24. juni 2019

Teoretisk model kan forklare hvordan tordenskyer samler sig i klynger

Klimaforskning:

Opnåelse af en dybere forståelse for, hvordan vejret og klimaet ændrer sig er en af de vigtigste udfordringer i naturvidenskaben i dag. Et nyt teoretisk studie af lektor Jan Härter ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, fremfører en ny mekanisme i ansamlingen af tordenskyer, et fænomen, hvor tordenskyer samler sig i tætte klynger helt af sig selv. Forskeren benyttede metoder fra kompleksitetsforskning, og anvendte dem på veletableret viden fra meteorologien omkring tordenskyers opførsel. Studiet giver os et nyt syn på voldsomme vejrfænomener, og er nu publiceret i det videnskabelige tidsskrift Geophysical Research Letters.

I et område med flere skyer søger den kolde og tunge luft under dem, som er forårsaget af nedbøren, nedad og udad fra skyen. Denne vindstødsfront støder sammen med fronter fra andre skyer, og luften tvinges opad, hvor en ny sky dannes af den opadstigende luft. Illustration: Søren Granat

En tordenskys liv og død

Når solen varmer overfladen af oceanet op, stiger varm, fugtig luft op fra havoverfladen og høje, søjleagtige tordenskyer dannes. De kan nå en højde på 12 kilometer og måler typisk kun nogle få kilometer på tværs. Disse skyer producerer regn, og en del af regnen fordamper, hvilket nedkøler området under skyen. På denne måde afbrydes den cirkulation, der dannede skyen til at begynde med og skyen opløses. Hvis det var så enkelt som så, ville det være enden på denne, ene tordensky. Men den kolde og dermed tungere luft søger nedad og udad fra skyen, idet den fysiske balance genoprettes. ”Kold luft er tungere, og det spreder sig i alle retninger fra skyen. En front af vindstød dannes, og den kan kollidere med andre fronter fra andre skyer. Konsekvensen er, at luften igen tvinges opad og nye skyer dannes. Det betyder, at områder med tilstrækkeligt mange skyer har en tendens til at danne endnu flere”, forklarer Jan Härter (Illustration 1). ”Men idet mekanismen skal tilføres energi, og denne energi kommer fra solen, er der en grænse for, hvor store skyansamlingerne kan vokse sig – og derfor har vi sat en begrænsning ind i vores model. Resultatet er, at sky-klynger dannes, men med skyfrie områder ind i mellem. Dette er nøjagtig hvad der er observeret i virkeligheden i det tropiske ocean”.

Koblingen mellem teori og begivenheder i den virkelige verden

Bygningen af computermodeller er et rent teoretisk arbejde, men de formår stadig at forklare fænomener i virkeligheden. ”Det vi har lavet, er et teoretisk argument, et forslag til en mekanisme, som nu kan testes. Dannelsen af klynger af tordenskyer er observeret i den virkelige verden, men mangler stadig at blive forklaret videnskabeligt. Hvis vi sætter de to ekstremer sammen, hvor den ene beskriver dannelsen af en enkelt sky, ender skyen med at opløses. Den statistiske mekanik, vores beregningsmæssige ”værktøj”, siger, at der i dette tilfælde ikke kan finde konvektionsbetinget dannelse af en skyklynge sted. Sammenligner vi det med en anden model, hvor to skyer danner endnu en sky, kan konvektionsbetinget skydannelse finde sted. Det er grundlæggende, hvad vores model kan gøre” (illustration 2). Jan Härter fortsætter: ”Denne type af selv-organisering er yderst interessant og kan finde sted i en lang række forskellige systemer, lige fra biologi til magnetisme”.

Forberedelse til vejrets ødelæggende kræfter

Tropisk meteorologi er, på grund den stærke interaktion mellem skyer og solindstråling, meget relevant i forhold til klimaændringer. Yderligere dannelse af skyklynger i et fremtidigt klima har muligvis indflydelse på, hvor meget varme oceanerne optager, set i forhold til hvordan situationen er i dag. Forudsigelsen af klyngedannelse af tordenskyer kan også have indflydelse på vejret i Danmark, og i de senere år har oversvømmede kloakker og kældre og skader på bygninger og infrastruktur med hyppige skybrud givet spørgsmålet om deres oprindelse forøget vægt. En bedre forståelse af skyernes interaktion kunne også kaste nyt lys over hvordan pludselige skybrud opstår her.

Illustration af den teoretiske model. I begyndelsen ses den blå flade som repræsenterer en jævn fordeling af fugtig luft. Efterhånden samles den i klynger af skyer, som fordeler sig i forholdsvis ensartede størrelser. De hvide områder er skyfrie. Animation: Jan Härter

Link til den videnskabelige artikel >>