Rossby golven

Rossby- (of planetaire) golven zijn grootschalige bewegingen in de atmosfeer die ontstaan ten gevolge van het natuurlijk herstel van het Corioliseffect, een effect waarvan de sterkte afhankelijk is van de breedtegraad. De golven zijn in 1939 ontdekt door en sindsdien genoemd naar Carl-Gustaf Rossby.

In de atmosfeer zijn Rossby-golven makkelijk te herkennen als grootschalige meanders van de straalstroom. Als de cirkelingen erg duidelijk worden, zorgen ze voor het scheiden van koude en warme luchtmassa’s, waaruit cyclonen en anticyclonen ontstaan.

De snelheid van de golf is gegeven door:

 c = u - \frac{\beta}{k^2}

Met c de golfsnelheid, u de gemiddelde westwaarts gerichte stroming, β de Rossby-parameter en k het aantal golven.

Bestand:N Jetstream Rossby Waves N.gif
Afmetingen van deze weergave: 800 × 194 pixels

Rossby Golven

Regelmatig wordt er in de (Alpen)weerpraatjes gesproken over zogenaamde Rossby golven. Maar wat zijn nu precies deze Golven en wat hebben ze te betekenen voor onder andere het weer in onze omgeving? In dit topic wil ik wat nader ingaan op de Rossby Golven.


Algemeen; Rossby- (of planetairegolven zijn grootschalige bewegingen in de atmosfeer die ontstaan ten gevolge van het natuurlijk herstel van het Corioliseffect, een effect waarvan de sterkte afhankelijk is van de breedtegraad. De golven zijn in 1939 ontdekt door en sindsdien genoemd naar Carl-Gustaf Rossby.

Carl Gustav Rossby (1898-1957) waseen van de meest invloedrijke meteorologen van de twintigste eeuw. Hij werd geboren in Zweden en ging in 1926 naar Verenigde Staten. Hier deed hij baanbrekend  onderzoek over de algemene circulatie van de atmosfeer en de slingerende, langgolvige patronen van westwaartse luchtstromingen in de hogere atmosfeer, nu bekend als Rossbygolven. Rossby ontwikkelde ook wiskundige modellen voor de weersverwachting en legde eveneens de grondslag voor de eerste succesvolle (numerieke) computermodellen voor het voorspellen van het weer. Hij voorspelde eveneens het bestaan van straalstromen. In de Tweede Wereldoorlog kwamen de piloten van B-29 bommenwerpers op grote hoogte krachtige windstromingen tegen. Het bewijs van de straalstroom was geleverd.

Golven komen in alle soorten en maten voor. De bekendsten zijn waarschijnlijk de windaangedreven golven aan het strand. Andere bekende golven zijn geluid- en drukgolven, maar er zijn er nog veel meer. Bijvoorbeeld in de oceaan, waar golven niet alleen worden veroorzaakt door de wind, maar ook door andere krachten zoals de Corioliskracht. De golven die veroorzaakt worden door de variatie in de Corioliskracht, worden ook wel Rossbygolven genoemd. De Corioliskracht kan zowel op deeltjes in het water, als op deeltjes in de lucht werken.

In de atmosfeer zijn Rossby-golven makkelijk te herkennen als grootschalige meanders van de straalstroom. Als de cirkelingen erg duidelijk worden, zorgen ze voor het scheiden van koude en warme luchtmassa’s, waaruit cyclonen en anticyclonen ontstaan. Voor de wis en natuurkundigen onder ons:

De snelheid van de golf is gegeven door:

 c = u - \frac{\beta}{k^2}

Met c de golfsnelheid, u de gemiddelde westwaarts gerichte stroming, β de Rossby-parameter en k het aantal golven.

De westenwinden

De atmosferische stroming in het midden van onze breedtegraden wordt vooral bepaald door de westenwind. Dat wil zeggen, de stroming heeft een overheersende westelijke component met tal van noord en zuid meanders. Deze stroming strekt zich uit van de subtropische High Pressure zone poolwaarts  tot ongeveer 65 graden breedte. Kijken we naar een hoger wat hoger niveau in de atmosfeer (van 700 hPa  naar 200 hPA) dan  blijkt dat de westenwinden de middelste en hogere troposfeer domineert, ook wel angeduid met de term “Westerlies”.

Voor meteorologen is het belangrijk om routinematig golven in de westelies te identifieren. Golven worden namelijk geassocieerd met gebieden van convergentie en divergentie in de (hogere) troposfeer, en hebben ook invloed op het weer in de onderste atmosfeer.  Troggen worden geassocieerd met opwaartse verticale beweging, wolken en neerslag. Ruggen daarentegen met dalende verticale luchtbewegingen en dus  droger weer met minder bewolking.

Lange golven en en korte golven
Het is gebleken dan golven in het midden en hogere troposfeer kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: lange golven en korte golven (afhankelijk van de golflengte)

De golflengte wordt gemeten in oost-west richting langs een breedte cirkel en waarnaar verwezen wordt in termen van golf nummer.  Het golfgetal of wave number beschrijft het aantal volledige golven die zijn gevonden rond de breedtegraad cirkel. Bijvoorbeeld, golf 1 (golfgetal 1) heeft een trog en één rand rond een breedtegraad cirkel of een golflengte van 360 graden westerlengte; golf 2  (golfgetal 2) heeft twee troggen en twee ruggen rond een breedtegraad cirkel of een golflengte van 180 graden westerlengte; golf 3 (golfgetal 3) heeft drie dalen en drie ruggen rond een breedtegraad cirkel of een golflengte van 120 graden westerlengte; etc.

 

Hieruit volgt dat wanneer het golfgetal word opgehoogd er meer golven moeten worden gepropt in de omtrekt van de aarde, hierdoor moet dus de afstand tussen de toppen en en dalen korter worden. Het golfgetal is dus in wezen het omgekeerde van de golflengte

Lange golven worden meestal aangeduid als die met wave 4 of lager (Rossby golven of planetaire golven). Het is mogelijk om deze op stationair zijn, zelfs in een gemiddelde westelijke stroming. Met golfgetal 5 en hoger, krijg je in “synoptische golven” en deze meestal bewegen met de gemiddelde stroom (d.w.z. voor ons meestal naar het oosten).
Er is nog een andere situatie die voorkomt in het lange golf patroon wat dient te worden vermeld: de zgn.  discontinue achteruitgang. Wanneer de golflengte van de ene lange golfdal naar de volgende stroomafwaartse buitensporig groot wordt dan wordt de stroomafwaartse trog vaak vervangen door een nieuwe trog verder naar het westen en deze neemt dan de positie van de oorspronkelijke stroomafwaartse trog in. In deze situatie blijkt dat de stroomafwaartse trog dus plotseling verschuivingen in westwaartse of stroom opwaartse vertoont. In werkelijkheid wordt dus een nieuw dal (trog)gevormd

Het bepalen van het aantal en de plaats van de lange golven is niet altijd eenvoudig. Meestal gebruiken we de hemisferische 300 of 500 hPa kaarten, zoals in het voorbeeld hierboven. Sommige studies geven aan dat er 3 tot 5 dagen nodig zijn om in de middelste troposfeer het stromingspatroon moet worden vervolgd om de lange golven te vinden. Zoals al eerder opgemerkt kan de positie van de golftoppen en dalen helpen met de prognoses voor het actieve weer in een bepaald gebied.