Schuimkoppen
Brekende golven op zee zijn belangrijk voor allerlei processen die plaatsvinden aan het zeeoppervlak, waar lucht en water elkaar raken. Dit geldt zeker ook voor onderzoekers die zich bezighouden met orkanen. De traditionele opvatting in de wetenschap was altijd dat het aantal schuimkoppen en de weerstand van het zeeoppervlak voor de wind, steeds verder toenemen bij hogere windsnelheden, tot aan een bepaalde grenswaarde. Deze aanname wordt ook gebruikt in diverse modellen en is zeer belangrijk bij het voorspellen van orkanen en stormen. Maar de aanname is nooit experimenteel getoetst bij zeer hoge windsnelheden.
Streaks
Wetenschappers wisten deze toetsing nu voor het eerst wel uit te voeren en kwamen tot een verrassende conclusie. ‘We hebben aangetoond dat bij hoge windsnelheden het aantal schuimkoppen constant blijft en dat ze bij nog hogere snelheden vergezeld gaan van en zelfs ‘overstemd’ raken door slierten (streaks) van schuim, waternevels en bubbels. Bij snelheden rond de 150 km/u vormen deze streaks een zeer gladde laag over het zeeoppervlak, waardoor de weerstand voor de lucht steeds lager wordt. Bij extreme windsnelheden, tegen de 300 km/u, verdwijnt de weerstand vrijwel geheel.’
Kruisdeining
De bevindingen van de wetenschappers over het wegvallen van de weerstand van het zeeoppervlak gelden overigens niet in het hele gebied van de orkaan. ‘In bepaalde aanzienlijke delen van de orkaan neemt de weerstand eerst zelfs aanzienlijk toe, waarna de weerstand bij nog hogere windsnelheden weer afneemt. Dit komt door een fenomeen dat kruisdeining heet.’ Dit zijn golven die dwars op de wind lopen, opgewekt in andere delen van de orkaan.
NOAA P-3 in het oog van Hurricane Caroline. Bron: NOAA Photo Library
Te gevaarlijk
De wetenschappers kwamen tot hun opmerkelijke bevindingen door het analyseren en combineren van reeds aanwezige data. Gedeeltelijk betrof dit oude filmopnames, uit de jaren 1966-1980, die gemaakt zijn door verkenningsvliegtuigen die op lage hoogte (150 m) door orkanen vlogen. ‘Dit mag nu niet meer, omdat het simpelweg te gevaarlijk is’.
De onderzoekers combineerden deze oude films met winddata die zijn verzameld in de periode 1998-2005. Deze data komen van meetinstrumenten die vanuit vliegtuigen van boven in een orkaan worden gedropt. De instrumenten gaan in de golven verloren, maar kunnen daarvóór nog hun data doorsturen.
Voorbeeld van foto’s van het zee-oppervlak gebruikt in dit onderzoek.
Wetenschappelijke publicatie:
Leo H. Holthuijsen, et al.: Wind and waves in extreme hurricanes
Bron:
Technische Universiteit Delft
