Senest har vi med ceilometeret på Vædderen og Meretes radarbilleder kunnet observere atmosfæriske gravitationsbølger, dvs. bølger i luften - herefter forkortet AGB, over havet nord for byen Broome, som ligger i nordvest Australien.
Bølgerne ligner de bølger vi observerede ud fra Namibia ørken, forskellen er at havtemperaturen nord for Australien nærmer sig 30 grader mens den ud fra Namibia kun kunne snige sig op på 13 grader. Pointen er at AGB optræder alle vegne hvis blot atmosfæren har temperaturmæssigt stabile lag. Man behøver således ikke tage om på den anden side af jorden for at se dem. Tirsdag morgen kunne den interesserede iagttager se flotte strukturer i skyerne skabt af AGB lige over Risø, bølgerne blev dannet i den varmfront som masede sig frem sydfra og som senere gav os en masse regn. Så de findes også herhjemme.
Risø simulerer gravitationsbølger
AGB er blevet studeret gennem de sidste 30 år, og deres kobling til kraftige lokale vindstorme i læ af bakker og bjerge samt udbrud at turbulens midt i atmosfæren til gene for luftfarten, er undersøgt intenst. Udviklingen indenfor computerregnekraft har gjort, at vi i dag på Risø kan lave simuleringer af gravitationsbølgerne i en realistisk atmosfære. Dermed kan vi bidrage til udforskningen af AGB, ved at skabe realistiske scenarier for hvordan eksempelvis gastransporten i det kystnære grænselag foregår under tilstedeværelse af AGB.
Som det ses på Meretes radarbilledet (figur 1), er det en ressourcekrævende sag at beskrive en sådan bølge. Den hvide linie på billedet er 75 km, og den dækker en hel del bølgelænger. Hver bølge estimeres til at have en bølgelængde på ca. 5 km. Det betyder, at en realistisk modellering af bølgerne kræver en horisontal opløsning på mellem 0.5 og 1 km, hvilket ligger langt under almindelig vejmodellers, men er muligt her på Risø.
Gravitationsbølger har betydning for CO2-kredsløbet
Vores interesse i Galathea-sammenhæng går mod at undersøge AGB’s rolle i CO2 transporten i grænselaget. De optræder særligt over de kolde opstrømsområder som vi observerede ud for Namibia. Her er der tillige målt rekordhøj udgasning af CO2 fra havet til atmosfæren og dermed høje CO2 koncentrationer i grænselaget. For at udgasningen af CO2 kan påvirke det atmosfæriske drivhus, kræver det at CO2 transporteres ud af grænselaget og op i den fri atmosfære og ikke forsvinder tilbage i dybhavet. En AGB der bryder – ligesom en bølge på havet - kunne bidrage til netop dette. For at en AGB kan bryde kræver det at bølgefronten overstiger en vis stejlhed. Dette kan ske som følge af vindændring med højden, ændring i stabilitet og som et resultat af vekselvirkning med andre bølger. I kystnære områder hvor vi har observeret bølger samt store CO2-fluxværdier, blev der med radiosonderne observeret en kraftig low level jet (lokal maksimum i vindhastighed) og en kraftig temperaturstigning i lav højde samt tilstedeværelse af bølgespektrer. Dvs. de atmosfæriske betingelser for at bølgerne kan brydes er til stede. Der er således grund til at tro at disse bølger spiller en rolle i omfordelingen af CO2 i grænselaget, og i den kommende tid vil Risøs supercomputer Mary være genstand for en lang række meget store udregninger som skal kaste lys over hvordan bølger opfører sig i områder med stor stabilitet, store vertikale vindforskelle, og hvordan det påvirker gastransporten i området.
Der dannes høje skyer over bølgetoppen
En mere umiddelbar klimaeffekt af bølgerne kan ses af nedenstående ceilometerbillede (figur 2) af de australske bølger. Bølgerne ses i toppen af grænselaget og, som billedet nedenunder viser, befinder det sig i ca. 500 m’s højde. Højere oppe i atmosfæren i 4000 meters højde ses det tydelig hvordan der dannes skyer over hver bølgetop, og hvordan skyen igen forsvinder over bølgedalen. Den mest sandsynlige forklaring er her at de vertikale hastigheder som er forbundet med bølgebevægelsen får luften til at fortættes over bølgetoppen. Opadgående luftstrøm afkøler luften som derved fortætter sit indhold af vanddamp, mens den nedadgående luftstrøm i forbindelse med bølgedalen tørrer luften og fordamper skyen igen. Som det ses på fotografiet på samme tid og sted var der tale om en dag med kun høje tynde skyer. En anden forklaring går mod at brydende bølger søger for tilførsel af partikler til området, og det er en kendt sag at partikler fungerer som kondensationskerner for skydråber og er dermed med til at danne skyer.
Vinterens studier her på Risø og flere observationer fra ekspeditionen vil kunne besvare disse spørgsmål, og dermed være med til at lægge brikkerne til puslespillet om Kulstofkredsløbet og blive lidt klogere på hvordan jordens klimasystem er indrettet.
Figur 2: Ceilometerbillede over Broomes i Australien og fotografi fra samme sted
Ceilometerbilledet viser mængden af partikler i luften. Y-aksen er højden fra 0 til 4000 m og X-aksen tiden fra 0 til 12 timer. Farverne på figuren angiver hvor meget lys partiklerne tilbagekaster: Hvid <0.1, Lyseblå 0.1 – 0.5, Grønlig 0.5 – 2.5, Blå 2.5 – 6, Mørkeblå 6 – 20, Sort > 20 (skyer). Grænselagets tykkelse er her ca. 500 m. På toppen af grænselaget ses gravitationsbølger med dannelse af høje skyer over bølgetoppen. Læs mere i teksten ovenfor.
