Honingraat wolk - stratocumulus

Wolken weerkaatsen zonlicht en zijn zo van invloed op het klimaat. Door hun ontstaan te bestuderen, kun je klimaatmodellen nauwkeuriger maken. Wetenschappers hebben nu een wiskundig model ontwikkeld voor het ontstaan van honingraatwolken.

Of je nu actief lid bent van de Cloud Appreciation Society of niet, je hebt vast wel eens gefantaseerd hoe het zou zijn om de steile wanden van een cumulus congestus te beklimmen, of hoe het zou voelen als je je hand langs een altocumulus stratiformis zou halen. Voor sommigen is wolkenkijken een vak. Twee van hen,  Franziska Glassmeier en Graham Feingold, hebben voor het eerst bijenraat-achtige wolkenpatronen wiskundig beschreven. Die beschrijving kan helpen klimaatmodellen accurater maken.

Wolken remmen het broeikaseffect

De twee wolkenwetenschappers bestudeerden patronen in stratocumuluswolken. Die wolkensoort komt veel voor boven subtropische oceanen en vertoont vaak bijenraat-achtige patronen. Stratocumuluswolken weerkaatsen zonlicht terug de ruimte in, en vormen dus een belangrijke rem op het broeikaseffect.

Soms is het bijenraatpatroon gesloten; dan zijn de ‘cellen’ veelhoekige wolkjes, omringd door heldere randen. Is het bijenraatpatroon ‘open’, dan vallen er juist veelhoekige gaten in het wolkendek. De gesloten variant weerkaatst meer zonlicht dan de open variant en ‘remt’ de opwarming dus harder. Op de foto boven dit artikel zie je beide soorten stratocumulus door elkaar, met een gesloten en een open honingraatstructuur.

Van fijnmazig naar grofkorrelig

Wolken hebben grote invloed op het klimaat, maar zijn moeilijk te modelleren in klimaatmodellen. Wolkenvorming is een lokaal proces dat wegvalt in de grove ‘resolutie’ van klimaatmodellen. Voor een klimaatmodel dat de invloed van stratocumuluswolken wel mee kan nemen, was dus een bredere, ‘grofkorreliger’ beschrijving nodig van het ontstaan van de gesloten en open bijenraatpatronen. En die hebben Glassmeier en Feingold nu gevonden.

Hoe wolken ontstaan

Wolken ontstaan waar warme, vochtige lucht opstijgt, afkoelt en condenseert. In de gesloten stratocumulus - wolkjes tegen de heldere lucht - markeert elk wolkje een kolom stijgende warme en vochtige lucht. In de heldere randen rondom elk wolkje zakt koudere lucht naar beneden. In het open patroon - gaten in het wolkendek - is het precies andersom: de gaten markeren brede kolommen dalende koude lucht, omringd door warmere en dus wolkige ringen:

Ontstaan van stratocumuluswolken

Glassmeier en Feingold ontwikkelden een relatief eenvoudig wiskundig model (voor de liefhebbers: ze gebruikten daarvoor Voronoi-diagrammen) dat de wolkvorming aardig kon nabootsen. Ze ontdekten bovendien dat factoren die vrij traag veranderen - de hoogte van stapelwolkjes in de ‘open’ variant, de hoeveelheid fijnstof in de lucht - bepalen of er open of gesloten cellen ontstaan. En dus hoeveel zonlicht er weerkaatst wordt.

Die inzichten maken een simplificatie mogelijk die zeldzaam is in hun vakgebied, aldus de onderzoekers. En dat kan helpen de vertaling te maken van lokale wolkvorming naar het complexe en grootschalige niveau van klimaatmodellen.

  1. Franziska Glassmeier en Graham Feingold, Network approach to patterns in stratocumulus clouds, PNAS, september 2017