Het begrijpen van het weer en de klimaatverandering is een van de belangrijkste uitdagingen in de wetenschap van vandaag. Een nieuwe theoretische studie van universitair hoofddocent Jan Härter aan het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen, presenteert een nieuw mechanisme voor de zelfaggregatie van onweerswolken, een fenomeen waarbij onweerswolken samenklonteren in dichte clusters. De onderzoeker gebruikte methoden uit de complexiteitswetenschap en paste deze toe op voorheen gevestigd onderzoek in de meteorologie naar het gedrag van onweerswolken. De studie is nu gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven .

Het leven en de dood van een onweerswolk

Als de zon het oppervlak van de oceaan opwarmt, warm, vochtige lucht stijgt op van het oceaanoppervlak, lang vormen, zuilvormige onweerswolken die een hoogte van ongeveer 12 km bereiken en doorgaans slechts een paar kilometer breed zijn. Aangezien deze wolken regen produceren, een deel ervan verdampt en koelt het lokale gebied onder de wolk af.

De aanvankelijke luchtcirculatie die de wolk vormt, wordt stopgezet en de wolk verdwijnt. Als het zo simpel was, dit zou het einde van de onweerswolk moeten zijn. Echter, de dichte lucht onder de wolk moet in evenwicht komen met de minder dichte lucht eromheen:"Koude lucht is dichter, en het verspreidt zich weg van de wolk. Er worden windvlagen gevormd, die kunnen botsen met windvlagen van andere wolken. Als gevolg hiervan, de lucht stijgt op, en er ontstaan ​​nieuwe wolken. Dit betekent dat gebieden waar voldoende wolken zijn, hebben meer kans om extra wolken te veroorzaken, " legt Jan Härter uit (afbeelding 1).

"Gebieden met minder wolken vertonen een verdere vermindering van wolken. Omdat er energie in het systeem moet komen, en aangezien energie uit het zonlicht komt, er is een limiet aan hoe groot de wolkenklonten kunnen groeien - dus leggen we een beperking in ons model. Het resultaat is dat zich wolkenclusters vormen, met daartussen wolkenvrije regio's. Dit is ook te zien in waarnemingen voor de tropische oceaan."

Theorie combineren met fenomenen uit de echte wereld

Het bouwen van modellen is puur theoretisch, maar slaagt er toch in om fenomenen te verklaren. "Het is een theoretisch argument, een suggestie voor een mechanisme dat nu kan worden getest. Clustering van onweerswolken is waargenomen in de echte wereld, maar mist nog steeds een wetenschappelijke verklaring. Als we twee extreme gevallen tegenover elkaar stellen, waar één wolk ontstaat, het sluit zichzelf uiteindelijk af. Dan zegt de statistische mechanica dat er geen convectieve zelfaggregatie zal plaatsvinden. Als we dit vergelijken met een ander model waarbij twee wolken een andere creëren, samenvoeging kan plaatsvinden. Dat is eigenlijk wat het theoretische model kan doen. Dit type zelforganisatie is enorm interessant en kan voorkomen in een reeks systemen, van biologie tot magnetisme."

Tropische meteorologie is, vanwege de sterke interactie van wolken met zonnestraling daar, relevant voor klimaatverandering. Meer clustering in een toekomstig klimaat kan van invloed zijn op hoeveel de oceaan opwarmt, opzichte van de koers die we vandaag zien. Voorspelling van clustering van onweerswolken kan ook het weer in Denemarken beïnvloeden, en vrij recente gebeurtenissen in Denemarken met onverwachte plotselinge overstromingen, ondergelopen riolen en kelders, en schade aan infrastructuur hebben geleid tot vragen over de oorsprong van dergelijke plotselinge overstromingen. Een beter begrip van hoe wolken op elkaar inwerken, zou nieuw licht kunnen werpen op het optreden van dergelijke overstromingen.