Carl-Gustaf Arvid Rossby was een in Zweden geboren meteoroloog die een behoorlijke erfenis achterliet. Rossby bracht de Tweede Wereldoorlog door met het opleiden van wetenschappers voor het Amerikaanse leger en gaf vooruitziende waarschuwingen over klimaatverandering. Hoewel hij in 1957 stierf, leeft de naam van de man voort in een fenomeen dat hij tijdens de turbulente jaren dertig ontdekte:Rossby-golven.

Ook wel "planetaire golven" genoemd, deze hebben een enorm effect op onze atmosfeer en oceanen. Zoals James R. Holton en Gregory J. Hakim in hun boek "An Introduction to Dynamic Meteorology" schrijven, zijn Rossby-golven "[het] golftype dat van het grootste belang is voor grootschalige meteorologische processen."

Ze beïnvloeden alles, van vloed tot extreme weerspatronen. En dat is precies wat er op aarde gebeurt . Laten we de zon niet negeren, die zijn eigen Rossby-golven ervaart. Dat geldt ook voor de atmosferen van Venus en Jupiter.

Maar wat definieert deze dingen? Wat maakt van een Rossby-golf een Rossby-golf?

1. Vloeistofwetenschap
2. Een draai aan dingen geven
3. Zee en lucht
4. Opkomende Getijden
5. Nu aan het streamen

Vloeistofwetenschap

Rossby-golven zijn iets dat kan optreden in vloeistoffen .

We hebben het hier niet alleen over vloeistoffen. Elke vloeiende substantie die constant vervormd wordt door spanningen (zoals wrijving) die in een parallelle richting op het oppervlak werken, wordt als een vloeistof beschouwd. Volgens deze maatstaf is de lucht zelf een vloeistof, samen met onze natte en prachtige oceanen.

Een echte Rossby-golf moet aan een aantal specifieke criteria voldoen. Om te beginnen komen deze golven alleen voor in barotrope vloeistoffen - een categorie vloeistoffen waarvan de dichtheden alleen een functie van druk zijn. Rossby-golven zijn ook natuurlijke bijproducten van het Coriolis-effect.

Dingen een draai geven

Het is tijd voor een disclaimer. Mensen hebben het Coriolis-effect lang beschuldigd van knoeien met Australische toiletten. Dit is fout. In tegenstelling tot wat de stadslegendes zeggen, heeft het Coriolis-effect weinig te maken met hoe water wervelt in een pas gespoelde onderbroek.

Wat het eigenlijk doet, is de manier waarop sommige objecten lijken te bewegen wanneer ze over een roterend lichaam reizen, zoals de aarde of de zon.

Onze thuiswereld draait oostwaarts om zijn eigen as, de onzichtbare lijn die door de planeet snijdt en de Noord- en Zuidpool met elkaar verbindt. Bovendien is de aarde rond de evenaar een stuk dikker dan aan beide polen. Dus, als de planeet draait, draaien de equatoriale gebieden noodzakelijkerwijs met een hogere snelheid dan de hogere breedtegraden.

Elke keer dat je op de evenaar staat, worden jij - en de grond onder je voeten - naar het oosten gedraaid met bijna 1.030 mijl per uur (1.670 kilometer per uur). Maar als je in de Arctische stad Utqiaġvik, Alaska staat, op een breedtegraad van 71 graden boven de evenaar, wordt je oostwaartse draaisnelheid teruggebracht tot slechts 340 mijl per uur (of 550 kilometer per uur).

Dat verschil verklaart waarom objecten in de lucht die in noord-zuidrichting reizen van hun koers lijken af ​​te wijken in plaats van in een rechte lijn te bewegen.

"Rossby-golven bestaan ​​​​vanwege het Coriolis-effect", zegt Mausumi Dikpati, een senior wetenschapper, modelleur en theoretisch zonnefysicus bij het in Colorado gevestigde High Altitude Observatory (HAO), in een e-mail. "Geen rotatie, geen Rossby-golven."

Zee en lucht

Op aarde komen Rossby-golven zowel in onze atmosfeer als in onze oceanen voor. Wetenschappers weten al sinds 1939 over atmosferische Rossby-golven, terwijl oceanische Rossby-golven voor het eerst werden waargenomen in 1977.

De twee hebben veel gemeen. Dikpati vertelt ons dat ze allebei worden veroorzaakt door 'de actie van Coriolis-krachten'.

Een andere bijdragende factor is de zon. In plaats van onze planeet gelijkmatig op te warmen, warmt zonlicht de evenaar sneller op dan de gematigde zones en de polen. Daarom heeft de aarde een natuurlijke temperatuurgradiënt op basis van de breedtegraad.

Dan hebben we de wind, waarvan de kracht en richting sterk kan worden beïnvloed door hun hoogte.

"Atmosferische Rossby-golven worden opgewekt door instabiliteiten van de temperatuurgradiënt op de breedtegraad en de verticale windgradiënt, terwijl oceanische Rossby-golven door zowel dat als de effecten van wind op het oceaanoppervlak kunnen worden opgewekt", legt Dikpati uit.

Wanneer deze golven in de oceaan plaatsvinden, zijn ze meestal kleiner van omvang dan de Rossby-golven in onze atmosfeer. Bovendien zegt Dikpati dat oceanische Rossby-golven "beperkt zijn tot oceaanbekkens, terwijl atmosferische golven zich helemaal rond de aarde voortplanten."

Opkomende Getijden

Je kunt de mariene Rossby-golven niet echt met het blote oog observeren als je op het gezicht van de planeet staat. Maar gelukkig voor wetenschappers kunnen kunstmatige satellieten hun voortgang volgen.

De golven "langzaam" noemen zou een understatement zijn. Op lage breedtegraden kunnen ze "maanden tot een jaar nodig hebben om de [Pacific] oceaan ", aldus de Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Verder weg van de evenaar kunnen de golven van de Stille Oceaan Rossby in een nog rustiger tempo reizen, waarbij soms wel tien jaar of langer nodig is om 's werelds grootste oceaan te doorkruisen.

Ondanks hun traagheid zijn Rossby-golven niet iets dat kustgemeenschappen zouden moeten negeren. Ze kunnen vloed hoger maken dan normaal. Het is niet verrassend dat de golven ook in verband worden gebracht met ernstige overstromingen.

Hele kustlijnen kunnen worden beïnvloed; inkomende Rossby-golven kunnen het waterpeil gedurende een periode van maanden over honderden mijlen (of enkele honderden kilometers) eigendommen aan de oceaan doen stijgen, wat grote schade aanricht aan de lokale infrastructuur.

Een onderzoek uit 2018 wees uit dat Rossby-golven ervoor kunnen zorgen dat de zeespiegel aan de kust met meer dan 10 centimeter stijgt, wat niets is om naar te niezen, niet in een wereld waar bijna 40 procent van de bevolking binnen een straal van 60 mijl (of ongeveer 100 kilometer) woont. kilometer) van de oceaan.

Nu aan het streamen

Jetstreams zijn een andere speeltuin voor Rossby Waves.

Gevormd aan de convergerende grenzen van warme en koude luchtmassa's, zijn jetstreams snel bewegende stromingen. Ze varen ongeveer 8 tot 14,4 kilometer boven het aardoppervlak door onze atmosfeer, met een gemiddelde snelheid van 110 mijl per uur (of 177 kilometer per uur).

De aarde heeft vier primaire straalstromen - met twee in de poolgebieden en een reeks "subtropische" stromen aan weerszijden van de evenaar. Alle vier reizen van west naar oost.

"Golven in de [jetstream], zoals we ze op weerkaarten zien, zijn nauw verwant aan Rossby-golven", zegt Dikpati. "Ze werken samen met de gemiddelde oost-westwind om de golfachtige patronen te produceren die we zien, evenals de [grootschalige] weersveranderingen die we voelen. Deze interactie vormt de kern van moderne numerieke weersvoorspellingsmodellen."

Wetenschappers hebben in de jaren 2003, 2010 en 2015 "extreme hittegolven" in Europa gedocumenteerd. Elk van deze gebeurtenissen is in verband gebracht met een reeks Rossby-golven die door de subtropische jetstream van het noordelijk halfrond kronkelden.

De kronkelende golven kunnen weersystemen met hoge of lage druk blokkeren, waardoor hun beweging gedurende lange perioden wordt beperkt. Onder de verkeerde omstandigheden kan dat leiden tot natuurlijke crises zoals overstromingen en droogtes. In 2018 was de golfactiviteit van Rossby betrokken bij zowel Japanse plotselinge overstromingen als Noord-Amerikaanse hittegolven.

Dergelijke gebeurtenissen kunnen wereldwijde gevolgen hebben. Een studie uit 2020, gepubliceerd in het tijdschrift "Nature Climate Change", betoogde dat Rossby-golven een grote bedreiging kunnen vormen voor de internationale voedselzekerheid. Het is niet moeilijk voor te stellen dat hittegolven die door deze golven worden veroorzaakt, de gewasproductie met maar liefst 11 procent verlagen in regio's die cruciaal zijn geworden voor de wereldvoedselvoorziening. Heerlijk.

Dikpati bestudeert onder meer de vorming en het gedrag van Rossby-golven op de zon. "Solar Rossby-golven werden voor het eerst waargenomen in de beweging van magnetische structuren in de zonnecorona", zegt ze. Voor de goede orde, de corona is de uitgestrekte buitenatmosfeer van de zon, een heldere laag die tijdens totale zonsverduisteringen van achter de maan naar de aarde gluurt. Door de Rossby-golven van de zon te bestuderen, hopen wetenschappers een beter begrip te krijgen van veranderingen in de omgeving die bekend staan ​​als 'ruimteweer' en die van invloed zijn op alles, van tv-uitzendingen en elektriciteitsnetten tot GPS-systemen en militaire satellieten.