Veckans profil: Atmosfären

När vädret ska presenteras för allmänheten använder vi meteorologer oftast en karta för att förklara hur regn- och snöområden rör sig över landet, var åska kan dyka upp och hur temperaturerna fördelar sig.

Men väderleken utspelar sig i tre dimensioner, så för oss meteorologer är det också spännande att se vad som händer i de högre luftlagren och vilka nivåer molnen ligger på. Nära marken påverkas lufttemperaturen väldigt mycket av terrängen och av om luften är över land eller hav, men på högre höjd suddas de här effekterna ut och det blir tydligare hur luftmassorna egentligen är fördelade. Även vindarna som styr nederbördsområdenas rörelse är mer enhetliga en bit upp i atmosfären.

Radiosondering, Montana, USA, 2017 (Wikimedia Commons)

De första vertikala meteorologiska mätningarna gjordes med hjälp av luftballonger under 1700-talet och för första gången kunde man nu direkt mäta hur temperaturen ändrades med höjden. Faktum är att ballonger fortfarande är en viktig mätmetod för att få fram väderdata. Radiosonderingar (som väderballongerna kallas med ett finare namn) görs två gånger per dygn (klockan 01 och 13 svensk vintertid) från drygt tusen platser runt om på jorden. Förutom att mäta lufttryck, temperatur och fuktighet är ballongerna även utrustade med GPS för att få reda på hur ballongen driver med vinden. Sonderingarna är mycket viktiga för att ge bra indata till vädermodellerna eftersom det finns så få vertikala mätningar, men tyvärr medverkar de till nedskräpning av vår planet när mätinstrumenten singlar ner någonstans efter att ballongen exploderat.

Nyare metoder finns också för att kunna mäta vertikala profiler i atmosfären. Radar har jag tidigare beskrivit här på bloggen, och nu har det blivit dags att introducera radarns syskon: Lidar och Sodar. Radaranläggningar skickar ut pulser i det frekvensområde som vi kallar radiovågor i det elektromagnetiska spektrumet och på samma sätt skickar en lidar ut pulser av laser och gör mätningar på lasersignalen som reflekteras tillbaka. Både radar och lidar skickar alltså ut en sorts ljussignal, men sodar-systemet fungerar lite annorlunda. En sodar skickar nämligen ut en ljudpuls istället för ljus och lyssnar efter hur mycket av ljudet som kommer tillbaka. Den teoretiska bakgrunden till mätmetoden är dock den samma för alla tre system. Vinden orsakar en så kallad dopplerförskjutning i frekvensen på signalen som skickades ut och beroende på hur stor dopplerförskjutningen är kan man ta reda på vindens styrka och riktning.

Drönare är framtidens mätinstrument
(Creative Commons Zero – CC0)

Det senaste inom det här området är att man har börjat göra vertikala profiler i atmosfären med hjälp av drönare och till skillnad från en väderballong så kan man återanvända en drönare gång på gång (det är bara att ladda batteriet mellan flygningarna!). Jag har själv varit involverad i ett projekt på Uppsala universitet där en drönare utrustats med sensorer för temperatur, luftfuktighet och koldioxid och där vi gjort både vertikala och horisontella mätningar. Om man inte manuellt styr drönaren ser autopiloten till att drönaren hovrar i luften och korrigerar för alla vindpustar genom att luta mer eller mindre åt olika håll. Har man sen informationen om hur mycket drönaren lutar kan man räkna bakvägen för att få fram hur mycket det blåste – listigt va?

Ett av de verktyg som vi använder mest när vi gör väderprognoser är vertikala utsnitt från vädermodellerna, så kallade prognostempar. Där kan vi timme för timme ser hur vädermodellen beräknat att temperaturen och daggpunktstemperaturen kommer att variera på olika höjder. Närmar sig temperaturen och daggpunkten varandra ökar fuktigheten och därmed också sannolikheten för moln. Om skillnaden mellan temperatur och daggpunkt ökar blir det istället torrare i det luftlagret. Med hjälp av prognostemparna kan vi läsa av temperaturen i molnet och göra en bedömning om det kommer att regna, snöa eller kanske bli åska. Vi kan även se om temperaturen pendlar precis kring nollan och om det i så fall är risk för underkylt regn.

Ett intressant fenomen som man kan se i prognostemparna och som är vanligt under vintern är när det bildas en så kallad temperaturinversion. Det innebär att temperaturen är som lägst vid markytan men att det sen blir allt varmare när man rör sig uppåt i atmosfären. Så håller det på en bit tills man når en viss nivå och därefter börjar temperaturen avta med höjden som vanligt igen. Det skikt som sträcker sig från markytan upp till inversionens tak blir nästan frikopplat från resten av atmosfären vilket till exempel gör att koncentrationen av luftföroreningar från städerna ökar eftersom omblandningen blir sämre. Här kan du läsa mer om smog och inversioner.

En annan spännande företeelse som är kopplad till inversion är jetströmmar på låg nivå (low level jets). Att man vill få skjuts av de kraftiga jetströmmarna när man flyger från USA till Europa kanske du känner till? Dessa jetströmmar befinner sig på cirka 10 km höjd och har en vindhastighet på minst 25 m/s (dvs vad vi kallar stormstyrka vid marknivå). Low level jets ligger istället bara 100-200 meter ovanför markytan men på denna korta höjdskillnad hinner vindarna öka från mindre än 5 m/s vid marken till upp mot 20 m/s. Till skillnad från jetströmmarna högt uppe i atmosfären som är relativt smala stråk med en kärna där det blåser som mest är jetströmmarna på låg nivå snarare ett stort sjok av luft som rör sig enhetligt.

Low level jets är vanliga nattetid över till exempel de inre delarna av Australien och i västern i USA eftersom det uppstår en temperaturinversion när präriemarkerna snabbt kyls av under kvällen och natten. Här på hemmaplan förekommer de låga jetströmmarna ofta över Östersjön på våren och försommaren när havet fortfarande är kallt jämfört med luften. Med bättre förståelse för hur den processen fungerar ökar också intresset för att bygga ut vindkraften i Östersjön. Bygger man vindkraftverken på rätt plats och med rätt höjd kan man optimera förutsättningarna och dra nytta av de låga jetströmmarna. Man vill ju nämligen att det ska blåsa så mycket och så ofta som möjligt för effektiv och lönsam vindkraft!


Vindkraftverk vid Middelgrunden utanför Köpenhamn. Foto: Andreas Klinke Johannsen

Det här inlägget postades i Meteorologi och meteorologens arbete. Tagg: , , , , , , , , , , , , , , , , . Bokmärk permalänken.

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *