Interaktion mellan atmosfär och vatten

Vår forskning

Interaktionen mellan luft och vatten spelar en avgörande roll i väder- och klimatsystemet. Vår forskargrupp bedriver forskning för att förstå hur luften och vattnet påverkar varandra och hur det påverkar transporten av värme, rörelsemängd, gaser och partiklar. Detta studerar vi med olika metoder som inkluderar fältmätningar och numeriska simuleringar. Genom att öka förståelsen för luft-vatteninteraktion siktar vi på att förbättra väder- och klimatmodellerna och göra mer precisa förutsägelser om vädret och klimatet.

Samspelet mellan luft och vatten är komplext och beror i grund och botten på de skillnader som de två medierna har vad det gäller t.ex. värmekapacitet och turbulensnivå. Luft-vatteninteraktioner spelar en avgörande roll i väder- och klimatsystemet eftersom de styr den viktiga transporten av rörelsemängd, värme, gaser och partiklar. Ju bättre vi kan förstå processerna som styr samspelet luft och vatten desto bättre förutsägelser kan vi göra vädret och klimatet.

Luft-vatten-interaktion har varit vårt forskningsfokus i årtionden, inklusive havsvågor, turbulenta flöden, koldioxid (CO2) och metan (CH4), marina aerosoler och övre havsturbulens. Forskningsmålet är att beskriva dessa processer mer exakt och representera dem i väder- och klimatmodeller. Vi använder ett brett spektrum av metoder för att studera problemet: In situ-mätningar, fjärranalys och numeriska simuleringar. Observationsplattformarna inkluderar de permanenta stationerna Östergarnsholm, Erken och olika tillfälliga plattformar under särskilda fältförsök. De numeriska modellerna inkluderar ”Large-Eddy”-simuleringar, regionala modeller och ”Earth System”-modeller. Två delforskningsteman ingår: luft-hav-interaktion och luft-sjö-interaktion.

Luft-havinteraktioner

Kopplingen mellan hav och atmosfär är en viktig länk i klimatsystemet eftersom den representerar gränsen mellan två av jordens dominerande sfärer. Utbytet av rörelsemängd, värme, gas och partiklar mellan hav och atmosfär påverkar energi-, vatten- och kolcyklerna och den kemiska och biokemiska sammansättningen i både atmosfären och i havet.
Havsvågor är viktiga ur många perspektiv. Dels behöver de modelleras på ett bra sätt för båttrafik, vågenergitillämpningar och för skydd av kustområden men de påverkar också det vertikala flödena av aerosoler och gaser och är viktiga för att förstå kolbudgeten i både havet och atmosfären. Primära marina aerosoler från brytande vågor är den största globala aerosolkällan och påverkar atmosfärens egenskaper och klimatet över havet och en stor del av de kontinentala landmassorna. De marina aerosolerna fungerar båda som molnkondensationskärnor och reflekterar den inkommande solstrålningen.
Vågor och utbytet mellan hav och atmosfär är dessutom viktiga komponenter när det kommer till att modellera klimatsystemet då de utgör gränsytan mellan dessa två sfärer. Vågorna interagerar med havet och luften på ett flertal olika sätt. Vår forskning fokuserar framförallt på vågornas påverkan på turbulensen både i luften på grund av dyningsvågor och i havet på grund av Langmuirturbulens samt på dyningsvågornas påverkan på ytfriktionen. Dessa mekanismer har nyligen visats, både av vår forskargrupp men även av andra, agera annorlunda än man tidigare trott och har en signifikant betydelse i modeller på grund av vikten av sekundära processer. För att utveckla en förbättrad parameterisering av detta kommer vi att använda ett flertal olika experiment för att täcka en stor mängd olika vågförhållanden. En toppmodern regional modell som kopplar luft, vågor, hav och is med varandra (Uppsala University-Coupled Model, UU-CM) har därför utvecklats i vår grupp och kopplingsmetodiken kommer också att implementeras i den globala modellen EC-Earth.