This study has been performed as a pilot study for a project regarding the meridional migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) and its relationship with lightning activity in the Eastern Tropical Pacific (ETP). Objectives of this study were to analyze and improve lightning data to be used for such a study and to decide on a method and proper time scale of data analysis and ITCZ index development for this study. Exploratory data analysis has been practiced with World Wide Lightning Location Network (WWLLN) data and ITCZ index data. Results suggest that the most beneficial time-scale to be used for the above study is 15 days and that ITCZ estimations can be obtained via the use of precipitation index and cloud top temperature. Lightning data originated from atmospheric systems not associated with the ITCZ has been analyzed. This report proposes that Uppsala University should become part of the World Wide Lightning Location Network, enabling further work regarding this and similar projects.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια προσπάθεια να γίνει η στατιστική ανάλυση των πληγμάτων των κεραυνών κατά τα τελευταία έντεκα χρόνια (2000-2010). Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη των κεραυνών και τα φυσικά χαρακτηριστικά του, ενώ στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι επιπτώσεις αυτών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται τα δεδομένα σχετικά με τους θανάτους και τους τραυματισμούς ανθρώπων, τους θανάτους ζώων, τις πυρκαγιές, τα πλήγματα σε εγκαταστάσεις, κτήρια και αεροπλάνα που οφείλονται σε πτώσεις κεραυνών για μια χρονική περίοδο έντεκα χρόνων, από το 2000 ως το 2010. Αυτά τα δεδομένα συλλέχθηκαν κυρίως από τα Μέσα Μαζικής Ενημέρωσης της χώρας με σκοπό οι πληροφορίες να είναι διασταυρωμένες και αξιόπιστες και για να έχουμε μια πλήρη άποψη για τα γεγονότα. Τα στοιχεία έχουν κατανεμηθεί σε χρονιές, μήνες και ημέρες των συμβάντων. Επιπλέον, εισάγεται ο σχετικός συντελεστής θανάτων από κεραυνούς Dr, ο οποίος εκφράζει το σχετικό αριθμό θανάτων εξαιτίας κεραυνού σε μια χώρα ή περιοχή λαμβάνοντας υπ’ όψιν τον πληθυσμό, την έκταση και την δραστηριότητα των κεραυνών (Ng). Αυτός ο συντελεστής θα μπορούσε να είναι απλώς ένα κριτήριο για την αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας από κεραυνούς, καθώς και για τα αποτελέσματα των εκπαιδευτικών και ενημερωτικών εκστρατειών για την προστασία από τους κεραυνούς. Από την ανάλυση των δεδομένων για τους θανάτους ανθρώπων εξαιτίας κεραυνού συμπεράναμε ότι έχουμε ένα μέσο όρο των 2 απωλειών ανά έτος (22 απώλειες συνολικά) και ότι το 95% των συμβάντων σημειώθηκαν κατά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου (Μάιος-Σεπτέμβριος). Ο Ιούνιος είναι ο μήνας με τα περισσότερα συμβάντα. Τα θύματα ήταν κυρίως αγρότες και βοσκοί. Όσο αναφορά στους τραυματισμούς έχουμε ένα μέσο όρο των 1,64 τραυματιών ανά έτος και το 83% των συμβάντων να γίνεται κατά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου, με τον Μάιο να είναι ο «χειρότερος» από τους δώδεκα μήνες. Κατά την εντεκάχρονη περίοδο παρατηρήθηκαν 178 θάνατοι ζώων και ο μέσος όρος είναι 16,18 ανά έτος με μόλις εφτά πλήγματα κεραυνών. Τον Ιούλιο σημειώθηκαν οι περισσότεροι θάνατοι και το 83% τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου. Οι πυρκαγιές που σημειώθηκαν ήταν 67 με το 85% να είναι δασικές. Το 2008 και το 2009 είχαμε θεαματική αύξηση των πυρκαγιών εξαιτίας κεραυνού. Όπως και στις προηγούμενες περιπτώσεις, έτσι και εδώ, το μεγαλύτερο ποσοστό των πυρκαγιών σημειώθηκαν κατά τους μήνες του μεσοκαλόκαιρου (94%). Ο μέσος όρος των πληγέντων εγκαταστάσεων από κεραυνό είναι 4,4 ανά έτος (48 συμβάντα συνολικά). Ο μήνας με τα περισσότερα πλήγματα είναι ο Ιούνιος. Τα κτήρια τα οποία επλήγησαν από κεραυνό ανέρχονται στα 21 με μέσο όρο 1,9 ανά έτος, με το έτος 2009 να είναι αυτό στο οποίο σημειώθηκαν τα περισσότερα συμβάντα. Η κατανομή των πληγμάτων στους μήνες είναι ομαλή. Επιπλέον, καταγράψαμε 7 αεροπλάνα τα οποία επλήγησαν από κεραυνό κατά την εντεκάχρονη έρευνα και αυτό μας δίνει ένα μέσο όρο των 0,64 αεροπλάνων ανά έτος. Επίσης, έγινε η κατανομή όλων των συμβάντων όλων των κατηγοριών στις ημέρες της εβδομάδος χωρίς όμως να βγει κάποιο ενδιαφέρον συμπέρασμα. Τέλος, στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ παρουσιάζονται τα συμβάντα λεπτομερώς σύμφωνα με τις εκάστοτε πηγές, οι οποίες είναι και αυτές διαθέσιμες. / This study is an attempt to make the statistical analysis of lightning strikes over the last eleven years (2000-2010). The first chapter describes the phenomenon of lightning, types of lightning and natural features, while the second section outlines the implications of these. In the third chapter data analysis concerning deaths, injuries, animal deaths, fires, strokes at facilities, structures and airplanes from lightning in Greece is presented , for a period of eleven years, from 2000 to 2010. These data were collected mainly from the media of the country so that information will be crossbred and reliable and to get a full view of all events. The data are based on distribution in years, months and days of occurrence. Furthermore, the relative lightning death indicator Dr is introduced and expresses the relative number of lightning deaths in a country taking into account its population, its area and the lightning activity Ng. This indicator could simply be a criterion for the effectiveness of lightning protection, and for the outcomes of education and information campaigns for the protection from lightning. From the data analysis on lightning deaths we have concluded an average of two casualties per year (22 total loss) and that 95% of the incidents occurred during the months of Midsummer (May-September). June is the month with most deaths. The victims were mainly farmers and shepherds. In reference to the injuries we have an average of 1.64 injuries per year and 83% of incidents taken place during the months of Midsummer, while May is presented as the "worst" of the twelve months. During the eleven-year period 178 animal deaths were observed and the average is 16.18 per year for just seven lightning strikes. In July are recorded the most deaths and 83% happened during the months of Midsummer. The fires that occurred were 67, while the 85% were at forests. In 2008 and 2009 had a dramatic increase of fires caused by lightning strikes. As in previous cases, the majority of fires occurred during the months of Midsummer (94%). The average of affected facilities from lightning is 4.4 per year (48 events total). The months with the most strokes is June. The structures which were hit by lightning amounted to 21 with an average of 1.9 per year, while the year 2009 is the one in which most events occurred. The distribution of strokes in months is normal. 7 airplanes affected by lightning during the eleven-year research were also recorded and this gives us an average of 0.64 airplanes per year. The distribution of all events of all categories in the days of the week is also presented, but we did not get to an interesting conclusion. Finally, in the ANNEX the events are presented in details in accordance with relevant sources, which are also available.

Lightning activity is considered a severe meteorological hazard that needs to be studied, monitored as well as predicted. This thesis focuses on the prediction of lightning activity by the Lightning Potential Index (LPI) in the COSMO numerical weather prediction (NWP) model that comprises 1- and 2-moment (1M and 2M, respectively) cloud microphysical schemes. The objective of this thesis is to investigate the correlation between the predicted lightning activity and the detected one (by the European network for lightning detection EUCLID). Events of the years 2018 and 2019 that recorded significant lightning activity over Czechia are considered for the analyses. For the first time over Czech region, the prognostic values of LPI calculated for each event are verified. In particular, the spatio- temporal distribution of the predicted vs. detected lightning activity is evaluated. Both spatial characterizations and diurnal course of detected lightning activity correspond well to the theoretical knowledge. Thus, spatial (horizontal) and temporal approaches are applied to verify the lightning activity prediction. The results of this thesis successfully verify the LPI prognostic values both in space by comparing the LPI values with the proximity of detected lightning flashes, and in time by contrasting the...

Το αντικείμενο της διατριβής είναι η παρατηρησιακή και αριθμητική μελέτη των δυναμικών και φυσικών διεργασιών που συνδέονται με τη θερινή καταιγιδοφόρο δραστηριότητα στον Ελλαδικό χώρο. Αναλυτικότερα τα εξεταζόμενα αντικείμενα είναι τα εξής: 1. Η μελέτη των ηλεκτρικών εκκενώσεων στον Ελλαδικό χώρο κατά τη θερινή περίοδο για 4 τουλάχιστον έτη. Για την πραγματοποίηση των στόχων του παραπάνω αντικειμένου έχει ήδη γίνει η συλλογή και η επεξεργασία των ηλεκτρικών εκκενώσεων στη περιοχή του ευρύτερου Ελλαδικού χώρου για τις θερινές περιόδους των ετών 2003 έως και 2006. Τα δεδομένα που έχουν χρησιμοποιηθεί προέρχονται από το σύστημα καταγραφής των ηλεκτρικών εκκενώσεων της Βρετανικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας ATD (Arrival Time Difference). Τα γεγονότα τα οποία κατεγράφησαν στον Ελλαδικό χώρο για την περίοδο μελέτης, μετά τον απαραίτητο έλεγχο ποιότητας, κατανεμήθηκαν σε πλέγμα διαστάσεων 0,1° x 0,1° και υπολογίστηκε η πυκνότητα των ηλεκτρικών εκκενώσεων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο ανά θερινή περίοδο. Στις περιοχές με τις υψηλότερες τιμές πυκνότητας ηλεκτρικών εκκενώσεων συγκαταλέγονται η Μακεδονία, η Ήπειρος, ο ορεινός κεντρικός ηπειρωτικός κορμός καθώς και οι ορεινές περιοχές της Πελοποννήσου, γεγονός που αποτελεί μία πρώτη ένδειξη της σύνδεσης που υπάρχει μεταξύ της θέρμανσης του εδάφους, λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας, και της ανάπτυξης θερινών καταιγίδων. Η άποψη αυτή ενισχύεται και από το γεγονός ότι το μέγιστο της δραστηριότητας παρατηρείται τις μεσημεριανές και πρώτες απογευματινές ώρες. 2. Η μελέτη των παραμετροποιήσεων ανοδικών κινήσεων (convection) και μικροφυσικής των αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης καιρού με στόχο την ορθότερη πρόβλεψη της θερινής καταιγιδοφόρου δραστηριότητας που συνοδεύεται από έντονη ηλεκτρική δραστηριότητα. Στο αντικείμενο αυτό κύριος στόχος είναι η σύγκριση τριών διαφορετικών σχημάτων παραμετροποίησης που χρησιμοποιούνται στο αριθμητικό μοντέλο πρόγνωσης καιρού MM5. Τα σχήματα αυτά είναι τα κάτωθι: Kain – Fritch, Betts – Miller – Janjic και Grell και χρησιμοποιούνται στην παραμετροποίηση του μοντέλου για τον υπολογισμό της βροχόπτωσης που προέρχεται από τις κατακόρυφες κινήσεις μεταφοράς. Κατά τη σύγκριση των τριών σχημάτων παραμετροποίησης τα καλύτερα στατιστικά σκορ εμφανίζει το σχήμα Kain – Fritch ενώ τα αποτελέσματα που δίνει το σχήμα του Grell είναι αρκετά κοντά με αυτά του προαναφερθέντος σχήματος. 3. Η τροποποίηση του σχήματος παραμετροποίησης κατακόρυφων κινήσεων στην ατμόσφαιρα των Kain – Fritsch με στόχο τη βελτιστοποίηση των αποτελεσμάτων της προβλεπόμενης βροχόπτωσης στην περιοχή του Ελλαδικού χώρου, κατά τη θερμή περίοδο του έτους Στο αντικείμενο αυτό έχει μελετηθεί στατιστικά η ικανότητα πρόβλεψης του πεδίου της βροχόπτωσης, εφαρμόζοντας ποικίλες τροποποιήσεις του σχήματος παραμετροποίησης Kain – Fritsch. Πιο συγκεκριμένα πέρα από την βασική έκδοση του σχήματος που χρησιμοποιείται στην επιχειρησιακή αλυσίδα του προγνωστικού μοντέλου ΜΜ5, αναπτύχθηκαν οκτώ συνολικά τροποποιήσεις. Εφαρμόζοντας τις παραπάνω τροποποιήσεις, πραγματοποιήθηκαν συνολικά 180 πειράματα για συνολικά 20 διαφορετικές ημέρες με έντονη βροχόπτωση κατά την θερμή περίοδο των ετών 2005 – 2007. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων παρείχε ενθαρρυντικά στοιχεία, καθώς ωθώντας το σχήμα να παράξει περισσότερο υετό παρατηρήθηκε βελτίωση στην ικανότητα του μοντέλου να προβλέπει τον υετό. / The present Ph.D. Thesis is divided into three main parts. In the first part the lightning activity over Greece during the warm season (May-September) of the years 2003 through 2006 is investigated, in relation with the synoptic meteorological conditions that prevailed in the region. The study is based on the use of cloud-to-ground lightning activity data and of upper-air analyses. The analysis of the spatial variability of lightning shows that the highest “relative” flash densities are observed in Northern and Western Greece and in Central and Western Peloponnissos. The study of the synoptic patterns related to lightning is based on the analysis of 60 active and 60 inactive days in terms of lightning activity over Greece. The days with high lightning activity are characterised by a short wave trough at the 500 hPa level over the Ionian Sea. On the other hand, during the days with no lightning a northwest flow prevails over Greece. It was also found that high lightning activity is related with high values of absolute vorticity, equivalent potential temperature and convective available potential energy. In the second part the sensitivity of numerical model quantitative precipitation forecasts to the choice of the convective parameterization scheme (CPS) is examined for twenty selected cases characterized by intense convective activity over Greece, during the warm period of 2005 – 2007. Namely, the study is conducted using MM5 model and the following three different CPSs: Kain – Fritsch, Grell and Betts – Miller – Janjic. Sixty numerical simulations were carried out. The simulated precipitation was verified against raingauge measurements and lightning data. Verification results showed that for all three schemes the model presented a tendency to overestimate light to moderate rain while in general it underestimated the high precipitation amounts. The validation against both sources of data showed that among the three CPSs, the more consistent behaviour in quantitative precipitation forecasting was obtained by the Kain – Fritsch scheme that provided the best statistical scores. However, the differences of the results of statistical analysis between the Kain – Fritsch and Grell schemes were not large. In the third part the sensitivity of quantitative precipitation forecasts to various modifications of the Kain – Fritsch (KF) convective parameterization scheme (CPS) is examined for twenty selected cases characterized by intense convective activity and widespread precipitation over Greece, during the warm period of 2005-2007. The modifications include: (i) the maximization of the convective scheme precipitation efficiency, (ii) the change of the convective time step, (iii) the forcing of the convective scheme to produce more/less cloud material, (iv) changes to the trigger function and (v) the alteration of the vertical profile of updraft mass flux detrainment. In general, forcing the model to produce less cloud material improves the precipitation forecast for the moderate and high precipitation amounts.

Depuis une vingtaine d'années, la qualité de la prévision de la trajectoire des cyclones tropicaux a fortement progressé mais peu d'améliorations ont été apportées à la prévision de l'intensité. Cette thèse s'intéresse aux changements d'intensité des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien sous l'angle original de l'activité électrique.Une première étude climatologique s'appuyant sur les données du réseau de détection d'éclairs World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a permis de valider la qualité de ces données et de montrer que les cyclones tropicaux pouvaient être une source importante de production d'éclairs à l'échelle du bassin. À partir de ce résultat, une étude ciblée a été menée en considérant la spécificité du bassin et trois régions ont été définis (océan ouvert, région à proximité de la côte est de Madagascar et Canal du Mozambique). L'activité électrique des cyclones tropicaux dépend de la région où ils se trouvent ainsi que de leur stade d'intensité. Les éclairs semblent être un marqueur des phases d'intensification et d'affaiblissement dans certains situations. La troisième étape de cette thèse a consisté à simuler de manière idéalisée un cyclone tropical mature et a tenté d'expliquer les processus physiques à l'origine de l'activité électrique. Le modèle reproduit bien le comportement sporadique des éclairs habituellement observé. Des bilans montrent que ce cyclone présente trois phases caractéristiques, chacune associée à un comportement dynamique, microphysique et électrique différent. Enfin, une deuxième étude purement numérique a tenté d'identifier des estimateurs de l'activité électrique. Pourcelà deux approches ont été adoptées : une étude globale et une étude par cellule. Dans les deux cas, les meilleurs estimateurs sont la masse totale de graupel, le volume d'updraft et le produit des flux des masses de glace précipitante et non précipitante. / Tropical cyclone track forecast has improved over the past two decades but little improvement have been done in intensity changes forecast. This thesis focuses on the intensity changes of tropical cyclones in the southwest Indian ocean through the original aspect of lightning activity. A climatology of lightning activity in the southwest Indian ocean using data from the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) is first proposed. Results showed that the WWLLN was able to locate and capture the lightning activity in the basin and that tropical cyclones can be considered as a major source of lightning flashes in some oceanic parts of this region. From this result, study of lightning activity in tropical cyclones of the southwest Indian ocean has been done considering the basin configuration. Thus, three regions were defined: open ocean, region near the eastern coast of Madagascar and the Mozambique Channel. The location and intensity of lightning activity depend on the region and the intensity stage. Lightning flashes seem to be a proxy of intensification or weakening under some conditions. The third step of this thesis was to simulate in an idealized framework a mature tropical cyclone. The model was first able to reproduce the sporadic behavior of lightning activity as observed. Budgets have shown that the presence of three distinctive phases characterized by different dynamical, microphysical and electrical behaviors. Finally, another purely numerical work tried to identify some proxies of lightning activity according two approaches : a global analysis anda per-cell analysis. In both cases, the best proxies are the total graupel mass, the updraft volume and the product of precipitating and non-precipitating ice mass fluxes.