Nieuws

Atmosferische grenslaag verergerde mega-hittegolven

Gepubliceerd op
20 april 2014

Het extreme karakter van de hittegolven van 2003 in West-Europa en van 2010 in Rusland en Oost Europa verraste destijds ook onderzoekers. Onderzoekers Ryan Teuling en Jordi Vilà-Guerau de Arellano van Wageningen University verklaren de extreme temperaturen door de interactie van droge bodems met de atmosferische grenslaag - het onderste gedeelte van de atmosfeer. Aan de rol van deze grenslaag wordt in studies met bestaande weermodellen te weinig aandacht besteed, zo betogen zij in Nature Geoscience.

De mega-hittegolf van augustus 2003 in West-Europa verbrak destijds diverse temperatuurrecords, met temperaturen van 40°C in Frankrijk. De economische schade wordt geschat tussen de 5 en 10 miljard euro door onder meer bosbranden, luchtvervuiling en schade aan landbouwgewassen. Alleen al in Parijs vielen er duizenden doden als gevolg van de hoge temperaturen. Onderzoekers waren onbekend met dergelijke hittegolven in Europa en dachten dat het een eenmalige, uitzonderlijke gebeurtenis was. Totdat in 2010 nieuwe records werden gevestigd, nu in Oost-Europa en Rusland.

Gewassen op droge bodems, zoals hier in Australië, kunnen minder water verdampen. Hierdoor kan zich warmte opbouwen in het onderste deel van de atmosfeer, de zogenaamde grenslaag. In gebieden met normaal een vochtig klimaat kunnen door dit proces tijdens droogte toch extreme hittegolven voorkomen.
Gewassen op droge bodems, zoals hier in Australië, kunnen minder water verdampen. Hierdoor kan zich warmte opbouwen in het onderste deel van de atmosfeer, de zogenaamde grenslaag. In gebieden met normaal een vochtig klimaat kunnen door dit proces tijdens droogte toch extreme hittegolven voorkomen.

Atmosferische grenslaag

Wanneer een atmosferische blokkade, bodemuitdroging en opbouw van warmte in de grenslaag van de atmosfeer samenvallen, dan zijn uitzonderlijke hittegolven mogelijk. Dat concluderen dr.ir. Ryan Teuling, universitair docent hydrologie en kwantitatief waterbeheer, en Jordi Vilà-Guerau de Arellano, universitair hoofddocent in meteorologie. De ongewone atmosferische situatie is al eerder aangewezen als de belangrijkste veroorzaker van de twee hittegolven. Een groot hogedrukgebied blokkeerde het binnendringen van lagedrukgebieden met koudere lucht en wind. De onderzoekers toonden aan dat bij beide hittegolven dezelfde ontwikkelingen in de grenslaag optraden in combinatie met een versterkte interactie tussen bodemuitdroging en warmteopbouw in de atmosferische grenslaag. Dit onderste deel van de troposfeer is ’s nachts tientallen tot enkele honderden meters dik, en overdag enkele kilometers. Over een periode van enkele dagen tot weken werd de hitte opgebouwd in een steeds dikker wordende atmosferische grenslaag, geholpen door warmtetransport uit zuidelijker gelegen warme gebieden. Gedurende deze periode droogde de grond steeds verder uit, waardoor het afkoelende effect van waterverdamping verdween. Dit proces werd verstrekt door de hoge temperaturen. Door afkoeling ’s nachts raakte de warme luchtlaag losgekoppeld van het aardoppervlak, waardoor de warmte van de volgende dag tot steeds hogere temperaturen kon leiden. De deken van warme lucht boven het aardoppervlak werd steeds dikker.

45 graden

Teuling: ‘Met deze nieuwe kennis kunnen we verwachtingen over mogelijke temperaturen geven. Temperaturen die gestaag opbouwen tot 40 graden zijn weliswaar mogelijk in dit deel van de wereld. Maar plotselinge temperatuurstijgingen tot 45 graden, zoals die zijn voorgekomen tijdens hittegolven in bijvoorbeeld Melbourne, zijn hier normaal gesproken onwaarschijnlijk. De afstand tot de evenaar en tot grote woestijngebieden is daarvoor te groot.’

De onderzoekers maakten gebruik van satellietdata en metingen van weerballonnen van de situatie in Frankrijk in 2003 en Rusland in 2010. Die data combineerden ze met een gekoppeld bodem-water-atmosfeer model, het computermodel CLASS (Chemistry Land-Atmosphere Soil Slab model), dat is ontwikkeld bij de leerstoelgroep Meteorologie en Luchtkwaliteit. Met dat model kon de verandering van temperatuuropbouw in de atmosfeer worden gesimuleerd onder verschillende niveaus van bodemvocht en warmte advectie uit zuidelijke gebieden.