Καταιγίδα στα νότια προάστια της Αθήνας στις 19 Αυγούστου: Σύγκριση μεταξύ °U-Model και άλλων συστημάτων

Η εκδήλωση υετού στην Αθήνα κατά το δίμηνο Ιουλίου – Αυγούστου είναι σχετικά σπάνιο φαινόμενο με συχνότητα που δεν ξεπερνάει τα 1-2 περιστατικά / μήνα. Σχεδόν πάντα, τα φαινόμενα έρχονται σαν αποτέλεσμα της μεγαλύτερης του συνηθισμένου διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των κατώτερων και μέσων / ανώτερων τροποσφαιρικών στρωμάτων, συνθήκη που προκαλεί έντονες ανοδικές κινήσεις στην ατμόσφαιρα (ατμοσφαιρική αστάθεια). Αυτό συμβαίνει όταν έχουμε το πέρασμα σχετικά ψυχρότερων του συνηθισμένου αερίων μαζών σε μέση / ανώτερη τροπόσφαιρα (πολλές φορές αναφέρεται και ως “ψυχρή λίμνη” αν και ο όρος δεν είναι πάντα δόκιμος). Η εμφάνιση των συγκεκριμένων ατμοσφαιρικών συνθηκών (και συνακολούθως των καταιγίδων) είναι συχνότερη στη βόρεια χώρα. Το ίδιο συμβαίνει και στις ορεινές περιοχές διότι το έντονο ανάγλυφο ευνοεί τις ανοδικές κινήσεις.

Ευνοϊκές συνθήκες για ανοδικές κινήσεις στην ατμόσφαιρα, δεν σημαίνει απαραίτητα και εκδήλωση καταιγίδων. Πολλοί παράγοντες όπως οι άνεμοι καθ’ύψος στην ατμόσφαιρα και οι ροές της υγρασίας σε συνδυασμό με την τοπογραφία και το ανάγλυφο καθορίζουν το τελικό αποτέλεσμα. Το ανάγλυφο της Αττικής είναι αρκετά πολύπλοκο (μεγάλο μέρος του ηπειρωτικού τμήματος του νομού περιβάλλεται από θάλασσα) την ίδια στιγμή που το λεκανοπέδιο της Αθήνας περιβάλλεται από ορεινούς όγκους με μόνη έξοδο προς τη θάλασσα στα νοτιοδυτικά. Τα παραπάνω δημιουργούν έναν ιδιαίτερα πολύπλοκο συνδυασμό, αυξάνοντας την προγνωστική αβεβαιότητα. Επιπροσθέτως, το γεωγραφικό πλάτος του νομού είναι πολλές φορές οριακό όταν έχουμε το πέρασμα διαταραχών σε μέση / ανώτερη τροπόσφαιρα με αποτέλεσμα να μην είναι εύκολο να καθοριστούν κρίσιμες τιμές θερμοκρασίας / υγρασίας σε αυτά τα ύψη και άρα το κατά πόσον θα ευνοηθούν οι ανοδικές κινήσεις. Κατά συνέπεια, η πρόγνωση των καταιγίδων στην Αττική είναι πολλές φορές “γρίφος” με αποτέλεσμα είτε να έχουμε λανθασμένο συναγερμό (ψευδώς θετική πρόγνωση – σφάλμα τύπου Ι), είτε το φαινόμενο να μην έχει προβλεφθεί (ψευδώς αρνητική πρόγνωση – σφάλμα τύπου ΙΙ) [1].

Στο παρόν άρθρο εξετάζουμε την πρόγνωση του °U-Model για τις μεσημεριανές ώρες της 19ης Αυγούστου στην Αθήνα / Αττική και τη χώρα μας με τρόπο ποιοτικό λαμβάνοντας υπόψιν, (1) την πραγματική δορυφορική εικόνα στο φάσμα του υπέρυθρου και (2) καταγραφές μετεωρολογικών σταθμών (όσον αφορά την Αθήνα). Τα αποτελέσματα αυτά αντιπαραβάλλονται με τις αντίστοιχες προγνώσεις του GFS και του ECMWF.

Η καταιγίδα της 19ης Αυγούστου στην Αθήνα

Το μεσημέρι της Τρίτης 19 Αυγούστου (μεταξύ 14:00 – 16:00), τοπική καταιγίδα αναπτύχθηκε πάνω από τα νοτιότερα τμήματα του λεκανοπεδίου των Αθηνών επηρεάζοντας τμήματα των δυτικών / νοτιοδυτικών προαστίων καθώς και τις νοτιότερες συνοικίες του δήμου Αθηναίων. Το ύψος βροχής έφτασε τα 16 χιλιοστά στο Γκάζι [2], τα 11.9 χιλιοστά στο Αιγάλεω [3] και τα 6 χιλιοστά στο Περιστέρι [4] ενώ βροχόπτωση καταγράφθηκε στον Βύρωνα (1 χιλιοστό) [5], στον Νέο Κόσμο (1.6 χιλιοστά) [6] και στον Πειραιά (0.6 του χιλιοστού) [7].

Στο επόμενο σχήμα παρουσιάζεται η δορυφορική εικόνα στο φάσμα του υπέρυθρου για τις 16:00 τοπική ώρα της Τρίτης 19 Αυγούστου από τη σελίδα https://meteologix.com [8]. Παρατηρούμε τον σχηματισμό νέφωσης στα νοτιότερα τμήματα της Αττικής, η οποία πρόκειται για το “αμόνι” της καταιγίδας που είχε μόλις εκδηλωθεί στο νοτιοδυτικό λεκανοπέδιο των Αθηνών:

Η απεικόνιση του °U-Model

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται η πρόγνωση του °U-Model [8], για την ίδια χρονική στιγμή. Για την πραγματοποίηση της προσομοίωσης του μοντέλου έχουν χρησιμοποιηθεί δεδομένα GFS της Δευτέρας 18/8 – 12UTC, ως προς τις αρχικές και οριακές συνθήκες:

Στο σχήμα 3, η πρόγνωση του αθροιστικού υετού της τελευταίας ώρας, για την ίδια χρονική στιγμή:

Συμπεράσματα

• Αν και το άρθρο αναφέρεται στην Αττική, ενδιαφέρον έχει να ξεκινήσομε από την γενική εικόνα της προσομοίωσης της δορυφορικής εικόνας στο φάσμα του υπέρυθρου για τη χώρα. Συγκρίνοντας τις εικόνες των σχημάτων 1 & 2, παρατηρούμε πως η απεικόνιση του μοντέλου είναι ρεαλιστική για την Μακεδονία (ανατολικότερα της Χαλκιδικής και τη Ροδόπη) και αρκετά ικανοποιητική για την ανατολική Πελοπόννησο καθως και για το βορειο τμημα της Πινδου. Όσον αφορά όμως τη Θεσσαλία κφαίνεται πως έχουν προβλεφθεί πυρήνες καταιγίδων οι οποίοι τη δεδομένη χρονική στιγμή δεν έχουν εκδηλωθεί στις αντίστοιχες περιοχές (σφάλμα τύπου Ι).
• Όσον αφορά την Αττική, η εικόνα είναι ικανοποιητική καθώς προβλέπονται αναπτύξεις νεφώσεων γενικά πάνω από το παραλιακό μέτωπο του Σαρωνικού και στα νοτιοδυτικά τμήματα του λεκανοπεδίου της Αθήνας, συμπεριλαμβάνοντας και τις περιοχές όπου τελικά εκδηλώθηκαν φαινόμενα. Παρατηρώντας προσεκτικά το χάρτη του σχήματος 3, διαπιστώνουμε ότι προβλέπονται ύψη υετού στα νότια προάστια της Αθήνας, τοπικά έως και 2-4mm νοτίως του Υμηττού.

Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι ενώ προβλέφθηκε υετός στα νοτιότερα τμήματα της Αττικής και ειδικότερα στο παραλιακό μέτωπο του Σαρωνικού, τα φαινόμενα εμφανίστηκαν λίγο βορειότερα από το αναμενόμενο και ήταν ελαφρώς ισχυρότερα.

Όσον αφορά τη γενικότερα εικόνα της χώρας, διαπιστώνουμε επίσης ότι η απεικόνιση των φαινομένων σε Πελοπόννησο, Μακεδονία και Θράκη ήταν ορθή τη δεδομένη χρονική στιγμή, ωστόσο παρουσιάστηκαν σφάλματα τύπου Ι (False Alarm) στη Θεσσαλια.

Η απεικόνιση GFS / ECMWF

Η παράθεση των προγνώσεων δύο ακόμη γνωστών παγκόσμιων συστημάτων (GFS – Αμερικάνικο, ECMWF – Ευρωπαϊκό σε οριζόντια ανάλυση .125°) παρουσιάζει επίσης ενδιαφέρον.

Στο επόμενο σχήμα (4) παρουσιάζεται η προσομοίωση της δορυφορικής εικόνας στο φάσμα του υπέρυθρου από το Ευρωπαϊκό μοντέλο πρόγνωσης για τις 16:00 της Τρίτης 19/8:

Συγκρίνοντας με την πραγματική εικόνα (σχήμα 1), διαπιστώνουμε ότι όσον αφορά τα νοτιότερα τμήματα της Πίνδου (κεντρική / βορειοανατολική Στερεά), την Πελοπόννησο αλλά και τη Ροδόπη, η απεικόνιση είναι αρκετά ρεαλιστική. Από την άλλη πλευρά όμως δεν προβλέπεται η εκτεταμένη νέφωση στην ανατολική Χαλκιδική ενώ λανθασμένα απεικονίζεται μια ισχυρή ανάπτυξη βορειότερα της Θεσσαλίας (ευρύτερη περιοχή του Ολύμπου).

Στο επόμενο σχήμα (5) παρουσιάζεται η ωριαία πρόγνωση του υετού από το Ευρωπαϊκό μοντέλο για το διάστημα μεταξύ 15:00 -16:00 της 19ης Αυγούστου.

Σύμφωνα με την παραπάνω εικόνα, προβλέπονται φαινόμενα σε ένα μεγάλο τμήμα της ηπειρωτικής χώρας, συμπεριλαμβανομένων και αρκετών τμημάτων της Αττικής.

Στην εικόνα του σχήματος 6, απεικονίζεται ο υετός για το ίδιο χρονικό διάστημα από το Αμερικάνικο μοντέλο πρόγνωσης:

Η εκδοχή του GFS που παρουσιάζεται παραπάνω δίνει σαφώς λιγότερα φαινόμενα σε σχέση με το Ευρωπαϊκό μοντέλο, κυρίως όσον αφορά τη βορειοανατολική Θεσσαλία, την ανατολική Χαλκιδική και τη Ροδόπη. Ωστόσο, όσον αφορά την περιοχή της Αττικής, δεν προβλέπονται καθόλου φαινόμενα.

Συμπεράσματα σχετικά με τις προγνώσεις GFS / ECMWF

• Φαίνεται πως η πρόγνωση του Αμερικάνικου συστήματος είναι περισσότερο ρεαλιστική από το Ευρωπαϊκό επιτυγχάνοντας να προσομοιώσει τα σημαντικότερα φαινόμενα σε ανατολική Χαλκιδική και Ροδόπη, όχι όμως στην Αττική και ενδεχομένως σε αλλες περιοχές (πχ βόρεια Πίνδο, κεντρική και βορειοανατολική Στερεά και ανατολική Πελοπόννησο).
• Από την άλλη πλευρά, αν και το Ευρωπαϊκό μοντέλο προέβλεψε φαινόμενα στην Αττική, η προσομοίωση ήταν σε διαφορετικά τμήματα του νομού ενώ ταυτόχρονα προέβλεψε φαινόμενα σε πάρα πολλές ακόμη ηπειρωτικές περιοχές, τα οποία ενδεχομένως δεν εμφανίστηκαν.
• Με άλλα λόγια, το Αμερικάνικο μοντέλο αν και είχε αρκετά χαμηλό ποσοστό “false alarm” προγνώσεων, παρουσίασε αρκετά υψηλό ποσοστό ψευδώς αρνητικών προγνώσεων. Το Ευρωπαϊκό μοντέλο κινήθηκε στην αντίθετη κατεύθυνση, έχοντας αρκετά χαμηλό ποσοστό ψευδώς αρνητικών προγνώσεων αλλά σχετικά υψηλό ποσοσό “false alarm” ανά την επικράτεια.

Σύνοψη / Συμπεράσματα

Η πρόγνωση φαινομένων ατμοσφαιρικής αστάθειας είναι συχνά απαιτητική από τα αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης διότι η κατανομή των φαινομένων στο χώρο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως οι θερμοκρασίες και οι άνεμοι καθ’ύψος καθώς και η ροή της υγρασίας. Εκτός των παραπάνω, η εκδήλωση και ένταση των καταιγίδων εξαρτάται επίσης και από την τοπογραφία και το ανάγλυφο. Η Αττική είναι πολλές φορές δύσκολη προβλέψιμη διότι εκτός από τον γεωφυσικό παράγοντα, πολλές φορές βρίσκεται στο όριο ατμοσφαιρικών διαταραχών και ως εκ τούτου η πρόγνωση ειδικών ατμοσφαιρικών παραμέτρων μπορεί να είναι λανθασμένη.

Τις μεσημεριανές ώρες της Τρίτης 19 Αυγούστου, καταιγίδα εκδηλώθηκε στα νότια / δυτικά τμήματα του λεκανοπεδίου της Αθήνας. Στο παρόν άρθρο πραγματοποιήθηκε ποιοτική σύγκριση της πραγματικής κατάστασης από τη δορυφορική εικόνα στο φάσμα του υπέρυθρου σε σχέση με την προσομοίωση του °U-Model (5 χιλιόμετρα οριζόντια ανάλυση) για τις 16:00 τοπική ώρα της Τρίτης 19/8, όπου διαπιστώνεται το γεγονός ότι το μοντέλο κατάφερε να προσομοιώσει το φαινόμενο αν και η μέγιστη έντασή του προβλέπεται ελαφρώς νοτιότερα (νότια προάστια και νότια τμήματα του Υμηττού). Ταυτόχρονα και για το σύνολο της χώρας, διαπιστώνουμε ότι η απεικόνιση του μοντέλου υπήρξε σχετικά ρεαλιστική, εκτός από την περιοχή της νοτιοδυτικής Θεσσαλίας.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει η ίδια σύγκριση χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα του GFS (Αμερικάνικο μοντέλο) και του ECMWF (Ευρωπαϊκό μοντέλο) σε ανάλυση 0.125° (~12 χλμ) για την ίδια χρονική στιγμή για το σύνολο της χώρας αλλά και την Αττική. Μεταξύ των δύο, μόνο το Ευρωπαϊκό μοντέλο κατάφερε να προβλέψει τα φαινόμενα της Αττικής αλλά σε διαφορετική περιοχή, παρουσιάζοντας όμως υψηλό ποσοστό false alarm περιπτώσεων στη χώρα – με άλλα λόγια, τείνει να προβλέπει περισσότερα φαινόμενα σε σχέση με την πραγματικότητα. Από την άλλη πλευρά αν και το Αμερικάνικο μοντέλο δεν προέβλεψε καταιγίδα στην Αττική, κυρίως γιατί τείνει να προβλέπει λιγότερα φαινόμενα σε σχέση με την πραγματικότητα.

Αν και μόνο μέσω ποσοτικών συγκρίσεων με τη χρήση μεγάλων χρονοσειρών δεδομένων για πολλές περιοχές (σταθμούς) της χώρας, μπορούμε να οδηγηθούμε σε πραγματικά συμπεράσματα για δείκτες όπως ο FAR (False Alarm Ratio) και ο POD (Probability of Detection), η ποιοτική σύγκριση του παρόντος άρθρου αποτελεί μια ακόμη ένδειξη της συμπεριφοράς του °U-Model σε συνθήκες οι οποίες διαχρονικά παρουσιάζουν προγνωστική δυσκολία λόγω της φύσεως των φαινομένων (θερμική αστάθεια) και της μεγάλης τοπικότητάς τους. Διαπιστώνουμε ότι το προγνωστικό σύστημα του °Umeteo σε οριζόντια ανάλυση 5 χλμ, καταφέρνει να απεικονίσει επιτυχώς φαινόμενα τοπικής κλίμακας όπως η καταιγίδα στα νοτιοδυτικά του λεκανοπεδίου της Αττικής, δίνοντας παράλληλα μια σχετικά ρεαλιστική εικόνα για το σύνολο της χώρας. Την ίδια στιγμή, παγκόσμια και ευρέως γνωστά προγνωστικά συστήματα τα οποία “τρέχουν” σε ανάλυση ~12χλμ, είτε παρουσιάζουν μικρή ευαισθησία στην πρόγνωση φαινομένων τοπικής κλίμακας φαινόμενα (περίπτωση GFS), είτε υπερβολικά υψηλή με αποτέλεσμα αρκετές περιπτώσεις ψευδών σημάτων (false alarm). Η παραπάνω σύγκριση εκτός από αρκετά ενθαρρυντική για την αξιοπιστία του περιοχικού μοντέλου, αποτελεί μια ακόμη ένδειξη της αναγκαιότητας ύπαρξης τοπικής πρόγνωσης για φαινόμενου αυτού του είδους.

Πηγές / Παραπομπές

[1] – Η κατασκευή ενός 2Χ2 πίνακα “confusion matrix” είναι ένας συνηθισμένος τρόπος διάγνωσης της επιτυχίας μιας εκτίμησης όταν η πρόγνωση και το αποτέλεσμα είναι τύπου “ναι” ή “όχι”. Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να αναζητηθούν στον παρακάτω σύνδεσμο:

https://en.wikipedia.org/wiki/Confusion_matrix

Κατ’αυτόν τον τρόπο είναι δυνατόν να διαγνώσουμε τα περιστατικά κατά τα οποία ένα φαινόμενο 1) ορθώς προβλέφθηκε, 2) προβλέφθηκε αλλά δεν ανιχνεύτηκε, 3) δεν προβλέφθηκε αλλά ανιχνεύτηκε και 4) ορθώς δεν προβλέφθηκε, έχοντας μια πλήρη εικόνα της προγνωστικής ικανότητας ενός συστήματος ή γενικότερα, οποιασδήποτε υπόθεσης / αλγορίθμου έχουμε κατασκευάσει επιχειρώντας να προσομοιώσουμε πραγματικά φαινόμενα.

[2] – https://meteo.gr/stations/athens

[3] – https://www.awekas.at/en/instrument.php?id=41485

[4] – https://www.awekas.at/en/instrument.php?id=21316

[5] – https://meteovyronas.gr/

[6] – https://meteo.gr/stations/neoskosmos/

[7] – https://www.awekas.at/en/instrument.php?id=11006

[8] – Η ιστοσελίδα https://meteologix.com παρέχει πλούσια πληροφορία και αρχείο σχετικά με τις προγνώσεις πολλών αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης αλλά και δορυφορικών εικόνων.