Atmosphärische Turbulenzen
Wenn man sich eine sternenklare Nacht in den Tropen vorstellt, denkt man wahrscheinlich an ruhige Luft, die durch nichts als eine leichte Brise gestört wird. Das mag zwar nicht ganz falsch sein, ist aber nur ein Teil der Realität. Die Atmosphäre ist niemals völlig ruhig. Sie ist immer in Bewegung, und was man als sanfte Brise wahrnimmt, kann in Wirklichkeit ein ziemlich turbulenter Luftstrom sein.
In einer neuen Studie haben Polari Corrêa, Cléo Quaresma, Luca Mortarini und ihre Mitautoren die atmosphärische Dynamik im und über dem Blätterdach des Waldes während einer einzelnen Nacht an ATTO als Fallstudie analysiert. Ein besseres Verständnis dieser Dynamik ist wichtig, weil es hilft zu verstehen, wie Gase, Partikel und Energie zwischen dem Wald und der darüber liegenden Atmosphäre transportiert und ausgetauscht werden. So verhindert beispielsweise eine stark geschichtete Atmosphäre Austauschprozesse, während turbulente Strukturen einen solchen Austausch erleichtern. Ein Verständnis der atmosphärischen Dynamik bedeutet daher auch ein besseres Verständnis des Austauschs zwischen Biosphäre und Atmosphäre.
Eine Nacht im Amazonasgebiet
Die Nacht, die das Team untersuchte, war eine Nacht im Übergang von der Regenzeit zur Trockenzeit im November 2015. Das Team erhob Daten in einem 12-Stunden-Fenster zwischen 19 Uhr, kurz nach Sonnenuntergang, und 7 Uhr, kurz nach Sonnenaufgang.
Der erste Teil der Nacht bis 23 Uhr war windig mit starken atmosphärischen Turbulenzen über dem Wald. Sie wurden durch die raue Oberfläche des unregelmäßigen Kronendachs erzeugt. Innerhalb der Baumkronen bremsten die Bäume jedoch die Windgeschwindigkeiten drastisch, so dass die Bedingungen am Boden wesentlich ruhiger waren.
Gegen Mitternacht schwankte die Windrichtung eine Zeit lang, während die Windgeschwindigkeit abnahm, bis die Luft in allen Höhen fast zum Stillstand kam. Dieser zweite Teil der Nacht ist durch eine sogenannte Gravitationswelle gekennzeichnet. Wenn die Atmosphäre stabil geschichtet ist und der Wind orthogonal zu einem Bergrücken weht, erzeugt die Wechselwirkung zwischen der Strömung und der Orographie vertikale Schwingungen, die sich in der Atmosphäre ausbreiten (orographische Gravitationswellen).
Aber es blieb nicht lange ruhig. Nach 1 Uhr nachts nahmen die Winde in einer flachen Schicht über dem Kronendach wieder zu, wobei in den oberen Schichten geringe Windgeschwindigkeiten herrschten. Dies ist das Zeichen für den Beginn eines Low Level Jets, eines sich schnell bewegenden Luftbands in den unteren Schichten der Atmosphäre. Er kam aus Südwesten, aus der Richtung des Uatumã-Flusses. Weiter oben in der Atmosphäre kamen die Winde aus anderen Richtungen, in 150 m Höhe aus Südost und in 325 m Höhe aus Ost. Im Laufe der Nacht drehten sich die Winde jedoch alle und orientierten sich an der untersten Schicht. Der Low-Level-Jet hatte einen großen Einfluss auf die Skalarausbreitung über und innerhalb des Waldes.
Die Wissenschaftler vermuten, dass der Fluss Uatumã und das hügelige Gelände der Grund für die Jetbildung sind. Auch die Gravitationswellen zu Beginn der Nacht könnten der Auslöser gewesen sein.
3D-Simulation der Topografie der Umgebung von ATTO, mit dem Fluss Uatuma und dem Plateau, auf dem die Station liegt. © Luca Mortarini
Die Beobachtungen von Polari Corrêa, Cléo Quaresma, Luca Mortarini und ihren Co-Autoren während dieser einen Nacht zeigen die komplexe Dynamik und die Mechanismen in der Atmosphäre über einem dichten Wald. Sie zeigen auch, dass wir mehr und längere Datensätze benötigen, um diese Prozesse noch besser zu verstehen, da diese Dynamik den Transport von Gasen und Partikeln innerhalb und über dem Wald beeinflusst.
Die Studie „A case study of a gravity wave induced by Amazon forest orography and low level jet generation“ wurde in der Zeitschrift Agricultural and Forest Meteorology veröffentlicht.
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