|
|
|
Rossby-golven, ook wel planetaire golven genoemd, zijn een soort traagheidsgolf die van nature voorkomt in roterende vloeistoffen. Ze werden voor het eerst geïdentificeerd door de in Zweden geboren Amerikaanse meteoroloog Carl-Gustaf Arvid Rossby in de atmosfeer van de aarde in 1939.
Ze worden waargenomen in de atmosferen en oceanen van de aarde en andere planeten, als gevolg van de rotatie van de aarde of van de betrokken planeet. Atmosferische Rossby-golven op aarde zijn gigantische meanders bij winden op grote hoogte die een grote invloed hebben op het weer. Deze golven worden geassocieerd met druksystemen en de straalstroom (vooral rond de polaire wervels). Oceanische Rossby-golven bewegen zich langs de thermocline: de grens tussen de warme bovenlaag en het koude diepere deel van de oceaan. |
| |
 |
Rossby-golven op het noordelijk halfrond. De witte pijlen geven de stroomrichting aan. (a) en (b) zijn situaties van opbouwende
Rossby-golven en bij (c) heeft een koudeput zich afgescheiden. Blauw is relatief koude en oranje is relatief warme lucht. |
| |
| Rossby-golftypen |
| |
| Atmosferische golven |
Atmosferische Rossby-golven zijn het resultaat van het behoud van potentiële vorticiteit en worden beïnvloed door de Coriolis-kracht en
drukgradiënt. Het beeld links schetst de fundamentele principes van de golf, bijvoorbeeld de herstellende kracht en de westelijke fasesnelheid.
De rotatie zorgt ervoor dat vloeistoffen naar rechts draaien als ze op het noordelijk halfrond bewegen, en naar links op het zuidelijk halfrond.
Een vloeistof die bijvoorbeeld van de evenaar naar de noordpool beweegt, zal naar het oosten afwijken; een vloeistof die vanuit het noorden naar
de evenaar beweegt, zal naar het westen afwijken. Deze afwijkingen worden veroorzaakt door de Corioliskracht en het behoud van potentiële vorticiteit, wat leidt tot veranderingen in de relatieve vorticiteit. Dit is analoog aan het behoud van impulsmoment in de mechanica. In planetaire atmosferen, inclusief de aarde, zijn Rossby-golven het gevolg van de variatie in het Coriolis-effect met de breedtegraad. |
| |
| Men kan een terrestrische Rossby-golf identificeren omdat zijn fasesnelheid, gemarkeerd door zijn golftop, altijd een westwaartse component heeft. De verzamelde reeks Rossby-golven kan echter in beide richtingen lijken te bewegen met wat bekend staat als zijn groep. snelheid. Over het algemeen hebben kortere golven een oostwaartse groepssnelheid en lange golven een westwaartse groepssnelheid. |
| |
De termen barotropisch en baroclinisch worden gebruikt om de verticale structuur van Rossby-golven te onderscheiden. Barotrope Rossby-golven variëren niet verticaal [verduidelijking nodig] en hebben de hoogste voortplantingssnelheden. De baroclinische golfmodi variëren daarentegen
verticaal. Ze zijn ook langzamer, met snelheden van slechts enkele centimeters per seconde of minder. |
| |
| Het meeste onderzoek naar Rossby-golven is gedaan op golven in de atmosfeer van de aarde. Rossby-golven in de atmosfeer van de aarde zijn gemakkelijk waar te nemen als (meestal 4 à 6) grootschalige meanders van de straalstroom. Wanneer deze afwijkingen zeer uitgesproken worden, komen massa's koude of warme lucht los en worden respectievelijk cyclonen en anticyclonen van lage sterkte, die verantwoordelijk zijn voor de dagelijkse weerpatronen op de middelste breedtegraden. De werking van Rossby-golven verklaart gedeeltelijk waarom de oostelijke continentale randen van het noordelijk halfrond, zoals het noordoosten van de Verenigde Staten en Oost-Canada, op dezelfde breedtegraden kouder zijn dan West-Europa, en waarom de Middellandse Zee in de zomer droog is (Rodwell- Hoskins-mechanisme) |
| |
| Poolwaarts voortplantende atmosferische golven |
| Diepe convectie (warmteoverdracht) naar de troposfeer wordt versterkt boven zeer warme zeeoppervlakken in de tropen, zoals tijdens El Niño-evenementen. Deze tropische forcering genereert atmosferische Rossby-golven die een polewaartse en oostelijke migratie hebben. |
| |
De zich naar de polen voortplantende Rossby-golven verklaren veel van de waargenomen statistische verbanden tussen klimaten op lage en hoge breedtegraden. Eén zo’n fenomeen is de plotselinge opwarming van de stratosfeer. Poolwaarts voortplantende Rossby-golven vormen een
belangrijk en ondubbelzinnig onderdeel van de variabiliteit op het noordelijk halfrond, zoals uitgedrukt in het patroon van de Stille Oceaan in Noord-Amerika. Soortgelijke mechanismen zijn van toepassing op het zuidelijk halfrond en verklaren gedeeltelijk de sterke variabiliteit in het Amundsenzeegebied van Antarctica. In 2011 koppelde een Nature Geoscience-studie waarbij gebruik werd gemaakt van algemene circulatiemodellen Pacific Rossby-golven, gegenereerd door de stijgende centrale tropische temperaturen in de Stille Oceaan, aan de opwarming van het Amundsenzeegebied, wat leidde tot de continentale opwarming in de winter en de lente van Ellsworth Land en Marie Byrd Land in West-Antarctica
via een toename in advectie. |
| |
| Rossby-golven op andere planeten |
| Atmosferische Rossby-golven kunnen, net als Kelvin-golven, voorkomen op elke roterende planeet met een atmosfeer. De Y-vormige wolkenstructuur op Venus wordt toegeschreven aan Kelvin- en Rossby-golven. |
| |
| Oceanische golven |
| Oceanische Rossby-golven zijn grootschalige golven binnen een oceaanbekken. Ze hebben een lage amplitude, in de orde van centimeters aan het oppervlak tot meters aan de thermocline, vergeleken met atmosferische Rossby-golven die in de orde van honderden kilometers liggen. Het kan maanden duren voordat ze een oceaanbekken oversteken. Ze krijgen momentum door windstress aan de oppervlaktelaag van de oceaan en er wordt aangenomen dat ze klimaatveranderingen communiceren als gevolg van variabiliteit in de kracht, als gevolg van zowel de wind als het drijfvermogen. Aangenomen wordt dat buiten-equatoriale Rossby-golven zich voortplanten door oostwaarts voortplantende Kelvin-golven die opwellen tegen oostelijke grensstromen, terwijl wordt aangenomen dat equatoriale Kelvin-golven een deel van hun energie ontlenen aan de reflectie van Rossby-golven tegen westelijke grensstromen. |
| |
| Zowel barotrope als baroclinische golven veroorzaken variaties in de hoogte van het zeeoppervlak, hoewel ze door de lengte van de golven moeilijk te detecteren waren tot de komst van satelliethoogtemetingen. Satellietwaarnemingen hebben het bestaan van oceanische Rossby-golven bevestigd |
| |
Barokliene golven veroorzaken ook aanzienlijke verplaatsingen van de oceanische thermocline, vaak van tientallen meters. Satellietwaarnemingen hebben de statige progressie van Rossby-golven over alle oceaanbekkens onthuld, vooral op lage en middelhoge breedtegraden. Vanwege het
bèta-effect nemen de transittijden van Rossby-golven toe met de breedtegraad. In een stroomgebied als de Stille Oceaan kan het maanden duren voordat golven zich langs de evenaar verplaatsen, terwijl dichter bij de polen tientallen jaren kunnen duren. |
| |
| Rossby-golven zijn voorgesteld als een belangrijk mechanisme om de opwarming van de oceaan op Europa, een maan van Jupiter, te verklaren. |
| |
| Versterking van Rossby-golven |
| |
| Er is voorgesteld dat een aantal regionale weersextremen op het noordelijk halfrond die verband houden met geblokkeerde atmosferische circulatiepatronen veroorzaakt kunnen zijn door quasiresonante versterking van Rossby-golven. Voorbeelden hiervan zijn de Europese overstromingen van 2013, de Chinese overstromingen van 2012, de Russische hittegolf van 2010, de overstromingen in Pakistan van 2010 en de Europese hittegolf van 2003. Zelfs als we rekening houden met de opwarming van de aarde, zou de hittegolf van 2003 zonder een dergelijk mechanisme zeer onwaarschijnlijk zijn geweest. |
| |
| Normaal gesproken bestaan er vrij reizende Rossby-golven op synoptische schaal en quasi-stationaire Rossby-golven op planetaire schaal op de middelste breedtegraden met slechts zwakke interacties. De hypothese, voorgesteld door Vladimir Petoukhov, Stefan Rahmstorf, Stefan Petri en Hans Joachim Schellnhuber, is dat deze golven onder bepaalde omstandigheden op elkaar inwerken om het statische patroon te produceren. Om dit te laten gebeuren, zo suggereren zij, moet het zonale (oost-west) golfgetal van beide soorten golven tussen 6 en 8 liggen, en moeten de synoptische golven binnen de troposfeer worden gestopt (zodat er geen energie naar de stratosfeer ontsnapt). ) en golfgeleiders op de middelste breedtegraad moeten de quasistationaire componenten van de synoptische golven opvangen. In dit geval kunnen de golven op planetaire schaal ongebruikelijk sterk reageren op orografie en thermische bronnen en zinken vanwege de quasiresonantie. |
| |
| Een onderzoek uit 2017 door Mann, Rahmstorf, et al. bracht het fenomeen van antropogene arctische versterking in verband met planetaire golfresonantie en extreme weersomstandigheden. |
| |
|
|
|
|
|
|
