Het experimentele onderzoek naar de lucht-zee wisselwerking van golven is per 1 januari 2004 beëindigd. Deze webpagina geeft een overzicht van het werk van de afgelopen jaren.

De fysica van lucht-zee wisselwerking

De uitdaging
De fysica van de wisselwerking tussen atmosfeer en oceaan is één van de hoofdthema's van onderzoek bij de sectie Oceanografie. Dat onderzoek heeft een sterk experimenteel karakter. De uitwisseling van impuls, warmte, waterdamp en CO₂ wordt onderzocht door op zee de turbulente fluxen van deze grootheden te meten en ze te combineren met omgevingsfactoren in zowel de lucht als het water. Die experimenten worden uitgevoerd op en nabij het onderzoeksplatform Meetpost Noordwijk (MPN) van Rijkswaterstaat, zo'n 9 km voor de kust bij Noordwijk. De metingen stellen speciale eisen door de omstandigheden waaronder ze plaats moeten vinden.

Bij de interpretatie van de data kunnen we uiteraard niet om de specifieke omstandigheden op zee heen. Denk daarbij bijvoorbeeld aan de interactie tussen golven en turbulentie. Bij de interpretatie wordt gebruik gemaakt van micrometeorologische modellen en van modellen voor de bovenste laag van de oceaan. Daarnaast moet rekening worden gehouden met verschillende chemische en biologische processen. Gezien de talloze factoren die de uitkomsten van experimenteel onderzoek aan lucht-zee wisselwerking beïnvloeden zal het geen verbazing wekken dat onze groep intensief samenwerkt met experts uit de hele wereld.

ASGAMAGE
In het recente verleden heeft onze groep een aantal grote internationale projecten georganiseerd. Het onlangs afgesloten, door de EU in het kader van MAST-III gefinancierde project ASGAMAGE had gasuitwisseling als het centrale thema. Het voornaamste doel van het project was om een sinds het begin van de jaren 80 bestaande inconsistentie tussen data van verschillende meetmethodes voor de snelheid van CO₂ uitwisseling uit de weg te ruimen. Op die manier moest het onderzoek bijdragen aan een nauwkeuriger bepaling van de snelheid waarmee de concentratie van dit broeikasgas in de atmosfeer stijgt. Onderzoekers van 14 instituten uit Europa, de USA en Canada werkten in dit project samen. Op en rond MPN werd in 1996 tijdens twee meetcampagnes van 5 weken een mooie dataset verzameld. Dankzij de daarbij toegepaste geavanceerde meetmethodes en instrumenten werd het gat tussen de resultaten van de verschillende meetmethodes voor een belangrijk deel gedicht. In het kader van ASGAMAGE uitgevoerde modelstudies leverden bovendien een mogelijke verklaring op voor een deel van de resterende verschillen. De modeluitkomsten moeten nog wel geverifieerd worden. We hopen over enige tijd een nieuw groot internationaal project te organiseren. Modeluitkomsten sturen daarbij deels het experiment, waarbij het accent op de specifieke condities heel dicht bij het lucht-zee grensvlak zal komen te liggen. Verder zal veel experimentele en theoretische aandacht besteed moeten worden aan de aannames die ten grondslag liggen aan de verschillende meetmethodes.

De ASGAMAGE data bevatten ook nieuwe informatie over uitwisseling van warmte en waterdamp tussen oceaan en atmosfeer. Deze resultaten zijn niet eenvoudig te verklaren en vereisen eveneens een grondige experimentele en theoretische studie van de processen vlakbij het lucht-zee grensvlak. Verder hebben de data een belangrijke bijdrage geleverd aan het begrip van de overdracht van impuls. De data lieten een duidelijke relatie tussen de aërodynamische ruwheid en de toestand van het golfveld zien. Verschillen tussen Noordzee data en data van de open oceaan konden verklaard worden uit verschillen in de relatie tussen windsnelheid en de ontwikkeling van het golfveld.

Dansen met de golven: de golfvolger
De wisselwerking tussen golven en turbulentie wordt beschouwd als een sleutelproces in de lucht-zee wisselwerking. Deze interactie wordt sterker naarmate de afstand tot het oppervlak geringer wordt. De laag waarin de golven de turbulentie significant beïnvloeden wordt de golfgrenslaag genoemd. Helaas konden tot nu toe om praktische redenen geen metingen verricht worden in het gebied vlak boven het wateroppervlak tussen de golven. Met de binnen onze groep ontwikkelde golfvolger hopen we vooruitgang te boeken op dit gebied.

De golfvolger is in feite een lange verticale staaf waarop een aantal micrometeorologische instrumenten kan worden gemonteerd. Een speciale sensor onder aan de staaf detecteert de positie van het wateroppervlak. Deze sensor stuurt signalen naar een sterke elektromotor, die de staaf in overeenstemming met de informatie van de watersensor zo op en neer beweegt dat deze een constante hoogte ten opzichte van het wateroppervlak blijft houden. Met instrumenten die op de golfvolger zijn gemonteerd kunnen op deze manier metingen worden verricht tot op 30 cm van het water, zelfs als de golven veel hoger zijn.

Conventionele micrometeorologische instrumenten voor windmeting, zoals de meeste sonische anemometers, zijn minder geschikt voor metingen van het turbulente transport zo dicht in de buurt van het wateroppervlak. De binnen onze groep ontwikkelde perslucht anemometer is op het moment waarschijnlijk het enige instrument ter wereld dat op geringe hoogte boven zee nog gebruikt kan worden om zulke meteingen betrouwbaar en gedurende langere tijd uit te voeren.

Wie zijn wij?
Cor Jacobs (niet meer werkzaam bij KNMI), Cor van Oort, Wiebe Oost (met pensioen), Hendrik Wallbrink, Ed Worrell (Oceanografisch Onderzoek)
Wim Kohsiek (Atmosferisch Onderzoek)