Schwerewellen
Die Bewegung der Luft wird durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst, darunter Unterschiede im Luftdruck und in der Temperatur. Aber auch die Topografie kann eine Rolle spielen. Eiky Moraes, Cléo Dias-Júnior und ihre Kollegen wollten nun herausfinden, ob die lokale Topografie an ATTO die atmosphärischen Bewegungen beeinflusst. Insbesondere interessierten sie sich für die Auswirkungen der Topografie auf die Entstehung von Schwerewellen.
Schwerewellen (nicht zu verwechseln mit den Gravitationswellen in der Astrophysik) sind Bewegungen, die sich an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Schichten oder Medien bilden. Ein bekanntes Beispiel für Schwerewellen sind die Wellen, die durch Wind auf einer Wasseroberfläche entstehen. Etwas ganz Ähnliches kann auch in der Luft selbst an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Luftschichten auftreten. Sie könnten zum Beispiel unterschiedliche Dichten haben, weil die eine kälter und damit dichter und die andere wärmer und damit weniger dicht ist.
Polari Correa und seine Kollegen hatten bereits das Auftreten von Schwerewellen an ATTO nachgewiesen und in einer im vergangenen Jahr veröffentlichten Studie beschrieben. Sie vermuteten bereits, dass die Entstehung der Schwerewelle mit der Topografie zusammenhängt. Allerdings benötigten sie zusätzliche Daten, um diesen Zusammenhang zu beweisen.
Der Einfluss der Topographie
Das Team um Eiky Moraes wollte nun mit zwei Modellsimulationen mehr über diese Zusammenhänge erfahren. Die erste wurde so konzipiert, dass sie die Situation an ATTO mit seiner gesamten Topografie abbildet. Sie entwickelten eine Simulation, die die in der Nacht vom 12. auf den 13. November 2015, der von Polari Correa untersuchten Nacht, gemessenen Daten reproduzieren konnte. Bei der zweiten Simulation blieben alle Parameter gleich, aber die Topografie der Landschaft wurde entfernt.
Der Vergleich der beiden Simulationen ergab einige wichtige Unterschiede in der Dynamik und Chemie der Atmosphäre. Die Simulation mit Topografie zeigte ein ausgeprägtes wellenförmiges Muster von Parametern wie Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit, das für eine Schwerewelle charakteristisch ist. Dieses Muster fehlt in der Simulation ohne Topografie nicht völlig, ist aber viel gedämpfter und nicht annähernd so gut ausgeprägt. Dies zeigt, dass die Topografie ein wichtiger Faktor bei der Entstehung der Schwerewelle war.
Über ihre Entstehung hinaus konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Schwerewelle auch für den Transport von Gasen relevant war. Sie fanden heraus, dass die mit der Schwerewelle verbundene atmosphärische Bewegung Ozon und Kohlenmonoxid sowohl horizontal als auch vertikal transportierte. Die Konzentrationen beider Gase schwanken infolge der Schwerewelle, die sich über das ATTO-Gelände bewegt. In der Simulation ohne Topografie ist das Auftreten der Schwerewelle viel weniger ausgeprägt. Folglich ist auch die Bewegung der Gase im Vergleich dazu gedämpft.
Moraes et al. veröffentlichten die Studie “Simulation of an orographic gravity wave above the Amazon rainforest and its influence on gases transport near the surface” in Atmospheric Research. Die Studie ist nicht frei zugänglich, kann aber für 50 Tage nach der Veröffentlichung unter diesem Link eingesehen werden.
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