Ανάλυση τηλεπισκόπησης και μοντελοποίηση της ακραίας καταιγίδας σκόνης...

Από RemoteSensing Wiki

Ανάλυση τηλεπισκόπησης και μοντελοποίηση της ακραίας καταιγίδας σκόνης που έπληξε τη Μέση Ανατολή και την ανατολική Μεσόγειο τον Σεπτέμβριο του 2015

Πρωτότυπος τίτλος: Remote sensing and modelling analysis of the extreme dust storm hitting the Middle East and eastern Mediterranean in September 2015

Συγγραφείς: Stavros Solomos, Albert Ansmann, Rodanthi-Elisavet Mamouri, Ioannis Binietoglou, Platon Patlakas, Eleni Marinou, and Vassilis Amiridis

Δημοσιεύθηκε: Atmospheric Chemistry and Physics

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Εικόνα 1: Υπόδειγμα διαστάσεων γεωδυναμικού ύψους (κάθε 10 μέτρα) και θερμοκρασίας (χρωματική κλίμακα σε ◦ C) στα 500mbar στις 6 Σεπτεμβρίου 2015, 00: 00UTC. (β) Μοντέλο 1000-700mbar (φράγμα) στις 6 Σεπτεμβρίου 2015, 00: 00UTC. (γ) Μοντέλο AOT (έγχρωμη κλίμακα), γεωδυναμικό ύψος στα 925mbar (κόκκινα περιγράμματα από 740 έως 757,5m κάθε 2,5 μ.) και διανύσματα ανέμου στα 925mbar. Η διακεκομμένη γραμμή υποδηλώνει τα όρια εκροής από τα Όρη Ζάγκρου. (δ) MSG-SEVIRI σκόνη RGB στις 08: 00UTC, 6 Σεπτεμβρίου 2015.

Εικόνα 2: α) Χάρτης RGB MSG-SEVIRI και CALIPSO (πράσινη γραμμή). (β) φορτίο σκόνης μοντέλου (mgm-2). (γ) συγκέντρωση μάζας σκόνης CALIPSO (μgm-3) • και (δ) συγκέντρωση μάζας σκόνης μοντέλου στις 6 Σεπτεμβρίου 2015, 23: 33UTC. Λόγω της σοβαρότητας του συμβάντος, το σήμα CALIPSO είναι εντελώς εξασθενημένο κάτω από ~ 1kma.s.l. στην περιοχή μεταξύ 35 και 37◦ N (σκούρο μπλε χρώμα).

Εικόνα 3: (α) Χάρτης RGB MSG-SEVIRI και CALIPSO (πράσινη γραμμή). (β) φορτίο σκόνης μοντέλου (mgm-2). (γ) συγκέντρωση μάζας σκόνης CALIPSO (μgm-3) • και (δ) συγκέντρωση μάζας σκόνης μοντέλου στις 7 Σεπτεμβρίου 2015, 10: 35UTC. Λόγω της σοβαρότητας του συμβάντος, το σήμα CALIPSO είναι εντελώς εξασθενημένο κάτω από ~ 1kma.s.l. στην περιοχή μεταξύ 34 και 36◦ N (σκούρο μπλε χρώμα).

Εικόνα 4: Συγκέντρωση σκόνης στην Κύπρο για διαφορετικές ώρες της ημέρας, όσο πιο κόκκινο τόσο μεγαλύτερη η συγκέντρωση.

Εισαγωγή

Η μεγάλη καταιγίδα σκόνης που έπληξε τη Μέση Ανατολή και την ανατολική Μεσόγειο τον Σεπτέμβριο του 2015 είχε ως αποτέλεσμα τα φορτία σκόνης σε όλη την Κύπρο με οπτικό βάθος αερολυμάτων που υπερβαίνει τα 5,0 στα 550nm. Αναλύουμε το γεγονός αυτό χρησιμοποιώντας προφίλ από το ευρωπαϊκό δίκτυο Lidar Aerosol Research (EARLINET) και το Cloud-Aerosol Lidar και την υπέρυθρη δορυφορική παρακολούθηση (CALIPSO), γεωστατικές παρατηρήσεις από τον SEVIRI και προσομοιώσεις υψηλής ανάλυσης από το περιφερειακό σύστημα ατμοσφαιρικής μοντελοποίησης (RAMS). Η ανάλυση των δεδομένων μοντελοποίησης και τηλεπισκόπησης αποκαλύπτει τους κύριους μηχανισμούς που οδήγησαν στη δημιουργία και διατήρηση του νέφους σκόνης στη Μέση Ανατολή και την Κύπρο. Ένας συνδυασμός μετεωρολογικών και επιφανειακών διεργασιών εντοπίζεται, μεταξύ άλλων,

(α)στην ανάπτυξη ενός θερμικού χαμηλού στην περιοχή της Συρίας που οδηγεί σε ασταθείς ατμοσφαιρικές συνθήκες και κινητοποίηση της σκόνης σε αυτόν τον τομέα,

(β) στη συγκολλητική δραστηριότητα στο βόρειο Ιράκ που προκαλεί και

(γ) τις αλλαγές στη χρήση γης που οφείλονται στον πόλεμο στις περιοχές του Βόρειου Ιράκ και της Συρίας που ενισχύουν την διαβρωσιμότητα της σκόνης.

Μεθοδολογία

Εργαλεία

Τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για να περιγράψουν την ανάλυση της καταιγίδας ήταν το EARLINET, CALIPSO, MSG-SEVIRI, το μοντέλο RAMS-ICLAMS και οι τροποποιήσεις των χρήσεων γης με την χρήση του USGS.

1. Ο σταθμός του LIDAR της Λεμεσού αποτελεί μέρος του Ευρωπαϊκού Δικτύου Lidar Aerosol Research (LAR) (Pappalardo et al., 2014). Το EARLINET χρησιμοποιείται ευρέως για τον χαρακτηρισμό αερολύματος και ιδιαίτερα για τις μελέτες χαρακτηρισμού σκόνης.

2. Το κύριο όργανο του δορυφόρου CALIPSO είναι το σύστημα LIDAR ορθογώνια πόλωση (CALIOP). Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιούνται προϊόντα L2 έκδοσης αερολύματος και προφίλ σύννεφων σε οριζόντια ανάλυση 5χλμ και κατακόρυφη ανάλυση 60μ.

3. Το σύνθετο RGB σκόνης Meteosat παράγεται από ένα συνδυασμό τριών υπέρυθρων διαύλων SEVIRI: IR12.0-IR10.8 (κόκκινο), IR10.8-IR8.7 (πράσινο) και IR10.8 (μπλε). Ο συνδυασμός καναλιών και οι παράμετροι απεικόνισης επελέγησαν για να μεγιστοποιήσουν την οπτική αντίθεση μεταξύ της καυτής επιφάνειας της ερήμου και των σωματιδίων σκόνης. Το προϊόν σκόνης RGB είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την ποιοτική παρακολούθηση των συμβάντων μεταφοράς σκόνης, αξιοποιώντας την υψηλή χρονική ανάλυση των παρατηρήσεων του SEVIRI.

4. Για τις προσομοιώσεις που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη, υιοθετούμε το συνδυασμένο Σύστημα Περιφερειακής Ατμοσφαιρικής Μοντελοποίησης της ατμόσφαιρας και το Ολοκληρωμένο Σύστημα Μοντελοποίησης Περιορισμένης Περιοχής, RAMS-ICLAMS. Το πρώτο επίπεδο μοντέλου είναι 50 μέτρα πάνω από το έδαφος, και τα επίπεδα τείνουν από την επιφάνεια έως και 18 χιλιόμετρα.

5. Η ακριβής αναπαράσταση των πηγών σκόνης στην περιοχή είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση αυτού του περίπλοκου γεγονότος, αλλά αυτό παρεμποδίζεται από την εποχική και διαχρονική μεταβλητότητα των πηγών σκόνης μαζί με τις πρόσφατες αλλαγές κάλυψης της γης στην περιοχή. Η αρχική βάση δεδομένων για τη χρήση γης του μοντέλου είναι η βάση δεδομένων χαρακτηριστικών κάλυψης γης παγκοσμίως USGS, η οποία λαμβάνεται από δεδομένα 1 km AVHRR (Προηγμένο ραδιομετρητή πολύ υψηλής ανάλυσης) που εκτείνεται από τον Απρίλιο του 1992 έως τον Μάρτιο του 1993.

Αποτελέσματα

Μετεωρολογικές Συνθήκες

Η κύρια κινητήριος δύναμη για τη δημιουργία αυτού του ακραίου επεισοδίου σκόνης είναι ο συνδυασμός δύο ξεχωριστών μετεωρολογικών χαρακτηριστικών στην ευρύτερη περιοχή: 1) η δημιουργία χαμηλής θερμοκρασίας πάνω από τις περιοχές της Συρίας με γυμνό έδαφος και 2) τα βουνά του Ιράκ και της Συρίας. Αυτές οι διαδικασίες αναλύονται στις ακόλουθες ενότητες χρησιμοποιώντας αποτελέσματα μοντελοποίησης και τηλεπισκόπηση. Στην εικόνα 1 η διέλευση ενός καναλιού είναι εμφανής στην Τουρκία στις 6 Σεπτεμβρίου 2015, 00: 00UTC. Το κέντρο χαμηλής πίεσης στα 500μ .βρίσκεται στα 5840μ. πάνω από την ανατολική όχθη της Μαύρης Θάλασσας. Κατά τη διάρκεια της ίδιας ημέρας, η θερμική ακτινοβολία της επιφάνειας του γυμνού εδάφους οδηγεί σε πολύ ζεστές θερμοκρασίες εδάφους άνω των 50◦C στη Συρία και το Ιράκ. Η πρόσληψη θερμού αέρα από την Ερυθρά Θάλασσα είναι επίσης εμφανής στη χαμηλότερη τροπόσφαιρα στο πάχος 1000-700mbar στο Σχήμα 1b. Αυτός ο συνδυασμός ψυχρού αέρα με χαμηλό επίπεδο θέρμανσης οδηγεί στο σχηματισμό ενός θερμικού συστήματος χαμηλής πίεσης πάνω στη Συρία, το οποίο είναι εμφανές στο γεωδυναμικό ύψος 925mbar στο σχήμα 1γ.

Ιδιότητες νέφους σκόνης και σύγκριση με παρατηρήσεις

Η δομή της στρώσης σκόνης καθώς διαδίδεται προς τη Μεσόγειο, συλλαμβάνεται από δύο εικόνες με χρήση CALIPSO στις 23: 33UTC, 6 Σεπτεμβρίου 2015 (Εικόνα 2) και στις 10: 35UTC, 7 Σεπτεμβρίου 2015 (Εικόνα 3).

Η ακραία καταιγίδα που πλήττει την Κύπρο κατά τη διάρκεια της 8ης Σεπτεμβρίου είναι αποτέλεσμα ενός στρώματος σκόνης που πλησιάζει το νησί από το νότο. Αυτό το στρώμα σκόνης είναι εμφανές μεταξύ 1,5 και 3,5 χλμ στις κατακόρυφες διατομές της συγκέντρωσης σκόνης μοντέλου στις 00:00 και 03: 00UTC στην εικόνα 4.

Συμπεράσματα

Ένας συνδυασμός μετεωρολογικών συνθηκών και συνθηκών χρήσης εδάφους οδήγησε στη δημιουργία ενός πρωτοφανούς επεισοδίου σκόνης. . Η ερμηνεία και η ανάλυση των δεδομένων τηλεπισκόπησης (EARLINET, CALIPSO και MSG-SEVIRI) και προσομοιώσεις προσομοίωσης (RAMS-ICLAMS) αποκαλύπτουν τους κύριους λόγους που οδήγησαν στην ανύψωση και επιμονή των στρώσεων σκόνης. Η ανάλυση που παρουσιάζεται εδώ εγείρει προβληματισμούς σχετικά με την προγνωστική ικανότητα των μοντέλων της ατμοσφαιρικής σκόνης, αφού παρόλο που τέτοιες ακραίες περιπτώσεις είναι σπάνιες, εξακολουθούν να αποτελούν κινδύνους για τις περιοχές που πλήττονται. Όπως φαίνεται στην παρούσα μελέτη, η πολυπλοκότητα αυτών των γεγονότων καθιστά την πρόβλεψή τους πολύ δύσκολη και είναι πιθανό ότι μια συγκεκριμένη διαμόρφωση μοντέλου θα μπορούσε να αναπαράγει με επιτυχία ένα συγκεκριμένο γεγονός, αλλά όχι όλα τα παρόμοια γεγονότα. Το κλειδί για την πρόβλεψη αυτών των γεγονότων στα ατμοσφαιρικά μοντέλα είναι η χρήση του χώρου πλέγματος.