Ανάλυση της θερμοκρασίας της Μαύρης Θάλασσας
Από RemoteSensing Wiki
Authors: Bruno Buongiorno Nardelli, Simone Colella, Rosalia Santoleri, Maurizio Guarracino, Anton Kholod
Εισαγωγή
Δύο δεκαετίες συλλογής στοιχείων με AVHRR έχουν παρέλθει προκειμένου να επιτευχθεί μια βέλτιστη ημερήσια χρονοσειρά για τον προσδιορισμό της επιφανειακής θερμοκρασίας στη Μαύρη Θάλασσα με χωρική διακριτική ικανότητα 7 χλμ. Τα στοιχεία έχουν συγκριθεί με επιτόπου μετρήσεις για να προκύψει η μεταβλητότητα της θαλάσσιας επιφανειακής θερμοκρασίας. (SST). Από την παρεμβολή των στοιχείων προέκυψε ένα ΜΒΕ (Mean Bias Error) περίπου −0.05 °C και ένα κανονικοποιημένο μέσο τετραγωνικό σφάλμα (RMSE) περίπου 0.62 °C. Η μεταβλητότητα στις διαφορετικές χρονικές κλίμακες έχει προσδιοριστεί μέσω ανάλυσης με εμπειρικές ορθογώνιες συναρτήσεις (EOF). Η ανάλυση των εβδομαδιαίων στοιχείων της επιφανειακής θερμοκρασίας και των σχετικών σφαλμάτων (λόγω της κάλυψης σύννεφων) απέδειξε τις αλληλεπιδράσεις με τα στρώματα της ατμόσφαιρας βραχυπρόθεσμα, ενώ εξετάζοντας μακροπρόθεσμα τις εμπειρικές συναρτήσεις με χρήση φίλτρου, προέκυψε ένας σημαντικός συσχετισμός (μέχρι -0.65) στον δείκτη Βορειοατλαντικής Κύμανσης (ΝΑΟ). Οι διακυμάνσεις των τιμών επιφανειακής θερμοκρασίας ακολουθούσαν το δείκτη NAO με σχετικά μεγάλη χρονική υστέρηση (μεταξύ 2.4 και 3.5 ετών), δείχνοντας ότι οι διαδικασίες που αφορούν τη Μαύρη Θάλασσα συνδέονται πιθανότερα με τη θερμική και δυναμική ισορροπία της λεκάνης συνολικά.
Παράγοντες
Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη μεταβλητότητα της επιφανειακής θερμοκρασίας της Μαύρης Θάλασσας. Καταρχήν, η Μαύρη Θάλασσα είναι μια σχεδόν κλειστή λεκάνη με μια περιορισμένη ανταλλαγή νερού με τη Μεσόγειο (μέσω Βοσπόρου) και ακόμα χαμηλότερη ανταλλαγή με τη θάλασσα Azov. Επιπλέον, λόγω της υψηλής στρωματοποίησής της, χαρακτηρίζεται από αδυναμία κατακόρυφης ανάμιξης. Η θερμοκρασία στα ανώτερα στρώματα φαίνεται να επηρεάζεται άμεσα από αλλαγές στην ατμόσφαιρα. Εντούτοις, έχει παρατηρηθεί ότι το θερμικό καθεστώς της Μαύρης Θάλασσας ρυθμίζεται επίσης από τη μεταφορά θερμότητας από τα ρεύματα, τις εκβολές των ποταμών και των φερτών που μεταφέρουν, τις κατακρημνίσεις και των λεπτών στρωμάτων πετρελαίου (oil film)
Αλγόριθμος
Η έκδοση 5.0 του δέκτη AVHRR με μετρήσεις από το 1985 ως το 2005 χρησιμοποιήθηκε για την παρούσα μελέτη. Τα δεδομένα περιέχουν δύο σύνθετες εικόνες ανά ημέρα, με διακριτική ικανότητα 4 χλμ. Οι ημερήσιες και νυχτερινές διελεύσεις συγχωνεύονται χωριστά από το (Global Area Coverage) και χρησιμοποιούν τον αλγόριθμο NLSST (μη Γραμμικός αλγόριθμος θαλάσσιας επιφανειακής θερμοκρασίας). Ο αλγόριθμος NLSST διαβάζει:
SSTsat = α + b T4 + c (T4−T5) SSTguess + d (T4−T5) (sec ρ−1)
όπου SSTsat αντιπροσωπεύει τη δορυφορικά παραγόμενη εκτίμηση, SSTguess είναι μια εκτιμώμενη τιμή, ρ είναι η γωνία ζενίθ, και T4 και T5 είναι οι θερμοκρασίες φωτεινότητας AVHRR στα κανάλια 4 και 5, αντίστοιχα. Οι συντελεστές a, b, c, και d καθορίζονται εμπειρικά από συνδυασμό επί τόπου μετρήσεων και δορυφορικών σε όλο τον κόσμο (εφεξής «matchups»). Αυτοί οι συντελεστές PFSST επικαιροποιούνται μηνιαία και τα matchups επιλέγονται μέσα σε ένα πεδίο πέντε μηνών γύρω από το χρόνο μέτρησης. Τα δεδομένα λαμβάνονται μέσω μιας σειράς δοκιμών που συνδυάζονται για να καθορίσουν οκτώ γενικά ποιοτικά επίπεδα για κάθε εικονοστοιχείο. Σε αυτήν την εργασία, μόνο τα εικονοστοιχεία που έχουν περάσει όλες τις δοκιμές έχουν επιλεχτεί. Η μέθοδος που επιλέγεται είναι μια απλή διάμεσος όλων των έγκυρων μετρήσεων που βρίσκονται μέσα σε κάθε πλέγμα. Τέλος, οι τροχιές ανόδου έχουν αποκλειστεί για να μειώσουν την επίδραση του ημερήσιου κύκλου. Η επιτόπου μέτρηση γίνεται με θερμόμετρα. σε ένα κατά προσέγγιση βάθος λιγότερο από 20 εκατ. Μετρήσεις έγιναν μεταξύ 2001 και 2005. και γίνεται περαιτέρω επεξεργασία για τυχόν σφάλματα των οργάνων και της μέτρησης. Η έντονη νεφοκάλυψη στη Μαύρη Θάλασσα δημιουργεί προβλήματα στις δορυφορικές υπέρυθρες μετρήσεις. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια του προγράμματος SESAMΕ είναι ο αλγόριθμος OISST. Εκτός από τις στατιστικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν κρίθηκε απαραίτητη η αύξηση του θορύβου στην αναλογία σήματος μέχρι 0,5. Η εμπειρική ορθογώνια συνάρτηση (EOF) είναι μια τυποποιημένη τεχνική που χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει τους κύριους τρόπους μεταβλητότητας μιας χρονοσειράς. Στην περίπτωσή μας, ένας χρονικός μέσος όρος αφαιρείται από τη χρονοσειρά (συγκεκριμένα η κλιματολογία του 1985-2005).
Αποτελέσματα
Η ανάλυση προσδιόρισε την επιφάνεια στην οποία φαίνεται η μεταβλητότητα της επιφανειακής θερμοκρασίας στη Μαύρη Θάλασσα. Φαίνεται αρχικά μια ισχυρή εποχική εξάρτηση. Στην πράξη, οι αποκλίσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας είναι όλες θετικές το καλοκαίρι και αρνητικές το χειμώνα (εικόνα 1), ενώ οι θερμοκρασιακές κλίσεις, που προσδιορίζουν το ρεύμα κατά μήκος των ακτών και την κυκλωνική κυκλοφορία στο κεντρικό μέρος της λεκάνης, δείχνουν να ενισχύουν την κατάσταση σε αντίθεση με το καλοκαίρι, σε συνάρτηση με την παρουσία ανέμου.
