Lastpak in een ring van dalende lucht

Wolken zijn lastposten in klimaatmodellen. Ze kunnen warmte vasthouden, maar ook zonnestralen reflecteren en dus voor verkoeling zorgen. Om te bepalen welk effect het zwaarst weegt, is inzicht vereist in het functioneren van wolken. Onderzoeker Thijs Heus heeft flink aan die kennis bijgedragen, met zijn proefschrift ‘On the edge of a cloud’. Deze week promoveerde hij.
Heus ontdekte dat koude lucht langs de randen van stapelwolken naar beneden stroomt. Dat is een radicaal nieuwe visie in wolkenwetenschap. Tot dusver werd namelijk aangenomen dat koude lucht als een waaier van de top van wolken afstroomt en dat wolken daardoor tot op grote afstand de omringende atmosfeer beïnvloeden. Dit is ook de aanname die in klimaatmodellen wordt gebruikt.
“Aangezien lucht omhoog gaat in een wolk, moet hij elders ter compensatie weer naar beneden gaan”, vertelt Heus, die inmiddels bij het KNMI werkt. “Wij hebben aangetoond dat het grootste gedeelte van de compenserende neerwaartse stroming direct om de wolk heen plaatsvindt. Deze ring van dalende lucht ontstaat doordat wolkenlucht mengt met de omgeving, die warmer is en droger. Daar verdampt het vocht. Door dit verdampingsproces koelt de lucht af en daalt hij.”
De interactie tussen de wolk en zijn omgeving is dus indirect. De ring om de wolk heeft een bufferende werking op de omgeving. Deze bufferlaag wordt nu nog helemaal niet meegenomen in klimaatmodellen.
Metingen uit vliegtuigen leken er op te wijzen dat de neerdalende lucht afkomstig was vanaf de top van wolken. Daar zou de lucht uitwaaieren en schuin naar beneden glijden. De temperatuur en de vochtigheid van de lucht die verder van wolken was verwijderd kwamen namelijk mooi overeen met atmosferische omstandigheden vlak boven wolken. Maar wat er aan de wolkentop gebeurt, blijkt weinig invloed te hebben op onderliggende lagen.
“We hebben opnieuw naar die data uit vliegtuigen gekeken en met nauwkeuriger rekentuig stromingsberekeningen gedaan”, vertelt Heus’ promotor Harry van den Akker. “Daardoor hebben we een heel nieuwe kijk ontwikkeld op wat in wolken gebeurt.” Heus vult aan: “Na die berekeningen, die aangaven dat er een ring was, heb ik simulaties gedaan met stofdeeltjes in de lucht. Ik kon zo zien hoe de deeltjes bewogen en waar ze uiteindelijk terechtkwamen.” Ook deze techniek toonde hetzelfde patroon.
Maar hoe is het mogelijk dat die ring nooit vanuit vliegtuigen is ontdekt? De toestellen die de metingen verrichten, vliegen er nota bene recht doorheen. “Ja, en dan schudt het toestel flink heen en weer”, zegt Heus. “Het is in en rond wolken erg turbulent. Alleen wanneer je naar gemiddelden van een groot aantal metingen kijkt, blijkt pas dat er tegen de rand van de wolk veel lucht naar beneden gaat. Als je niet weet dat je daar naar moet zoeken, zie je het gemakkelijk over het hoofd.”
De klimaatmodellen kloppen fysisch niet, concludeert de onderzoeker. Kwestie van aanpassen, zou je denken, en Heus’ nieuwe collega Erwin Kroll kan ons nog beter informeren over het weer.
“Nou nee, zo simpel is het niet”, zegt Heus. “Vaak is het zo dat als je de onderliggende fysica van de modellen verbetert, de resultaten verslechteren. In de loop der tijd is er namelijk zo veel gedraaid aan allerlei parameterknoppen om de beste voorspellingen te kunnen doen, dat een fysische fout ergens in het model vaak wordt gecompenseerd door een andere misvatting. Maar op de langere termijn, als nog meer fouten worden verbeterd, levert dit soort onderzoek natuurlijk wel nauwkeuriger modellen op.”