Voor het voorspellen van weer en luchtvervuiling is het belangrijk te weten hoe de atmosfeer zich gedraagt. En dat is anders dan tot nu toe gedacht, volgens dr. Harm Jonker (Technische Natuurwetenschappen).
Delen
Jonker kreeg het vermoeden dat er iets mis was met de aannames van meteorologen, toen hij in een grote waterbak de atmosfeer nabootste. Toen het experiment zich niet voltrok volgens de standaardtheorie, twijfelde hij eerst aan zijn proefopstelling. Maar een paar jaar en verscheidene experimenten later staat Jonkers vermoeden steeds vaster. De theorie om de groei van de atmosferische grenslaag te bepalen klopt niet.
Deze atmosferische grenslaag, waarin alle stof en viezigheid van de aarde blijven zweven, varieert van nul tot een kilometer hoogte. Door de opwarming van de aarde ontstaat thermiek die stijgt tot de grens met de volgende luchtlaag, de troposfeer. Deze grens is door het temperatuurverschil tussen de luchtlagen, de inversie, vrij sterk. Maar de thermiek stoot zo hard tegen het ‘dak’, dat er stukjes van de troposfeer loskomen, mengen in de atmosferische grenslaag en deze laten groeien.
Meteorologen leren al decennia dat het stoten van de thermiek tegen de troposfeer de groei van de grenslaag bepaalt. Maar in 2005 liet ir. Esther Hagen, destijds afstudeerder bij Jonker, duidelijk iets anders zien. In de waterbak, waar alleen thermiek en inversie worden nagebootst, groeit de grenslaag veel minder dan de theorie voorspelt. Bovendien neemt de groei sneller af dan gedacht naarmate het temperatuurverschil tussen de luchtlagen toeneemt. “Ook in werkelijkheid groeit de grenslaag sneller dan in het laboratorium. Andere factoren, bijvoorbeeld wind, spelen dus een rol”, meent Jonker. “We zijn nog op zoek naar welke factoren dat precies zijn.”
Zoet water
Die zoektocht vindt plaats in de proefopstelling die Hagen voor haar afstuderen verbeterde. Ze ontving vorige week een prijs van de vereniging voor Delftse fysisch technologen voor haar onderzoek aan de waterbak. In die bak van één bij één meter, zitten drie lagen water. De bovenste is de troposfeer. Omdat dat water zoeter dus lichter is dan het water eronder, blijft het keurig drijven op de zoutere ‘atmosferische grenslaag’. De thermiek wordt nagebootst door vanuit de onderste laag zoet water los te laten. Dat drijft, net als de thermiek, omhoog. In de bovenste laag komt fluorescine, een stof de oplicht als het met een laser wordt beschenen. Een camera legt vast hoe steeds meer fluorescine in de laag eronder terechtkomt.
Een van de problemen waarvoor Hagen een oplossing moest verzinnen, was het zoete water in de onderste laag. Om te voorkomen dat het naar boven drijft, moet het tegengehouden worden. “Dat filter moet vlak zijn en geen water doorlaten als ik dat niet wil, maar wel als ik dat wel wil”, aldus Hagen. Dakisolatie ging bol staan en het poreuze asfalt ‘zoab’ kreeg Hagen met de hand niet vlak genoeg. Uiteindelijk bleken poreuze slangen uit het tuincentrum de oplossing. Door die dicht tegen elkaar aan op de bodem van de bak te leggen, kan de onderzoeker thermieken maken door de kraan aan te zetten.
Hoewel Hagen ook een manier vond om het proces te filmen, kon ze de stap van de lichtintensiteit op de beelden naar de hoeveelheid fluorescine in de ‘atmosferische grenslaag’ niet maken. Geen cijfers dus voor de groei van deze laag. Het probleem zat in de camera. “Een consumentencamera bewerkt de beelden, zodat ze er mooier uitzien”, vertelt Jeroen Lebouille, die verder ging met het onderzoek. Met een nieuwe camera kon Lebouille uit de plaatjes wel de hoeveelheid fluorescine opmaken. Het getal dat hij gaf aan de luchtuitwisseling tussen troposfeer en atmosferische grenslaag door de thermieken, bleek tien keer kleiner dan het getal in de huidige weersmodellen.
Dat nieuws slaat volgens Jonker bij zijn oud-collega’s van het KNMI en andere meteorologen in als een bom. “Het zal lang duren voor we het beter begrijpen en uitgevonden hebben welke factoren dan wél voor groei van de grenslaag zorgen.” Jonker heeft al verschillende onderzoekers aan het experimenteren gezet. “Het leuke is dat we door experimenten zagen dat bepaalde aannames niet kloppen. Met computersimulaties, die tegenwoordig veel gebruikt worden, zie je dat niet.”
Op dit filmpje is te zien hoe de atmosferische grenslaag groeit door thermieken:
Jonker kreeg het vermoeden dat er iets mis was met de aannames van meteorologen, toen hij in een grote waterbak de atmosfeer nabootste. Toen het experiment zich niet voltrok volgens de standaardtheorie, twijfelde hij eerst aan zijn proefopstelling. Maar een paar jaar en verscheidene experimenten later staat Jonkers vermoeden steeds vaster. De theorie om de groei van de atmosferische grenslaag te bepalen klopt niet.
Deze atmosferische grenslaag, waarin alle stof en viezigheid van de aarde blijven zweven, varieert van nul tot een kilometer hoogte. Door de opwarming van de aarde ontstaat thermiek die stijgt tot de grens met de volgende luchtlaag, de troposfeer. Deze grens is door het temperatuurverschil tussen de luchtlagen, de inversie, vrij sterk. Maar de thermiek stoot zo hard tegen het ‘dak’, dat er stukjes van de troposfeer loskomen, mengen in de atmosferische grenslaag en deze laten groeien.
Meteorologen leren al decennia dat het stoten van de thermiek tegen de troposfeer de groei van de grenslaag bepaalt. Maar in 2005 liet ir. Esther Hagen, destijds afstudeerder bij Jonker, duidelijk iets anders zien. In de waterbak, waar alleen thermiek en inversie worden nagebootst, groeit de grenslaag veel minder dan de theorie voorspelt. Bovendien neemt de groei sneller af dan gedacht naarmate het temperatuurverschil tussen de luchtlagen toeneemt. “Ook in werkelijkheid groeit de grenslaag sneller dan in het laboratorium. Andere factoren, bijvoorbeeld wind, spelen dus een rol”, meent Jonker. “We zijn nog op zoek naar welke factoren dat precies zijn.”
Zoet water
Die zoektocht vindt plaats in de proefopstelling die Hagen voor haar afstuderen verbeterde. Ze ontving vorige week een prijs van de vereniging voor Delftse fysisch technologen voor haar onderzoek aan de waterbak. In die bak van één bij één meter, zitten drie lagen water. De bovenste is de troposfeer. Omdat dat water zoeter dus lichter is dan het water eronder, blijft het keurig drijven op de zoutere ‘atmosferische grenslaag’. De thermiek wordt nagebootst door vanuit de onderste laag zoet water los te laten. Dat drijft, net als de thermiek, omhoog. In de bovenste laag komt fluorescine, een stof de oplicht als het met een laser wordt beschenen. Een camera legt vast hoe steeds meer fluorescine in de laag eronder terechtkomt.
Een van de problemen waarvoor Hagen een oplossing moest verzinnen, was het zoete water in de onderste laag. Om te voorkomen dat het naar boven drijft, moet het tegengehouden worden. “Dat filter moet vlak zijn en geen water doorlaten als ik dat niet wil, maar wel als ik dat wel wil”, aldus Hagen. Dakisolatie ging bol staan en het poreuze asfalt ‘zoab’ kreeg Hagen met de hand niet vlak genoeg. Uiteindelijk bleken poreuze slangen uit het tuincentrum de oplossing. Door die dicht tegen elkaar aan op de bodem van de bak te leggen, kan de onderzoeker thermieken maken door de kraan aan te zetten.
Hoewel Hagen ook een manier vond om het proces te filmen, kon ze de stap van de lichtintensiteit op de beelden naar de hoeveelheid fluorescine in de ‘atmosferische grenslaag’ niet maken. Geen cijfers dus voor de groei van deze laag. Het probleem zat in de camera. “Een consumentencamera bewerkt de beelden, zodat ze er mooier uitzien”, vertelt Jeroen Lebouille, die verder ging met het onderzoek. Met een nieuwe camera kon Lebouille uit de plaatjes wel de hoeveelheid fluorescine opmaken. Het getal dat hij gaf aan de luchtuitwisseling tussen troposfeer en atmosferische grenslaag door de thermieken, bleek tien keer kleiner dan het getal in de huidige weersmodellen.
Dat nieuws slaat volgens Jonker bij zijn oud-collega’s van het KNMI en andere meteorologen in als een bom. “Het zal lang duren voor we het beter begrijpen en uitgevonden hebben welke factoren dan wél voor groei van de grenslaag zorgen.” Jonker heeft al verschillende onderzoekers aan het experimenteren gezet. “Het leuke is dat we door experimenten zagen dat bepaalde aannames niet kloppen. Met computersimulaties, die tegenwoordig veel gebruikt worden, zie je dat niet.”
Op dit filmpje is te zien hoe de atmosferische grenslaag groeit door thermieken:
Comments are closed.