Surface synoptic type over central Sudan during 1994-2003

Abstract

Synoptic weather typing, or the classification of weather conditions into categories, is a useful tool for synoptic climatological applications. Numerous procedures have been developed to accomplish this goal. Before the advent of high-speed of computers, manual methods were most common; more recently, more automated methods have come into wide use. Both types of classification have shortcomings; manual methods are time consuming and difficult to reproduce, whereas automated methods may not produce easily interpretable results. Hybrid statistical multivariate analyses, involving Principal Component Analysis (PCA) and a two-step cluster analysis are then used to provide surface synoptic types performance with regard to the relationships between the local Central Sudan climate and the general circulation system. The work presented in this thesis is an application of scientific method, the continual interplay between conceptual understandings (represented by both surface observation elements and reanalysis daily pressure data) and experimental evidence (represented by empirical methods) used to study and understand the synoptic climatological scenarios over the Central Sudan.

Ο κύριος σκοπός της διατριβής αυτής είναι η δημιουργία επιφανειακών συνοπτικών τύπων κυκλοφορίας στο κεντρικό Σουδάν, με τη εφαρμογή πολυδιάστατων τεχνικών της PCA και της two-step analysis. Συνοπτικά δεδομένα του Khartoum της πίεσης, θερμοκρασίας, σημείου δρόσου, σχετικής υγρασίας, υγρού θερμομέτρου, βροχόπτωσης, νέφωσης και ανέμων για 10ετή χρησιμοποιήθηκαν. Η εποχικότητα απομακρύνθηκε με την τεχνική της mean standard error. Η τεχνική της PCA P-mode, εφαρμόστηκε σε πίνακα 3650Χ33. Διατηρήθηκαν 6 κύριες συνιστώσες που ερμηνεύουν το 72.03% της ολικής μεταβλητότητας. Ο πρώτος άξονας ερμηνεύει το 43.3% της ολικής μεταβλητότητας παρουσιάζοντας τις μέγιστες θετικές φορτίσεις με την υγρασία και τη νέφωση, ενώ ο δεύτερος άξονας έχει ισχυρή αρνητική συσχέτιση με τη θερμοκρασία του αέρα. Η δημιουργία των συνοπτικών τύπων έγινε με τη χρήση της two-step clustering approach εφαρμόζοντας την Ward's clustering technique. Τελικά εννέα clusters προσδιορίστηκαν και αυτοί χρησιμοποιήθηκαν ως πίνακας εισόδου στην διαδικασία της K-Mean της τεχνικής για να προσδιοριστεί ο τελικός αριθμός των τύπων καιρού οι οποίοι ανέρχονται επίσης σε εννέα. Στη συνέχεια καταρτίσθηκε ο ημερήσιος συνοπτικός κατάλογος που ορίζει ποιες ημέρες αντιστοιχεί σε κάθε τύπο. Η περιγραφή των τύπων έγινε με βάση τα εποχικά συνοπτικά χαρακτηριστικά του κεντρικού Σουδάν. Η περιγραφή των συνοπτικών συνθηκών δίδεται μέσα από εννέα επιφανειακούς συνοπτικούς τύπους. Αυτοί οι τύποι ομαδοποιούνται σε τρεις ενότητες ανάλογα με τη σύνδεση τους με τις εποχές. Η πρώτη ομάδα περικλείει τους τύπους 1, 2, 4, 6 και 8. Η δεύτερη ενότητα περιλαμβάνει τους τύπους 2 και 3, και η τρίτη ενότητα τους τύπους 8 και 9. Η πρώτη ενότητα έχει σαφή παρουσία κατά τις μεταβατικές περιόδους της άνοιξης ή του φθινοπώρου έχοντας παρόμοια χαρακτηριστικά πολύ υψηλών θερμοκρασιών και χαμηλής σχετικής υγρασίας εξαιτίας της πνοής ξηρών ανέμων. Η ενότητα 2 παρατηρείται κατά το χειμώνα και χαρακτηρίζεται από χαμηλότερες θερμοκρασίες, ανέφελους ουρανούς και ξηρές συνθήκες, με εξαίρεση τον τύπο 3 που παρουσιάζει υψηλή υγρασία λόγω της κυριαρχίας της σκάφης της Ερυθράς Θάλασσας. Οι τύποι της ενότητας 3 παρατηρούνται κατά το θέρος με τις υψηλότερες ταχύτητες ανέμου και υψηλές τιμές του υγρού θερμόμετρου (23ο). Και οι δύο τύποι είναι νεφοσκεπείς. Ο τύπος 5 παρουσιάζει περιορισμένες βροχοπτώσεις. Ο τύπος 9 είναι ο πλέον σημαντικός χαρακτηρίζοντας τη βροχερή περίοδο του Σουδάν και παρουσιάζοντας το μεγαλύτερο αριθμό βροχερών ημερών. Οι 9 τύποι παρουσιάζουν χαρακτηριστική εποχική και διαχρονική μεταβλητότητα οι οποίες και αναλύονται διεξοδικά. Τονίζεται η φυσική σημασία αυτών των κυμάνσεων οι οποίες και σχετίζονται με τα πλανητικά χαρακτηριστικά της γενικής κυκλοφορίας στον πλανήτη.