση των ρυθμών διείσδυσης της βροχής στο έδαφος. διαχείριση των ρυθμών διείσδυσης της βροχής στο έδαφος.

1414

Για τον υπολογισμό της τάσης της Για τον υπολογισμό της τάσης της υπεδάφιας υγρασίας επιλύεται η εξίσωσηυπεδάφιας υγρασίας επιλύεται η εξίσωση

όπου η διαχυτική ικανότητα (όπου η διαχυτική ικανότητα (diffusivity), diffusivity), DDSMCSMC, , και η υδραυλική αγωγιμότητα και η υδραυλική αγωγιμότητα

((conductivityconductivity)), K, KSMCSMC, , είναι συναρτήσεις του είναι συναρτήσεις του

ποσού της υπεδάφιας υγρασίας (ποσού της υπεδάφιας υγρασίας (SMC SMC - - Soil Soil Moisture Content) Moisture Content)

Η εξίσωση της τάσης της υπεδάφιας Η εξίσωση της τάσης της υπεδάφιας θερμοκρασίας είναιθερμοκρασίας είναι

όπου όπου DFDFsoilsoil καικαι C Cvv είναιείναι η θερμική η θερμική

αγωγιμότητα και η κατά όγκο θερμική αγωγιμότητα και η κατά όγκο θερμική χωρητικότητα του εδάφους, αντίστοιχα, και χωρητικότητα του εδάφους, αντίστοιχα, και εξαρτώνται από το εδαφικό νερό εξαρτώνται από το εδαφικό νερό SMCSMC

z

TDF

zt

TC soil

soilsoil

v

zz

SMCD

zt

SMC SMCSMC

1515

5.3) Παραμετροποίηση των Ροών Ενέργειας5.3) Παραμετροποίηση των Ροών Ενέργειας

Πολλές μελέτες έχουν δείξει τη σημασία των θερμοκρασιών της θάλασσας για την Πολλές μελέτες έχουν δείξει τη σημασία των θερμοκρασιών της θάλασσας για την κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. κυκλοφορία της ατμόσφαιρας.

Πάνω από την ξηρά, η μεταβλητότητα των ιδιοτήτων του εδάφους επηρεάζει το Πάνω από την ξηρά, η μεταβλητότητα των ιδιοτήτων του εδάφους επηρεάζει το διαχωρισμό των επιφανειακών ροών ενέργειας και τελικά ελέγχει τα διαχωρισμό των επιφανειακών ροών ενέργειας και τελικά ελέγχει τα μετεωρολογικά πεδία κυρίως κοντά στην επιφάνειαμετεωρολογικά πεδία κυρίως κοντά στην επιφάνεια. .

Η εξέλιξη του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος και η ανάπτυξη συνοπτικών και Η εξέλιξη του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος και η ανάπτυξη συνοπτικών και μέσης κλίμακας κυκλοφοριών, όπως τα μέτωπα, εξαρτάται από την υδρολογία του μέσης κλίμακας κυκλοφοριών, όπως τα μέτωπα, εξαρτάται από την υδρολογία του εδάφους. εδάφους.

Εδώ, θα εστιάσουμε την προσοχή μας στην παραμετροποίηση των ροών ενέργειας Εδώ, θα εστιάσουμε την προσοχή μας στην παραμετροποίηση των ροών ενέργειας από τη θάλασσα προς την ατμόσφαιρα. από τη θάλασσα προς την ατμόσφαιρα.

1616

5.3.1) Αεροδυναμικές σχέσεις 5.3.1) Αεροδυναμικές σχέσεις (Bulk aerodynamic formulas)(Bulk aerodynamic formulas)Η αισθητή και η λανθάνουσα θερμότητα μεταφέρονται ανάμεσα στην επιφάνεια και Η αισθητή και η λανθάνουσα θερμότητα μεταφέρονται ανάμεσα στην επιφάνεια και την ατμόσφαιρα με τυρβώδη ανάμιξητην ατμόσφαιρα με τυρβώδη ανάμιξη. . Οι αεροδυναμικές σχέσεις χρησιμοποιούνται συχνά στα αριθμητικά μοντέλα για την Οι αεροδυναμικές σχέσεις χρησιμοποιούνται συχνά στα αριθμητικά μοντέλα για την αναπαράσταση των ροών από τη θάλασσα. αναπαράσταση των ροών από τη θάλασσα.

Η μέση κατακόρυφη τυρβώδη ροή από την επιφάνειαΗ μέση κατακόρυφη τυρβώδη ροή από την επιφάνεια, F, Fxx, , μίας ποσότητας Χ δίνεται μίας ποσότητας Χ δίνεται

από τη σχέσηαπό τη σχέση

FFxx//*=-K*=-Kxxvv11-v-v00(X(X11-X-X00))

όπουόπου * * είναι η ατμοσφαιρική πυκνότητα στην επιφάνειαείναι η ατμοσφαιρική πυκνότητα στην επιφάνεια, v, v11 είναι η μέση ταχύτητα είναι η μέση ταχύτητα

του οριζόντιου ανέμου στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλουτου οριζόντιου ανέμου στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλου, v, v00 είναι η ταχύτητα στην είναι η ταχύτητα στην

επιφάνεια (0 πάνω από ξηρά και συνήθως είτε 0 ή ίση με την ταχύτητα των επιφάνεια (0 πάνω από ξηρά και συνήθως είτε 0 ή ίση με την ταχύτητα των επιφανειακών ρευμάτων πάνω από θάλασσα)επιφανειακών ρευμάτων πάνω από θάλασσα), X, X11 καικαι X X00 είναι οι τιμές της ποσότητας είναι οι τιμές της ποσότητας

X X στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλου και στην επιφάνεια, αντίστοιχα, και στο κατώτερο επίπεδο του μοντέλου και στην επιφάνεια, αντίστοιχα, και KKxx είναι ο είναι ο

συντελεστής μεταφοράς ο οποίος είναι γενικά συνάρτηση της ευστάθειας της συντελεστής μεταφοράς ο οποίος είναι γενικά συνάρτηση της ευστάθειας της ατμόσφαιρας, της επιφανειακής τραχύτητας, του ύψους του χαμηλότερου επιπέδου ατμόσφαιρας, της επιφανειακής τραχύτητας, του ύψους του χαμηλότερου επιπέδου του μοντέλου και άλλων παραμέτρων που χαρακτηρίζουν την κατάσταση της του μοντέλου και άλλων παραμέτρων που χαρακτηρίζουν την κατάσταση της επιφάνειας.επιφάνειας.

1717

Το μοντέλο Το μοντέλο SKIRON SKIRON υπολογίζει τις επιφανειακές ροές και τις τιμές των υπολογίζει τις επιφανειακές ροές και τις τιμές των μετεωρολογικών παραμέτρων κοντά στο έδαφος, χρησιμοποιώντας ένα μετεωρολογικών παραμέτρων κοντά στο έδαφος, χρησιμοποιώντας ένα σχήμα που παραμετροποιεί το ιξώδες υπόστρωμα (δηλαδή χωρίς να κάνει σχήμα που παραμετροποιεί το ιξώδες υπόστρωμα (δηλαδή χωρίς να κάνει απλά χρήση της λογαριθμικής μεταβολής των πεδίων κοντά στο έδαφος).απλά χρήση της λογαριθμικής μεταβολής των πεδίων κοντά στο έδαφος).

5.3.2) Ιξώδες υπόστρωμα5.3.2) Ιξώδες υπόστρωμα

1818

Θεωρητικό υπόβαθροΘεωρητικό υπόβαθρο

Το ιξώδες υπόστρωμα είναι ένα στρώμα κοντά στην επιφάνεια το Το ιξώδες υπόστρωμα είναι ένα στρώμα κοντά στην επιφάνεια το οποίο είναι τόσο λεπτό που δεν υπάρχει χώρος για την ανάπτυξη οποίο είναι τόσο λεπτό που δεν υπάρχει χώρος για την ανάπτυξη τυρβώδους ροής. τυρβώδους ροής.

Επομένως, η ορμή, η θερμότητα και η υγρασία μεταφέρονται Επομένως, η ορμή, η θερμότητα και η υγρασία μεταφέρονται μέσα από αυτό το στρώμα μέσω μοριακής διάχυσηςμέσα από αυτό το στρώμα μέσω μοριακής διάχυσης. .

Επειδή η μοριακή διάχυση είναι πολύ ασθενέστερη από την Επειδή η μοριακή διάχυση είναι πολύ ασθενέστερη από την τυρβώδη διάχυση, η παρουσία του ιξώδους υποστρώματος τυρβώδη διάχυση, η παρουσία του ιξώδους υποστρώματος περιορίζει τις ροές ενέργειας από την επιφάνεια. περιορίζει τις ροές ενέργειας από την επιφάνεια.

1919

• Το ιξώδες υπόστρωμα πάνω από τη θάλασσα θεωρείται ότι λειτουργεί σε 3 Το ιξώδες υπόστρωμα πάνω από τη θάλασσα θεωρείται ότι λειτουργεί σε 3 καταστάσειςκαταστάσεις: : (i) (i) ομαλή (ομαλή (smooth and transitionalsmooth and transitional)), , (ii) (ii) ταραγμένη (ταραγμένη (roughrough)), , (iii) (iii) ταραγμένη με ψεκάδες (ταραγμένη με ψεκάδες (rough with sprayrough with spray)), , ανάλογα με την ταχύτητα τριβής (ανάλογα με την ταχύτητα τριβής (friction velocity ufriction velocity u**))

• Το σχήμα δείχνει τη μεταβολή του ύψους του ιξώδους υποστρώματος (για ορμή, Το σχήμα δείχνει τη μεταβολή του ύψους του ιξώδους υποστρώματος (για ορμή, υγρασία και θερμότητα) για διαφορετικές ταχύτητες τριβής (υγρασία και θερμότητα) για διαφορετικές ταχύτητες τριβής (uu**))

2020

Επίσης το μήκος τραχύτητας (Επίσης το μήκος τραχύτητας (roughness length roughness length - - zz00) ) πάνω από τη πάνω από τη

θάλασσα είναι συνάρτηση της ταχύτητας τριβής θάλασσα είναι συνάρτηση της ταχύτητας τριβής (u(u**))..

Με αυτό τον τρόπο αναπαριστάνεται η αύξηση της τραχύτητας της Με αυτό τον τρόπο αναπαριστάνεται η αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας της θάλασσας σε μεγάλες ταχύτητες ανέμου.επιφάνειας της θάλασσας σε μεγάλες ταχύτητες ανέμου.

2121

qq

K z

zq

K z

z

sHbulk q

lm

Hbulk q1

1

11

qq11, q, qss, q, qlmlm==ειδική υγρασία στο άνω άκρο του ιξώδους υποστρώματοςειδική υγρασία στο άνω άκρο του ιξώδους υποστρώματος, , στην στην

επιφάνειαεπιφάνεια, , και στο χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλουκαι στο χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλου

KKHbulkHbulk= = συντελεστής ανταλλαγής θερμότηταςσυντελεστής ανταλλαγής θερμότητας

ZZ1q1q== ύψος ιξώδους υποστρώματος ύψος ιξώδους υποστρώματος

z=zz=zlmlm-z-z1q1q (διαφορά ύψους του χαμηλότερου επιπέδου του μοντέλου από το άνω (διαφορά ύψους του χαμηλότερου επιπέδου του μοντέλου από το άνω

άκρο του ιξώδους υποστρώματος)άκρο του ιξώδους υποστρώματος)

== μοριακή διαχυτική ικανότητα των υδρατμών μοριακή διαχυτική ικανότητα των υδρατμών (0.000021 m(0.000021 m22/s)/s)

2222

Μέση τιμή των διαφορών στις επιφ. Ροές Λανθ. Θερμ. Ιαν. 2003

(VISCOUSyes-VISCOUSno)

Σε συμφωνία με τη θεωρία, ισχυρότερες ροές λανθάνουσας Σε συμφωνία με τη θεωρία, ισχυρότερες ροές λανθάνουσας θερμότητας προβλέπονται στη Μεσόγειο χωρίς τη χρήση του θερμότητας προβλέπονται στη Μεσόγειο χωρίς τη χρήση του ιξώδους υποστρώματος. ιξώδους υποστρώματος.

2323

Ισχυρότερες ροές αισθητής θερμότητας προβλέπονται στη Ισχυρότερες ροές αισθητής θερμότητας προβλέπονται στη Μεσόγειο χωρίς τη χρήση του ιξώδους υποστρώματος. Μεσόγειο χωρίς τη χρήση του ιξώδους υποστρώματος.

Μέση τιμή των διαφορών στις επιφ. Ροές Αισθ. Θερμ. Ιαν. 2003

(VISCOUSyes-VISCOUSno)

2424

Μέση τιμή των διαφορών της βροχόπτωσης Ιαν. 2003

(VISCOUSyes-VISCOUSno)

Μεγαλύτερα ποσά βροχής προβλέπονται στη Μεσόγειο χωρίς τη Μεγαλύτερα ποσά βροχής προβλέπονται στη Μεσόγειο χωρίς τη χρήση του ιξώδους υποστρώματος. χρήση του ιξώδους υποστρώματος.

2525

Χρονοσειρές μέσων τιμών επιφανειακών ροώνπάνω από θαλάσσια σημεία

Mean Surface Latent Heat Fluxes (sea points)

0

50

100

150

200

250

300

1 6 11 16 21 26 31

DATE (JAN. 2003)

up

war

d L

HF

(W

/m2)

Mean Surface Sensible Heat Fluxes (sea points)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 6 11 16 21 26 31

DATE (JAN. 2003)

up

wa

rd S

HF

(W

/m2

)

2626

Mean T2M (sea points)

10

11

12

13

14

15

16

1 6 11 16 21 26 31

DATE (JAN. 2003)

T2

M (

de

g. C

)Χρονοσειρές μέσης τιμής 2-m θερμοκρασίας

πάνω από θαλάσσια σημεία

2727

5.4) Παραμετροποίηση των Νεφών και του Υετού5.4) Παραμετροποίηση των Νεφών και του Υετού

•Η παραμετροποίηση των μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγροποίησης και Η παραμετροποίηση των μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγροποίησης και νεφών (νεφών (grid-scale precipitation and cloud parameterization)grid-scale precipitation and cloud parameterization) αναφέρεται αναφέρεται στην προσομοίωση από το μοντέλο των νεφών και των διαδικασιών στην προσομοίωση από το μοντέλο των νεφών και των διαδικασιών υγροποίησης που απομακρύνουν την πλεονάζουσα ατμοσφαιρική υγροποίησης που απομακρύνουν την πλεονάζουσα ατμοσφαιρική υγρασία η οποία προέρχεται από τα προγνωστικά πεδία του ανέμου, της υγρασία η οποία προέρχεται από τα προγνωστικά πεδία του ανέμου, της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Αυτά τα πεδία έχουν υπολογιστεί μέσω θερμοκρασίας και της υγρασίας. Αυτά τα πεδία έχουν υπολογιστεί μέσω των δυναμικών διαδικασιών του μοντέλουτων δυναμικών διαδικασιών του μοντέλου..

•Η παραμετροποίηση της ανωμεταφοράς (Η παραμετροποίηση της ανωμεταφοράς (convective parameterizationconvective parameterization)) είναιείναι η μέθοδος με την οποία τα μοντέλα λαμβάνουν υπόψη τα η μέθοδος με την οποία τα μοντέλα λαμβάνουν υπόψη τα αποτελέσματα της ανωμεταφοράς (σε κλίμακες μικρότερες από τη αποτελέσματα της ανωμεταφοράς (σε κλίμακες μικρότερες από τη χωρική διακριτοποίηση) μέσω της ανακατανομής της θερμοκρασίας και χωρική διακριτοποίηση) μέσω της ανακατανομής της θερμοκρασίας και της υγρασίας στην κατακόρυφη διεύθυνση. της υγρασίας στην κατακόρυφη διεύθυνση.

Με αυτή την παραμετροποίηση μειώνεται η αστάθεια της ατμόσφαιρας Με αυτή την παραμετροποίηση μειώνεται η αστάθεια της ατμόσφαιρας και έτσι αποτρέπεται η δημιουργία μη-ρεαλιστικής μεγάλης-κλίμακας και έτσι αποτρέπεται η δημιουργία μη-ρεαλιστικής μεγάλης-κλίμακας ανωμεταφοράς (από το σχήμα των μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών ανωμεταφοράς (από το σχήμα των μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγραποίησης) και κυκλογένεσις στα κατώτερα επίπεδα του μοντέλου.. υγραποίησης) και κυκλογένεσις στα κατώτερα επίπεδα του μοντέλου..

2828

Το Το σχήμα παραμετροποίησης των μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών σχήμα παραμετροποίησης των μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγροποίησης και νεφών υγροποίησης και νεφών (PCP – grid-scale Precipitation and Cloud (PCP – grid-scale Precipitation and Cloud Parameterization scheme)Parameterization scheme) υπολογίζει τον υετό βασιζόμενο στη σχετική υπολογίζει τον υετό βασιζόμενο στη σχετική υγρασία έτσι ώστε να απομακρύνει την πλεονάζουσα υγρασία στην κλίμακα υγρασία έτσι ώστε να απομακρύνει την πλεονάζουσα υγρασία στην κλίμακα του πλέγματος του μοντέλου. του πλέγματος του μοντέλου.

Τα νέφη Τα νέφη επίσης υπολογίζονται μέσω της σχετικής υγρασίας έτσι ώστε να επίσης υπολογίζονται μέσω της σχετικής υγρασίας έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν αργότεραχρησιμοποιηθούν αργότερα από το σχήμα της ακτινοβολίας. από το σχήμα της ακτινοβολίας.

Το Το σχήμα παραμετροποίησης της ανωμεταφοράς σχήμα παραμετροποίησης της ανωμεταφοράς (Convective (Convective Parameterization schemeParameterization scheme - CP- CP)) απομακρύνει την υπάρχουσα αστάθεια και απομακρύνει την υπάρχουσα αστάθεια και προσομοιώνει τα αποτελέσματα των μικρής-κλίμακας διαδικασιών προσομοιώνει τα αποτελέσματα των μικρής-κλίμακας διαδικασιών ανωμεταφοράς στο μεγαλύτερης κλίμακας περιβάλλον του μοντέλου. Ο ανωμεταφοράς στο μεγαλύτερης κλίμακας περιβάλλον του μοντέλου. Ο υετός είναι μόνο ένα παράπλευρο αποτέλεσμα του σχήματος. υετός είναι μόνο ένα παράπλευρο αποτέλεσμα του σχήματος.

2929

Καθώς αυξάνεται η ανάλυση των μοντέλων, όλο και περισσότερες λεπτομέρειες Καθώς αυξάνεται η ανάλυση των μοντέλων, όλο και περισσότερες λεπτομέρειες απαιτούνται για τη ρεαλιστικότερη αναπαράσταση των μικρής-κλίμακας απαιτούνται για τη ρεαλιστικότερη αναπαράσταση των μικρής-κλίμακας διαδικασιών που συμβαίνουν στα νέφη. Επιπλέον, μερικές μέσης-κλίμακας διαδικασιών που συμβαίνουν στα νέφη. Επιπλέον, μερικές μέσης-κλίμακας κυκλοφορίες που δημιουργούνται από ανωμεταφορά μπορούν πλέον να κυκλοφορίες που δημιουργούνται από ανωμεταφορά μπορούν πλέον να αναλυθούν. Αυτό έχει γίνει εφικτό και απόαναλυθούν. Αυτό έχει γίνει εφικτό και από

αα) ) Την ανάπτυξη παραμετροποιήσεων μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών Την ανάπτυξη παραμετροποιήσεων μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγροποίησης και νεφών που περιλαμβάνουν πληροφορίες για τα διάφορα υγροποίησης και νεφών που περιλαμβάνουν πληροφορίες για τα διάφορα υδρομετέωραυδρομετέωρα..

ββ) ) Από τη Από τη σύνδεσησύνδεση των σχημάτων μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγροποίησης των σχημάτων μεγάλης-κλίμακας διαδικασιών υγροποίησης (PCP) (PCP) και ανωμεταφοράς και ανωμεταφοράς (CP)(CP) τα οποία ανταλλάσσουν πληροφορίες για τις τα οποία ανταλλάσσουν πληροφορίες για τις μικροφυσικές ιδιότητες των νεφώνμικροφυσικές ιδιότητες των νεφών. .

3030

5.4.1) 5.4.1) Μεγάλης-Κλίμακας Διαδικασίες Υγροποίησης (Μεγάλης-Κλίμακας Διαδικασίες Υγροποίησης (grid-scale precipitation)grid-scale precipitation)

Τα νέφη και ο υετός που οφείλονται σε διεργασίες μεγάλης-κλίμακας δεν Τα νέφη και ο υετός που οφείλονται σε διεργασίες μεγάλης-κλίμακας δεν μπορούν να αναπαρασταθούν πλήρως και χρειάζεται μπορούν να αναπαρασταθούν πλήρως και χρειάζεται να γίνει τουλάχιστον κάποια να γίνει τουλάχιστον κάποια παραμετροποίησηπαραμετροποίηση, επειδή ένα πλήθος σημαντικών μικροφυσικών διεργασιών , επειδή ένα πλήθος σημαντικών μικροφυσικών διεργασιών συμβαίνουν σε κλίμακες πολύ μικρότερες από την κυψελίδα πλέγματος. συμβαίνουν σε κλίμακες πολύ μικρότερες από την κυψελίδα πλέγματος.

Στα αριθμητικά μοντέλα η υγρασία συνήθως εκφράζεται σαν αναλογία μίγματος Στα αριθμητικά μοντέλα η υγρασία συνήθως εκφράζεται σαν αναλογία μίγματος (kg (kg νερού ανάνερού ανά kg kg ξηρού αέραξηρού αέρα), ), π.χ.π.χ. q qvv για τους υδρατμούςγια τους υδρατμούς, q, qcc για το νερό των για το νερό των

νεφών, νεφών, qqrr για το νερό της βροχής καθώς και πρόσθετες μεταβλητές για τον πάγο, για το νερό της βροχής καθώς και πρόσθετες μεταβλητές για τον πάγο,

το χαλάζι κλπ. Τα περισσότερα αριθμητικά μοντέλα, και ειδικότερα τα μοντέλα το χαλάζι κλπ. Τα περισσότερα αριθμητικά μοντέλα, και ειδικότερα τα μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας, περιλαμβάνουν μόνο τηνπαγκόσμιας κυκλοφορίας, περιλαμβάνουν μόνο την q qvv και ίσως μία μεταβλητή και ίσως μία μεταβλητή

για τα νέφη. για τα νέφη.

3131

A) A) Ένα απλό σχήμα μικροφυσικής Ένα απλό σχήμα μικροφυσικής (Kessler 1969)(Kessler 1969)

Το σχήμα του Το σχήμα του Kessler Kessler χρησιμοποιεί 3 μεταβλητές για την υγρασίαχρησιμοποιεί 3 μεταβλητές για την υγρασία::qqvv για για τους υδρατμούςτους υδρατμούς

qqcc γιαγια το νερό των νεφών το νερό των νεφών το οποίο αναπαριστάνει τις μικρές σταγόνες με το οποίο αναπαριστάνει τις μικρές σταγόνες με

διάμετρο μικρότερη από διάμετρο μικρότερη από 200 200 mmqqrr για για την βροχή την βροχή το οποίο αναπαριστάνει τις μεγάλες σταγόνες με διάμετρο το οποίο αναπαριστάνει τις μεγάλες σταγόνες με διάμετρο

μεγαλύτερη από μεγαλύτερη από 200 200 mmΤο σχήμα εφαρμόζεται στα θερμά νέφη και δεν αναπαριστάνει τον πάγο. Το σχήμα εφαρμόζεται στα θερμά νέφη και δεν αναπαριστάνει τον πάγο.

3232

Τι ξεχωρίζει τα Τι ξεχωρίζει τα νεφοσταγονίδια από τις νεφοσταγονίδια από τις σταγόνες της βροχήςσταγόνες της βροχής??

Υπάρχουν δύο ξεχωριστές κλίμακεςΥπάρχουν δύο ξεχωριστές κλίμακες

(Cotton, 1972, Monthly Weather Review, 100, 757-763)

3333

Η Η ταχύτητα πτώσης (ταχύτητα πτώσης (tterminal velocity erminal velocity - - vvtt)) είναι μηδέν για τις νεφοσταγόνες, είναι μηδέν για τις νεφοσταγόνες,

((cloud dropscloud drops)), , ενώ για τις σταγόνες της βροχής (ενώ για τις σταγόνες της βροχής (rain dropsrain drops)) υπολογίζεται υπολογίζεται απόαπό::

Ο πληθυσμός των σταγόνων της βροχής Ο πληθυσμός των σταγόνων της βροχής ακολουθεί την εκθετική κατανομή των ακολουθεί την εκθετική κατανομή των Marshall-Palmer:Marshall-Palmer:

N(D)=NN(D)=Nooee--DD

όπου όπου N N είναι ο αριθμός των σταγόνων είναι ο αριθμός των σταγόνων διαμέτρου διαμέτρου D D ανά μονάδα όγκου και ανά ανά μονάδα όγκου και ανά μονάδα διαμέτρουμονάδα διαμέτρου, N, Noo είναι μία σταθερά είναι μία σταθερά

(0.08 cm(0.08 cm-4-4) ) και και =41R=41R-0.21-0.21 όπου όπου R R είναι ο είναι ο ρυθμός της βροχής σε ρυθμός της βροχής σε mm/hour.mm/hour.

2/1

2/1

)( DgkDV l

όπου όπου D D είναι η διάμετρος είναι η διάμετρος της σταγόναςτης σταγόνας, , ρρll είναι η είναι η

πυκνότητα του νερού σε πυκνότητα του νερού σε υγρή φάσηυγρή φάση, , ρρ είναι η είναι η πυκνότητα του αέραπυκνότητα του αέρα, k , k είναι είναι μία αδιάστατη σταθερά καιμία αδιάστατη σταθερά και g g είναι η επιτάχυνση της είναι η επιτάχυνση της βαρύτηταςβαρύτητας..

3434

που που είναι ένα κατώφλι είναι ένα κατώφλι ~10~10-3-3 kg/kg kg/kg και και k k είναι ένας σταθερός ρυθμός είναι ένας σταθερός ρυθμός (~10(~10-3-3 sec sec-1-1). ). Και Και οι δύο παράμετροι μπορούν να ρυθμιστούνοι δύο παράμετροι μπορούν να ρυθμιστούν..

• CCrr είναι η είναι η συγχώνευσησυγχώνευση ((coalescence)coalescence) των σταγόνων της βροχής με τις νεφοσταγόνες που των σταγόνων της βροχής με τις νεφοσταγόνες που

παρασύρουν κατά την πτώση τους παρασύρουν κατά την πτώση τους ((επισώρευση - επισώρευση - accretion)accretion). . Ένας απλός τρόπος Ένας απλός τρόπος υπολογισμού είναιυπολογισμού είναι

• EErr είναι η είναι η εξάτμιση της βροχήςεξάτμιση της βροχής ((evaporation of rainevaporation of rain))..

•C C είναι η είναι η συμπύκνωσησυμπύκνωση (c (condensation)ondensation). . Κάθε πλεόνασμα Κάθε πλεόνασμα κόρου απομακρύνεται με μετατροπή του σε νέφοςκόρου απομακρύνεται με μετατροπή του σε νέφος,,

•E E είναι η είναι η εξάτμιση των νεφών εξάτμιση των νεφών (e(evaporation of cloud)vaporation of cloud). . Αν Αν η υγρασία είναι μικρότερη από ότι στο σημείο κορεσμού, η υγρασία είναι μικρότερη από ότι στο σημείο κορεσμού, το νερό των νεφών μετατρέπεται σε υδρατμούς έως ότου το νερό των νεφών μετατρέπεται σε υδρατμούς έως ότου είτε το νερό των νεφών εξατμιστεί τελείως ή μέχρι την είτε το νερό των νεφών εξατμιστεί τελείως ή μέχρι την ύπαρξη νέου κορεσμούύπαρξη νέου κορεσμού,,

•AArr είναι η είναι η αυτομετατροπή (αυτομετατροπή (autoconversionautoconversion)). . Η έναρξη Η έναρξη

της βροχής γίνεται μέσω της σύγκρουσης των της βροχής γίνεται μέσω της σύγκρουσης των νεφοσταγόνων, της συγχώνευσής τους και/ή ανάπτυξης νεφοσταγόνων, της συγχώνευσής τους και/ή ανάπτυξης μέσω διάχυσης. Αντί για λεπτομερείς υπολογισμούς ο μέσω διάχυσης. Αντί για λεπτομερείς υπολογισμούς ο Kessler Kessler χρησιμοποιεί μία απλή σχέσηχρησιμοποιεί μία απλή σχέση

8/72.2 rcr qqC

aq

aqaqkA

c

ccr ,0

),(

3535

Ο όρος Ο όρος bb εκφράζει το ποσοστό της εκφράζει το ποσοστό της νεφοκάλυψης (νεφοκάλυψης (cloud covercloud cover)) σε σε κάθε σημείο πλέγματος του μοντέλουκάθε σημείο πλέγματος του μοντέλου. . ff είναι η σχετική υγρασία και είναι η σχετική υγρασία και ffoo είναι μία τιμή κατωφλίου για τη είναι μία τιμή κατωφλίου για τη

σχετική υγρασία.σχετική υγρασία.

Αν Αν f<ff<foo, τότε , τότε bb = 0 = 0

01

11

f

fb

Β) Παραμετροποίηση των νεφών στο μοντέλο ΣΚΙΡΩΝΒ) Παραμετροποίηση των νεφών στο μοντέλο ΣΚΙΡΩΝ

sea over the,90.0

land over the,75.00f

3636

Τα νέφη θεωρείται ότι περιέχουν νερό σε υγρή φάση κάτω από το επίπεδο ψύξης (Τα νέφη θεωρείται ότι περιέχουν νερό σε υγρή φάση κάτω από το επίπεδο ψύξης (0 0 CC) ) και νερό σε στερεά φάση πάνω από το ύψος της ισόθερμης των -και νερό σε στερεά φάση πάνω από το ύψος της ισόθερμης των -15 15 CC. .

Σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες, τα νέφη μπορεί να περιέχουν υδροσταγόνες ή Σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες, τα νέφη μπορεί να περιέχουν υδροσταγόνες ή παγοκρυστάλλους ανάλογα με το ύψος της κορυφής του νέφουςπαγοκρυστάλλους ανάλογα με το ύψος της κορυφής του νέφους:: - Εάν η κορυφή του νέφους εντοπίζεται υψηλότερα από το επίπεδο των -15- Εάν η κορυφή του νέφους εντοπίζεται υψηλότερα από το επίπεδο των -15CC, τότε το , τότε το στρώμα ανάμεσα στους 0στρώμα ανάμεσα στους 0CC και -15 και -15CC θεωρείται ότι αποτελείται από παγοκρυστάλλους θεωρείται ότι αποτελείται από παγοκρυστάλλους λόγω της πτώσης τους από τα υψηλότερα νεφικά στρώματα. λόγω της πτώσης τους από τα υψηλότερα νεφικά στρώματα. - Σε αντίθετη περίπτωση, το σύνολο των νεφών που είναι στο στρώμα ανάμεσα στους - Σε αντίθετη περίπτωση, το σύνολο των νεφών που είναι στο στρώμα ανάμεσα στους 00CC και -15 και -15CC θεωρείται ότι περιέχουν νερό σε κατάσταση υπέρψυξης. θεωρείται ότι περιέχουν νερό σε κατάσταση υπέρψυξης.

3737

ΓΓ) ) Μεγάλης-κλίμακας διαδικασίες υγροποίησης στο μοντέλο ΣΚΙΡΩΝΜεγάλης-κλίμακας διαδικασίες υγροποίησης στο μοντέλο ΣΚΙΡΩΝ

ffoo είναι μία τιμή κατωφλίου για τη σχετική υγρασία. Συμπύκνωση είναι μία τιμή κατωφλίου για τη σχετική υγρασία. Συμπύκνωση

συμβαίνει όταν η σχετική υγρασία υπερβαίνει αυτήν την τιμήσυμβαίνει όταν η σχετική υγρασία υπερβαίνει αυτήν την τιμή: :

Η παραπάνω διαφορά οφείλεται στο ότι πάνω από τη θάλασσα είναι Η παραπάνω διαφορά οφείλεται στο ότι πάνω από τη θάλασσα είναι ευκολότερη η ύπαρξη συμπύκνωσης, εξαιτίας της μεγαλύτερης ευκολότερη η ύπαρξη συμπύκνωσης, εξαιτίας της μεγαλύτερης σχετικής υγρασίας στην κατώτερη τροπόσφαιρα και της ύπαρξης σχετικής υγρασίας στην κατώτερη τροπόσφαιρα και της ύπαρξης μεγαλύτερων συγκεντρώσεων μεγαλύτερων συγκεντρώσεων NaCl NaCl που λειτουργεί σαν πυρήνας που λειτουργεί σαν πυρήνας συμπύκνωσης. συμπύκνωσης.

•Θεωρείται ότι μεγάλης-κλίμακας συμπύκνωση συμβαίνει όταν η σχετική Θεωρείται ότι μεγάλης-κλίμακας συμπύκνωση συμβαίνει όταν η σχετική υγρασία υπερβαίνει μία προκαθορισμένη τιμή. Συνήθως, αυτές οι τιμές είναι υγρασία υπερβαίνει μία προκαθορισμένη τιμή. Συνήθως, αυτές οι τιμές είναι μικρότερες από το μικρότερες από το 100%100%. .

sea over the,90.0

land over the,75.00f

3838

• Η υπέρβαση του ορίου της σχετικής υγρασίας οδηγεί σε Η υπέρβαση του ορίου της σχετικής υγρασίας οδηγεί σε συμπύκνωσησυμπύκνωση και η και η απελευθέρωση της απελευθέρωση της λανθάνουσας θερμότηταςλανθάνουσας θερμότητας μεταβάλλει τη μεταβάλλει τη θερμοκρασίαθερμοκρασία του αέρα στο του αέρα στο συγκεκριμένο σημείο πλέγματος. συγκεκριμένο σημείο πλέγματος.

• Η υγρασία που υπερβαίνει το όριο Η υγρασία που υπερβαίνει το όριο συμπυκνώνεται, γίνεται υετόςσυμπυκνώνεται, γίνεται υετός και προστίθεται στο και προστίθεται στο επόμενο ατμοσφαιρικό στρώμαεπόμενο ατμοσφαιρικό στρώμα του μοντέλου. Σε περίπτωση όπου στο επόμενο του μοντέλου. Σε περίπτωση όπου στο επόμενο ατμοσφαιρικό στρώμα δεν υπάρχει κορεσμός, μέρος του εισερχόμενου νερού εξατμίζεται ατμοσφαιρικό στρώμα δεν υπάρχει κορεσμός, μέρος του εισερχόμενου νερού εξατμίζεται μέχρι η σχετική υγρασία να φτάσει το προκαθορισμένο όριο πάνω από το οποίο μέχρι η σχετική υγρασία να φτάσει το προκαθορισμένο όριο πάνω από το οποίο πραγματοποιείται συμπύκνωση. Το ποσό του νερού που συμπυκνώνεται και πέφτει πραγματοποιείται συμπύκνωση. Το ποσό του νερού που συμπυκνώνεται και πέφτει προστίθεται στο επόμενο ατμοσφαιρικό στρώμα του μοντέλου. προστίθεται στο επόμενο ατμοσφαιρικό στρώμα του μοντέλου.

•Ο υετός εκτιμάται διαγνωστικά Ο υετός εκτιμάται διαγνωστικά από την περιεκτικότητα των από την περιεκτικότητα των νεφών σε νερό ή νεφών σε νερό ή παγοκρυστάλλους.παγοκρυστάλλους.

•ΠροσοχήΠροσοχή:: Ένα μέρος ή ακόμα Ένα μέρος ή ακόμα και όλος ο υετός που και όλος ο υετός που σχηματίζεται στα διάφορα σχηματίζεται στα διάφορα επίπεδα του μοντέλου μπορεί να επίπεδα του μοντέλου μπορεί να μην καταλήξει στο έδαφος λόγω μην καταλήξει στο έδαφος λόγω εξάτμισης στα ενδιάμεσα εξάτμισης στα ενδιάμεσα επίπεδα.επίπεδα.

3939

Η παραγωγή υετού μεγάληςΗ παραγωγή υετού μεγάλης--κλίμακας βασίζεται στις εξής μικροφυσικές διεργασίες:κλίμακας βασίζεται στις εξής μικροφυσικές διεργασίες:--Μετασχηματισμός του διαθέσιμου νερού του νέφους σε βροχήΜετασχηματισμός του διαθέσιμου νερού του νέφους σε βροχή--Συλλογή των υδροσταγονιδίων του νέφους κατά την πτώση των σταγόνων της Συλλογή των υδροσταγονιδίων του νέφους κατά την πτώση των σταγόνων της βροχήςβροχής--Μετασχηματισμός των παγοκρυστάλλων σε χιόνιΜετασχηματισμός των παγοκρυστάλλων σε χιόνι--Συλλογή των παγοκρυστάλλων του νέφους κατά την πτώση των νιφάδωνΣυλλογή των παγοκρυστάλλων του νέφους κατά την πτώση των νιφάδων--Τήξη των νιφάδων του χιονιού κάτω από το επίπεδο ψύξηςΤήξη των νιφάδων του χιονιού κάτω από το επίπεδο ψύξης-Συλλογή των υδροσταγονιδίων του νέφους από λιωμένο χιόνι που πέφτει-Συλλογή των υδροσταγονιδίων του νέφους από λιωμένο χιόνι που πέφτει-Συνυπολογισμός της παραπάνω ποσότητας στο λιωμένο χιόνι-Συνυπολογισμός της παραπάνω ποσότητας στο λιωμένο χιόνι--Εξάτμιση του υετού (βροχής και χιονιού) και/ή πτώση στο έδαφοςΕξάτμιση του υετού (βροχής και χιονιού) και/ή πτώση στο έδαφος

4040

ΠροσοχήΠροσοχή:: Για λεπτομερή περιγραφή δείτε τις σημειώσεις του μοντέλου ΣΚΙΡΩΝ (σελ. Για λεπτομερή περιγραφή δείτε τις σημειώσεις του μοντέλου ΣΚΙΡΩΝ (σελ. 175-180)175-180)

sacisacwracwsautraut PPPPPP

P P Psm sm sm 1 2

E E Er rr rs

P c mm

m brautr

0

2

1 exp

P a m msaut i 1 0P C mPsacw r s

P C mPracw r r P C mPsaci s s

P C T Psm sm s1 27315 . P C Psm ws sacw2

E k f f Prr c r 0

E C C T

f f

fPrs rs rs s

1 2

0

0

27315.

Pp p

gP P P P P E dr

s t

sraut racw sacw sm sm rr

t

1 2 Pp p

gP P P P E ds

s t

ssaut saci sm sm rs

t

1 2

P

P Psfc

r sfc s sfc

w

Ρυθμός βροχής και χιονιού σε κάθε Ρυθμός βροχής και χιονιού σε κάθε Eta Eta επίπεδοεπίπεδο::

Συνολικός υετός στην Συνολικός υετός στην επιφάνειαεπιφάνεια::

Δημιουργία Δημιουργία υετούυετού::

Τήξη χιονιούΤήξη χιονιού::

Εξάτμιση υετούΕξάτμιση υετού::

4141

smp

fr

pc

pg

pnon P

C

LE

C

LE

C

LC

C

LT

t

T

grcnon CEEqt

q

cgnon EPCmt

m

termturbulentqqnon 33v

termturbulentQp

TTT rnon

33v

mm hhnon v

p

d

C

R

pp είναι η ατμοσφαιρική πίεση, είναι η ατμοσφαιρική πίεση, Τ είναι η θερμοκρασία (Κ), Τ είναι η θερμοκρασία (Κ), qq είναι η ειδική υγρασία είναι η ειδική υγρασία ((kg/kg), kg/kg), mm είναι η αναλογία μίγματος υδροσταγονιδίων και είναι η αναλογία μίγματος υδροσταγονιδίων και παγοκρυστάλλωνπαγοκρυστάλλων (kg/kg) (kg/kg),, RRdd είναι η παγκόσμια σταθερά των αερίων για είναι η παγκόσμια σταθερά των αερίων για

ξηρό αέραξηρό αέρα (287 Jkg (287 Jkg-1-1KK-1-1)), , CCpp είναι η ειδική θερμότητα του είναι η ειδική θερμότητα του

αέρα σε σταθερή πίεσηαέρα σε σταθερή πίεση (1005 Jkg (1005 Jkg-1-1KK-1-1)), , ω είναι η ω είναι η κατακόρυφη ταχύτητα σε συντεταγμένες πίεσης και κατακόρυφη ταχύτητα σε συντεταγμένες πίεσης και σε μονάδες (σε μονάδες (PasPas-1-1), ), QQrr είναι η είναι η

βαθμίδα θέρμανσης λόγω ακτινοβολίας σε βαθμίδα θέρμανσης λόγω ακτινοβολίας σε KsKs-1-1, , EEcc, , EErr είναι είναι

οι βαθμίδες εξάτμισης των νεφών και του υετίσιμου οι βαθμίδες εξάτμισης των νεφών και του υετίσιμου νερού, αντίστοιχα, σε νερού, αντίστοιχα, σε ss-1-1,, CCgg είναι η είναι η

μεγάλης κλίμακας συμπύκνωση, μεγάλης κλίμακας συμπύκνωση, PP είναι η είναι η βαθμίδα σχηματισμού υετού στα νέφη σε βαθμίδα σχηματισμού υετού στα νέφη σε ss-1-1, , PPsmsm είναι η είναι η

βαθμίδα τήξης του παραγόμενου χιονιού σε (βαθμίδα τήξης του παραγόμενου χιονιού σε (ss-1-1), ), LL είναι είναι η λανθάνουσα θερμότητα λόγω συμπύκνωσηςη λανθάνουσα θερμότητα λόγω συμπύκνωσης, , LLff είναι η είναι η

λανθάνουσα θερμότητα τήξης. λανθάνουσα θερμότητα τήξης.

4242

autoconversion— autoconversion— The initial stage of the collision–coalescence process whereby cloud The initial stage of the collision–coalescence process whereby cloud droplets collide and coalesce to form drizzle dropsdroplets collide and coalesce to form drizzle drops. Originally a term for the rate equation to . Originally a term for the rate equation to approximate the transfer of cloud drops to drizzle. Because of the low collection efficiencies approximate the transfer of cloud drops to drizzle. Because of the low collection efficiencies among cloud drops, autoconversion can be the limiting factor in the formation of drizzle among cloud drops, autoconversion can be the limiting factor in the formation of drizzle

accretion— accretion— 1.1. (Sometimes incorrectly called coagulation.) In cloud physics, usually the (Sometimes incorrectly called coagulation.) In cloud physics, usually the growth of an ice hydrometeor by collision with supercooled cloud drops that freeze wholly or growth of an ice hydrometeor by collision with supercooled cloud drops that freeze wholly or partially upon contact. May also refer to the collection of smaller ice particles. This has been partially upon contact. May also refer to the collection of smaller ice particles. This has been called a form of agglomeration and is analogous to coalescence, in which liquid drops collect called a form of agglomeration and is analogous to coalescence, in which liquid drops collect other liquid drops. other liquid drops. SeeSee ice accretion; ice accretion; comparecompare coagulation. coagulation. 2.2. In cloud modeling, the collection In cloud modeling, the collection of cloud drops by drizzle drops and raindrops.of cloud drops by drizzle drops and raindrops. This nomenclature is used along with This nomenclature is used along with autoconversion and self collection to distinguish among three subprocesses, evident from autoconversion and self collection to distinguish among three subprocesses, evident from numerical results, responsible for the growth of the drop-size distribution by the collision–numerical results, responsible for the growth of the drop-size distribution by the collision–coalescence process. coalescence process.

aggregationaggregation—— 1. 1. The process of combining different surface characteristics from The process of combining different surface characteristics from neighboring heterogeneous regions into an average value for the area. It is used in boundary neighboring heterogeneous regions into an average value for the area. It is used in boundary layer studies for surface fluxes, drag, and roughness. This process is often necessary to define layer studies for surface fluxes, drag, and roughness. This process is often necessary to define surface characteristics for numerical models that have coarse horizontal grid mesh and that surface characteristics for numerical models that have coarse horizontal grid mesh and that cannot resolve the individual surface areas. cannot resolve the individual surface areas. 2.2. The process of clumping together of snow The process of clumping together of snow crystals following collision as they fall to form snowflakescrystals following collision as they fall to form snowflakes . This process is especially important . This process is especially important near the melting layer where snow particles stick to each other more easily because of the near the melting layer where snow particles stick to each other more easily because of the liquid water on the surface. It also occurs at lower temperatures especially between dendritic liquid water on the surface. It also occurs at lower temperatures especially between dendritic snow crystals and occasionally rosette crystals in cirrus. snow crystals and occasionally rosette crystals in cirrus.

Various Definitions in http://amsglossary.allenpress.com/glossaryVarious Definitions in http://amsglossary.allenpress.com/glossary

4343

4444

Περίπλοκες αλληλεπιδράσεις Περίπλοκες αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σταανάμεσα στα::

qqii, q, qss, q, qgg, q, qvv, q, qr r καικαι q qcc

Άλλα σχήματα μικροφυσικήςΆλλα σχήματα μικροφυσικής

4545

5.4.2) Διαδικασίες υγροποίησης σε κλίμακες μικρότερες από τη χωρική 5.4.2) Διαδικασίες υγροποίησης σε κλίμακες μικρότερες από τη χωρική διακριτοποίηση του μοντέλου – Παραμετροποίηση της ανωμεταφοράς διακριτοποίηση του μοντέλου – Παραμετροποίηση της ανωμεταφοράς

((convective parameterizationconvective parameterization))

•Οι χωροχρονικές κλίμακες των σωρρειτόμορφων νεφών (κυρίως όσων Οι χωροχρονικές κλίμακες των σωρρειτόμορφων νεφών (κυρίως όσων εκτείνονται σε μεγάλα ύψη) είναι 2 ή περισσότερες τάξεις μεγέθους μικρότερες εκτείνονται σε μεγάλα ύψη) είναι 2 ή περισσότερες τάξεις μεγέθους μικρότερες από αυτές των συνοπτικών συστημάτων, ενώ οι κατακόρυφές τους κλίμακες από αυτές των συνοπτικών συστημάτων, ενώ οι κατακόρυφές τους κλίμακες είναι παρόμοιες. είναι παρόμοιες.

•Επομένως, ένα μεμονωμένο σωρρειτόμορφο νέφος δεν αναμένεται να έχει Επομένως, ένα μεμονωμένο σωρρειτόμορφο νέφος δεν αναμένεται να έχει μεγάλη επίδραση σε ένα μετεωρολογικό σύστημα μεγάλης κλίμακας. μεγάλη επίδραση σε ένα μετεωρολογικό σύστημα μεγάλης κλίμακας.

•Όμως, τα νέφη συνήθως οργανώνονται σε ομάδες με κλίμακα συγκρίσιμη με Όμως, τα νέφη συνήθως οργανώνονται σε ομάδες με κλίμακα συγκρίσιμη με αυτή των συνοπτικών συστημάτων. Συνεπώς, το αθροιστικό αποτέλεσμα ενός αυτή των συνοπτικών συστημάτων. Συνεπώς, το αθροιστικό αποτέλεσμα ενός μεγάλου αριθμού μεμονωμένων νεφών μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στα μεγάλου αριθμού μεμονωμένων νεφών μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στα μεγάλης-κλίμακας συστήματα μέσω της μεταφοράς θερμότητας, υγρασίας και μεγάλης-κλίμακας συστήματα μέσω της μεταφοράς θερμότητας, υγρασίας και ορμής. ορμής.

4646

Τα φυσικά αποτελέσματα της παραμετροποίησης της ανωμεταφοράς σε κλίμακες Τα φυσικά αποτελέσματα της παραμετροποίησης της ανωμεταφοράς σε κλίμακες μικρότερες από τη χωρική διακριτοποίηση είναι μικρότερες από τη χωρική διακριτοποίηση είναι

(i) (i) Η έκλυση λανθάνουσας θερμότηταςΗ έκλυση λανθάνουσας θερμότητας, ,

(ii) (ii) Η απομάκρυνση και ανακατανομή της υγρασίαςΗ απομάκρυνση και ανακατανομή της υγρασίας,,

(iii) (iii) Η ανακατανομή της ορμήςΗ ανακατανομή της ορμής. .

Γενικά, ο ρόλος της ανωμεταφοράς (Γενικά, ο ρόλος της ανωμεταφοράς (convectionconvection) είναι η σταθεροποίηση της ) είναι η σταθεροποίηση της ατμόσφαιραςατμόσφαιρας..

4747

Κάθε σχήμα παραμετροποίησης της ανωμεταφοράς πρέπει να καθορίσει τα Κάθε σχήμα παραμετροποίησης της ανωμεταφοράς πρέπει να καθορίσει τα ακόλουθα, χρησιμοποιώντας τις τιμές των πεδίων στις κυψελίδες πλέγματοςακόλουθα, χρησιμοποιώντας τις τιμές των πεδίων στις κυψελίδες πλέγματος: :

- Τι ενεργοποιεί την ανωμεταφορά στο σημείο πλέγματοςΤι ενεργοποιεί την ανωμεταφορά στο σημείο πλέγματος??

- Με ποιο τρόπο η ανωμεταφορά τροποποιεί τις ιδιότητες μίας κατακόρυφης Με ποιο τρόπο η ανωμεταφορά τροποποιεί τις ιδιότητες μίας κατακόρυφης στήλης της ατμόσφαιραςστήλης της ατμόσφαιρας??

- Με ποιο τρόπο η ανωμεταφορά και οι δυναμικές διεργασίες (σε κλίμακες που Με ποιο τρόπο η ανωμεταφορά και οι δυναμικές διεργασίες (σε κλίμακες που αναλύονται) αλληλοεπηρεάζονταιαναλύονται) αλληλοεπηρεάζονται??

Ο τρόπος με τον οποίο ένα σχήμα χειρίζεται τα παραπάνω μπορεί να περιορίσει Ο τρόπος με τον οποίο ένα σχήμα χειρίζεται τα παραπάνω μπορεί να περιορίσει την αποτελεσματικότητά του. Επιπλέον, οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται την αποτελεσματικότητά του. Επιπλέον, οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται στις διάφορες παραδοχές του σχήματος παραμετροποίησης ρυθμίζονται έτσι στις διάφορες παραδοχές του σχήματος παραμετροποίησης ρυθμίζονται έτσι ώστε να βελτιστοποιηθεί η απόδοσή του σε όλες τις μετεωρολογικές συνθήκες. ώστε να βελτιστοποιηθεί η απόδοσή του σε όλες τις μετεωρολογικές συνθήκες.

Κατά αυτό τον τρόπο μπορεί να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά σε ορισμένες Κατά αυτό τον τρόπο μπορεί να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά σε ορισμένες καταστάσεις από ότι σε άλλες.καταστάσεις από ότι σε άλλες.

4848

Α) Α) Moist Convective AdjustmentMoist Convective Adjustment

Γίνεται έλεγχος για το αν ο ρυθμός μείωσης της θερμοκρασίας στο Γίνεται έλεγχος για το αν ο ρυθμός μείωσης της θερμοκρασίας στο κατακόρυφο είναι μεγαλύτερος από την υγρή αδιαβατική και αν η τροπόσφαιρα κατακόρυφο είναι μεγαλύτερος από την υγρή αδιαβατική και αν η τροπόσφαιρα είναι κορεσμένη στα κατώτερα επίπεδαείναι κορεσμένη στα κατώτερα επίπεδα. . Αν αυτά ισχύουν, τότε το σχήμα ρυθμίζει τη θερμοκρασία και τις μεταβλητές Αν αυτά ισχύουν, τότε το σχήμα ρυθμίζει τη θερμοκρασία και τις μεταβλητές της υγρασίας σε κορεσμένες υγρές αδιαβατικές συνθήκες (της υγρασίας σε κορεσμένες υγρές αδιαβατικές συνθήκες (saturated moist saturated moist adiabatic conditionsadiabatic conditions)). .

ΠλεονεκτήματαΠλεονεκτήματα::-- Γρήγορο Γρήγορο- - Εύκολο στον προγραμματισμόΕύκολο στον προγραμματισμό

ΜειονεκτήματαΜειονεκτήματα::- - Απαιτεί κορεσμό στην κλίμακα του πλέγματος πριν την έναρξη της Απαιτεί κορεσμό στην κλίμακα του πλέγματος πριν την έναρξη της ανωμεταφοράςανωμεταφοράς- - Η τελική κατάσταση μετά την πραγματική ανωμεταφορά δεν είναι μια τέλεια Η τελική κατάσταση μετά την πραγματική ανωμεταφορά δεν είναι μια τέλεια υγρή αδιαβατικήυγρή αδιαβατική..

4949

Β) Σχήμα του Β) Σχήμα του Kuo Kuo (1965)(1965)ΤοΤο 1965 1965 ο ο Kuo Kuo πρότεινε ένα σχήμα παραμετροποίησης για τα στατιστικά πρότεινε ένα σχήμα παραμετροποίησης για τα στατιστικά αποτελέσματα της ανωμεταφοράς μέσω της λανθάνουσας θερμότητας που αποτελέσματα της ανωμεταφοράς μέσω της λανθάνουσας θερμότητας που εκλύεται από την συμπύκνωσηεκλύεται από την συμπύκνωση. .

•Η ανωμεταφορά ενεργοποιείται από κάθε ποσό διαθέσιμης δυναμικής Η ανωμεταφορά ενεργοποιείται από κάθε ποσό διαθέσιμης δυναμικής ενέργειας για ανωμεταφορά (ενέργειας για ανωμεταφορά (convective available potential energyconvective available potential energy)) αν η αν η σύγκλιση υγρασίας στην κατακόρυφη στήλη υπερβαίνει μία τιμή κατωφλίουσύγκλιση υγρασίας στην κατακόρυφη στήλη υπερβαίνει μία τιμή κατωφλίου. .

•Η θέρμανση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το ισοζύγιο της υγρασίας. Γενικά Η θέρμανση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το ισοζύγιο της υγρασίας. Γενικά η λανθάνουσα θερμότητα που εκλύεται στη στήλη καθορίζεται από τη η λανθάνουσα θερμότητα που εκλύεται στη στήλη καθορίζεται από τη σύγκλιση της υγρασίας. σύγκλιση της υγρασίας.

5050

Η σύγκλιση της υγρασίας υπολογίζεται απόΗ σύγκλιση της υγρασίας υπολογίζεται από

ΠλεονεκτήματαΠλεονεκτήματα:: -Παρέχει καλά αποτελέσματα όταν η ανωμεταφορά σχετίζεται με ισχυρό Παρέχει καλά αποτελέσματα όταν η ανωμεταφορά σχετίζεται με ισχυρό συνοπτικό αίτιο (π.χ. τροπικούς κυκλώνες) συνοπτικό αίτιο (π.χ. τροπικούς κυκλώνες) ΜειονεκτήματαΜειονεκτήματα::-Δεν ενεργοποιεί ανωμεταφορά χωρίς την ύπαρξη μεγάλης-κλίμακας σύγκλισηςΔεν ενεργοποιεί ανωμεταφορά χωρίς την ύπαρξη μεγάλης-κλίμακας σύγκλισης-Έχει ένα μεγάλο αριθμό παραμέτρων που πρέπει να ρυθμιστούν Έχει ένα μεγάλο αριθμό παραμέτρων που πρέπει να ρυθμιστούν ((π.χπ.χ. b, h. b, htt, h, hqq))

Οι ρυθμοί θέρμανσης (Οι ρυθμοί θέρμανσης (QQ11) ) και ύγρανσης και ύγρανσης (Q(Q22) ) υπολογίζονται απόυπολογίζονται από

όπουόπου b b είναι το ποσοστό (0-1) της σύγκλινουσας υγρασίας που παραμένει στη είναι το ποσοστό (0-1) της σύγκλινουσας υγρασίας που παραμένει στη στήλη και δεν γίνεται υετός,στήλη και δεν γίνεται υετός, h htt(p) (p) είναι μία εμπειρική συνάρτηση που καθορίζει είναι μία εμπειρική συνάρτηση που καθορίζει

την κατακόρυφη κατανομή της θέρμανσηςτην κατακόρυφη κατανομή της θέρμανσης, , καικαι h hqq(p) (p) είναι μία εμπειρική είναι μία εμπειρική

συνάρτηση που καθορίζει την κατακόρυφη κατανομή της ύγρανσηςσυνάρτηση που καθορίζει την κατακόρυφη κατανομή της ύγρανσης. .

)()(0

~fluxessurface

g

dpvqM

sP

vt

)()1(1 phMbc

LQ tt

p

)(2 phbMQ qt

5151

Γ) Γ) Betts-Miller-Janjic (1986, 1994)Betts-Miller-Janjic (1986, 1994)Είναι ένα σχήμα του τύπου των Είναι ένα σχήμα του τύπου των convective adjustment schemeconvective adjustment schemess που ρυθμίζει που ρυθμίζει την κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας και υγρασίας προς την την κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας και υγρασίας προς την προκαθορισμένη υγρή αδιαβατική κατάσταση σε ένα χρονικό διάστημα προκαθορισμένη υγρή αδιαβατική κατάσταση σε ένα χρονικό διάστημα περίπου 1 ώραςπερίπου 1 ώρας. . Η υγρή αδιαβατική κατάσταση καθορίζεται από Η υγρή αδιαβατική κατάσταση καθορίζεται από παρατηρήσειςπαρατηρήσεις. . Είναι ένα υπολογιστικά φθηνό και εύκολο σχήμα που δίνει καλά Είναι ένα υπολογιστικά φθηνό και εύκολο σχήμα που δίνει καλά αποτελέσματα, αλλά εξαρτάται από έναν αριθμό παραμέτρων που πρέπει να αποτελέσματα, αλλά εξαρτάται από έναν αριθμό παραμέτρων που πρέπει να ρυθμιστούνρυθμιστούν..Το σχήμα χρησιμοποιείται στα επιχειρησιακά μοντέλα Το σχήμα χρησιμοποιείται στα επιχειρησιακά μοντέλα NCEPNCEP//ETA ETA καικαι SKIRON/Eta SKIRON/Eta

Δ) Δ) Arakawa-Schubert (1974)Arakawa-Schubert (1974)Το σχήμα θεωρεί ότι ο ρυθμός της ανωμεταφοράς εξισορροπεί το ρυθμό με τον Το σχήμα θεωρεί ότι ο ρυθμός της ανωμεταφοράς εξισορροπεί το ρυθμό με τον οποίο οι διαδιακασίες μεγάλης-κλίμακας δημιουργούν την αστάθεια οποίο οι διαδιακασίες μεγάλης-κλίμακας δημιουργούν την αστάθεια ((σχήμα σχήμα quasi-equilibrium). quasi-equilibrium). Είναι ένα πολύπλοκο σχήμαΕίναι ένα πολύπλοκο σχήμα..

5252

EE) Υπερενεργά () Υπερενεργά (overactive) overactive) σχήματασχήματα

Μερικά σχήματα ανωμεταφοράς είναι επιρρεπή στο να απομακρύνουν πιο πολύ Μερικά σχήματα ανωμεταφοράς είναι επιρρεπή στο να απομακρύνουν πιο πολύ από την αναγκαία αστάθεια και υγρασία, ακόμα και αν τα πεδία μεγάλης από την αναγκαία αστάθεια και υγρασία, ακόμα και αν τα πεδία μεγάλης κλίμακας έχουν υπολογιστεί σωστά και η ανωμεταφορά έχει ενεργοποιηθεί στο κλίμακας έχουν υπολογιστεί σωστά και η ανωμεταφορά έχει ενεργοποιηθεί στο σωστό τόπο και χρόνο. σωστό τόπο και χρόνο.

Όταν αυτό συμβαίνει, το σχήμα αναφέρεται σαν Όταν αυτό συμβαίνει, το σχήμα αναφέρεται σαν υπερενεργό (υπερενεργό (overactiveoveractive))..

5353

•Όταν υπάρχει υετός και η θερμοκρασία του αέρα (στο χαμηλότερο επίπεδο Όταν υπάρχει υετός και η θερμοκρασία του αέρα (στο χαμηλότερο επίπεδο του μοντέλου) είναι χαμηλότερη από 1του μοντέλου) είναι χαμηλότερη από 1CC τότε θεωρούμε ότι χιονίζει τότε θεωρούμε ότι χιονίζει. .

•Αν υπάρχει υετός και η θερμοκρασία του αέρα είναι θερμότερη από Αν υπάρχει υετός και η θερμοκρασία του αέρα είναι θερμότερη από 11C, C, αλλά η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους είναι ψυχρότερη από αλλά η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους είναι ψυχρότερη από 00C, C, τότε θεωρούμαι ότι πέφτει χιονόνεροτότε θεωρούμαι ότι πέφτει χιονόνερο..

•Αλλιώς, ο υετός θεωρείται ως βροχή.Αλλιώς, ο υετός θεωρείται ως βροχή.

•Αν πέφτει χιόνι ή χιονόνερο, ο ρυθμός του υετού μετατρέπεται σε ένα υγρό Αν πέφτει χιόνι ή χιονόνερο, ο ρυθμός του υετού μετατρέπεται σε ένα υγρό ισοδύναμο ύψος χιονιού (ισοδύναμο ύψος χιονιού (liquid equivalent snow depth liquid equivalent snow depth - - ESD) ESD) και αθροίζεται και αθροίζεται στο ύψος χιονιούστο ύψος χιονιού. .

5.4.3) Διαδικασίες σχηματισμού χιονιού στο μοντέλο 5.4.3) Διαδικασίες σχηματισμού χιονιού στο μοντέλο ΣΚΙΡΩΝΣΚΙΡΩΝ