Μονάδα:
Κατεύθυνση Φυσική ΠεριβάλλοντοςΒιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών
Ημερομηνία κατάθεσης:
2020-09-29
Συγγραφέας:
Μπενετάτος Χαρίλαος
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Χρήστος Τζάνης, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής, Ε.Κ.Π.Α.
Κωσταντίνος Βαρώτσος, Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής, Ε.Κ.Π.Α.
Κωσταντίνος Ελευθεράτος, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος, Ε.Κ.Π.Α.
Πρωτότυπος Τίτλος:
Η συνεισφορά του ηλιακού κύκλου στη διακύμανση παραμέτρων του κλιματικού συστήματος
Γλώσσες εργασίας:
Ελληνικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Η συνεισφορά του ηλιακού κύκλου στη διακύμανση παραμέτρων του κλιματικού συστήματος
Περίληψη:
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να συνεισφέρει στην καλύτερη κατανόηση της επίδρασης της μεταβλητότητας της ηλιακής ακτινοβολίας στο γήινο κλίμα. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, ο σκοπός της έρευνας είναι η εκτίμηση της επίδρασης του ηλιακού κύκλου σε διάφορες παραμέτρους του κλιματικού συστήματος (θερμοκρασία, ζωνικός άνεμος, σχετική και ειδική υγρασία, ροές αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας, νεφοκάλυψη και βροχόπτωση). Το κύριο μέρος αφορά την εκτίμηση της μέγιστης διακύμανσης στην οποία υπόκεινται οι παράμετροι του κλιματικού συστήματος κατά τη διάρκεια ενός ηλιακού κύκλου. Ειδικότερα, μεταξύ ηλιακού μεγίστου και ελαχίστου υπάρχει διαφορά στην εκπεμπόμενη ηλιακή ενέργεια. Η διαφορά αυτή υπολογίζεται περίπου στο ~ 0.1% (~ 1 W/m2) της ολικής ροής ηλιακής ακτινοβολίας (Total Solar Irradiance - TSI) και εώς αρκετές μονάδες στο υπεριώδες τμήμα της φασματικής ροής ακτινοβολίας (Solar Spectral Irradiance - SSI) κάτι που προκαλεί τις διαφορές στις προαναφερθείσες κλιματικές παραμέτρους. Ένας πρόσθετος στόχος της εργασίας είναι η πρόβλεψη εξέλιξης των κλιματικών παραμέτρων σε διάφορους ορίζοντες πρόβλεψης, με σκοπό να εκτιμηθεί η συμπεριφορά των κλιματικών παραμέτρων σε σχέση με τον ηλιακό κύκλο σε μικρότερες χρονικές περιόδους.
Για την εκπλήρωση του πρώτου στόχου αναπτύχθηκε ένα στατιστικό μοντέλο γραμμικής παλινδρόμησης προκειμένου να υπολογιστεί η εξάρτηση των κλιματικών παραμέτρων από τον ηλιακό κύκλο σε παγκόσμια κλίμακα. Η εξάρτηση εκφράζεται με τους συντελεστές παλινδρόμησης και χρησιμοποιώντας τους γίνεται να εκτιμηθούν οι τιμές των κλιματικών παραμέτρων για οποιοδήποτε χρονικό βήμα. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι τιμές των κλιματικών παραμέτρων στα χρονικά διαστήματα όπου έχουμε μέγιστη και ελάχιστη εκπεμπόμενη ηλιακή ενέργεια (ηλιακό μέγιστο και ελάχιστο αντίστοιχα) και εκτιμώνται οι μέσοι όροι αντίστοιχα. Αφαιρώντας τις τιμές των παραμέτρων στα ηλιακά ελάχιστα από τις αντίστοιχες των ηλιακών μεγίστων προκύπτει η μέγιστη μεταβολή των κλιματικών παραμέτρων. Για τον σκοπό της πρόβλεψης της εξέλιξης των κλιματικών παραμέτρων, έγινε εκπαίδευση ενός τεχνητού νευρωνικού δικτύου (ΤΝΔ). Μέσω του ΤΝΔ αναπτύσσεται ένα μοντέλο της χρονοσειράς του ηλιακού δείκτη και γίνεται πρόβλεψη αυτής για μερικά χρονικά βήματα. Στη συνέχεια οι καινούριες τιμές του ηλιακού δείκτη εισάγονται στις εξισώσεις παλινδρόμησης με αποτέλεσμα οι διαφορές που αναφέρθηκαν στο πρώτο μέρος να υπολογίζονται εκ νέου σε μικρότερο χρονικό διάστημα το οποίο καθορίζεται από το δίκτυο (~ 6 μήνες). Αυτή η διαδικασία καταλήγει στην πρόβλεψη της εξέλιξης των κλιματικών παραμέτρων για μερικά χρονικά διαστήματα στα οποία μεταβάλλεται ελαφρώς η ηλιακή ροή.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διακύμανση των κλιματικών παραμέτρων μπορεί να αποδοθεί μερικώς στη διακύμανση της ηλιακής ροής. Βρέθηκαν σχετικά αδύναμες συσχετίσεις (-0.5 < Correlation Coefficient < 0.5) και η μέση παγκόσμια διακύμανση της εκάστοτε παραμέτρου, από το μέγιστο στο ελάχιστο της ηλιακής ροής, ήταν της τάξης 10-1-10-3. Όμως, σε πολλά γεωγραφικά πλάτη και μήκη καθώς και σε διαφορετικά επίπεδα πιέσεων υπήρχαν περιοχές όπου ο ηλιακός κύκλος είχε σχετικά μεγάλη επίδραση και υπήρχε στατιστική σημαντικότητα σε επίπεδο 95% και άνω οι οποίες μπορούν να αποδοθούν σε ήδη γνωστούς μηχανισμούς.
Ακόμη, γίνεται αναφορά στους κυριότερους μηχανισμούς διαμέσω των οποίων επιδρά ο ηλιακός κύκλος στο κλίμα όπως είναι η αύξηση των συγκεντρώσεων του όζοντος λόγω της αυξημένης εκπομπής UV ακτινοβολίας από τον Ήλιο, η αύξηση της στρατοσφαιρικής θερμοκρασίας λόγω της απορρόφησης ακτινοβολίας από τις αυξημένες συγκεντρώσεις του όζοντος καθώς και η μεταβολή της στρατοσφαιρικής ζωνικής κυκλοφορίας που πιθανώς οφείλεται στην αλληλεπίδραση των πλανητικών κυμάτων με την μέση ροή κυκλοφορίας. Τέλος, παρατίθεται και το σύνολο των μηχανισμών που αφορούν τις επιπτωσεις στον κύκλο του νερού και καλείται ‘’Bottom-up mechanism’’. Στη σχετική εργασία αναφέρεται ότι η αύξηση της απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας από τις υποτροπικές ωκεάνιες περιοχές μπορεί να οδηγήσει σε εντονότερα κύτταρα κυκλοφορίας (Hadley, Walker) μέσω των διεργασιών της εξάτμισης και των συνοδευόμενων ανοδικών κινήσεων. Η εντονότερη κυκλοφορία οδηγεί σε αύξηση της έντασης των υποτροπικών καθοδικών κινήσεων οι οποίες μειώνουν την νεφοκάλυψη και αυξάνουν την ακτινοβολία στην επιφάνεια. Τέλος, είναι εμφανής η δυσκολία ανεύρεσης ξεκάθαρου σήματος του ηλιακού κύκλου στις παραμέτρους λόγω της πολυπλοκότητας του κλιματικού συστήματος και οπότε θα πρέπει να εφαρμοστούν διαφορετικές μέθοδοι για να κατανοήσουμε περισσότερο αυτό το περίπλοκο αντικείμενο.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
Ηλιακός Κύκλος, Κλιματική Παράμετρος, Στατιστικό Μοντέλο, Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα, Ορίζοντες Πρόβλεψης
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
0
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
75
