Warme lucht stijgt op, koude lucht zakt. Het is een basisprincipe van de natuur.

Omdat het zinkt, koude lucht vindt vaak depressies of laaggelegen terrein, als een vallei of bekken, om te verzamelen, vooral 's nachts als de temperatuur daalt. Als de zon opkomt en de temperatuur stijgt, de koude lucht warmt op en vermengt zich met de omringende lucht. Maar in de winter, en zelfs tot in de lente, deze koude lucht kan - vaak meerdere dagen - blijven hangen in een fenomeen dat bekend staat als een 'koud zwembadgebeurtenis'.

Koude poelen kunnen verontreinigende stoffen vasthouden die zich normaal zouden vermengen en verspreiden met grotere luchtstromen, leiden tot ernstige gezondheidsrisico's in dichtbevolkte stedelijke gebieden. Bekend om windsnelheden te verminderen en ijsregen te produceren, ze kunnen ook een negatieve invloed hebben op windturbines in het gebied, afnemende elektriciteitsproductie op korte termijn en mogelijk schadelijke turbines.

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) werkten onlangs samen in een 18 maanden durende, multi-institutionele veldcampagne met de National Oceanic and Atmospheric Administration en andere door DOE gesponsorde laboratoria om koude zwembadgebeurtenissen in de Columbia River Gorge te bestuderen, langs de grens tussen Oregon en Washington. Het doel van het onderzoek is om koude zwembadgebeurtenissen beter te begrijpen en te voorspellen, als onderdeel van DOE's Wind Forecast Improvement Project. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het Journal of Applied Meteorology and Climatology.

"Zoals het er nu voor staat, koudwatergebeurtenissen zijn niet goed gekarakteriseerd voor numerieke weersvoorspellingsmodellen (NWP), " verklaarde assistent-atmosferische wetenschapper Paytsar Muradyan van de Environmental Science-divisie van Argonne. "Zonder nauwkeurige voorspelling van deze gebeurtenissen, het wordt erg moeilijk om je erop voor te bereiden, vooral voor energieproducenten."

Slecht weer veroorzaakt door koude zwembadgebeurtenissen kan de levensduur van windturbines verkorten, vooral als de turbines nog steeds actief zijn tijdens deze slechte omstandigheden. Ijskoude regen, bijvoorbeeld, zal nog steeds turbines in rust beschadigen, maar zullen meer schade aanrichten naarmate ze sneller bewegen, leidt tot problemen met de totale productie van elektriciteit en de stabiliteit van het elektriciteitsnet.

"Als je deze gebeurtenissen niet kunt voorspellen, u kunt veranderingen in uw elektriciteitsproductie niet plannen en aanpassen, "zei Muradyan. "Je denkt dat je op een dag een bepaalde hoeveelheid elektriciteit zult produceren, maar met plotselinge lage wind veroorzaakt door een koud zwembadgebeurtenis, dat zal je niet zijn."

De onvoorspelbare effecten van cold pool-gebeurtenissen op de elektriciteitsopwekking kunnen blijven bestaan, zelfs nadat de gebeurtenis is verdwenen. Wanneer de koude lucht zich uiteindelijk vermengt met en zich verspreidt in warmere lucht, het kan plotselinge en dramatische verschuivingen in windsnelheid en -richting veroorzaken, aangeduid als "ramp-ups" of "wind ramps."

"Het verbeteren van de voorspelling van deze windhellingen kan leiden tot een stabieler elektriciteitsnet en in het algemeen lagere elektriciteitskosten, ' legde Muradyan uit.

Om tot die voorspellingen te komen, de onderzoekers verzamelden grote hoeveelheden gegevens om cold pool-gebeurtenissen te karakteriseren. Deze gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt om de parametrisatie in NWP-modellen te verbeteren. De onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in gecolloceerde verticale profielen van windsnelheid, windrichting, temperatuur en vochtigheid om criteria te ontwikkelen voor de identificatie van koude zwembaden.

Argonne leverde twee van de radar wind profilers en twee van de sodar wind profilers; beide werden gebruikt om de diepte van de koude poelen en de verdeling van de windsnelheid te analyseren. Voor temperatuurprofilering werden twee radio-akoestische geluidssystemen gebruikt.

"Het idee was om deze metingen te gebruiken, verzameld in een complex terrein zoals de Columbia River Gorge, om criteria te ontwikkelen om te bepalen of er een cold pool-gebeurtenis plaatsvindt, "zei Muradyan. "Rekening houdend met temporele continuïteit, of de lengte van de gebeurtenissen, we hebben een algoritme ontwikkeld om alle gebeurtenissen in het koude zwembad tijdens de 18 maanden van het onderzoek te identificeren."

Het algoritme, Muradyan vervolgde, zou mogelijk kunnen worden toegepast op andere locaties om de NWP-voorspelling van slecht weer veroorzaakt door koude zwembadgebeurtenissen te verbeteren.

"Vooraf op de hoogte stellen van de gemiddelde burger, maar ook energiebedrijven, is waar we naar streven, " voegde ze eraan toe, "omdat dit onderzoek de potentie heeft om de gezondheid te verbeteren en de energiekosten te verlagen."

Een artikel waarin het onderzoek wordt beschreven, "Identificatie en karakterisering van aanhoudende koude poolgebeurtenissen van temperatuur- en windprofilers in het Columbia River Basin" werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Meteorologie en Klimatologie in november.