Vi meteorologer har nöjet att under arbetstid få se hur otrolig naturen och jorden är. Med satelliter och väderradarer får vi ibland se de mest spektakulära fenomen som jorden kan frambringa. Det kan vara allt från stora otroliga molnvirvlar runt ockluderade och mogna lågtryck till mycket mindre, men otroligt intensiva, tornados, eller tromber, på väderradarer.
I slutet av maj, närmare bestämt 26 maj, dök ett sådant fenomen upp. Fenomenet är inte ovanligt utan finns nästa dagligen i olika former men här syntes det tydligt i molnformationer runt Bornholm.
Vi talar om gravitationsvågor – i atmosfären. Dessa skall inte sammanblandas med de gravitationsvågor som finns i rymden. Här i atmosfären dyker de upp genom att atmosfären är stabil, det vill säga att varmare luft finns ovanför relativt kallare. Blåser sådan luft över en högre terräng kan det uppstå vågbildning.
Det var detta som hände runt Bornholm onsdagen den 25 maj. Relativt varm luft strömmade sydvästut över Östersjön med låga moln över det relativt kalla havet (se figur 1 som ger de låga molnens framfart över Östersjön). Luften är således stabil som rör sig åt sydväst över havet. När molnen når Bornholm är ön i vägen. Molnen är precis så höga, eller vertikalt tjocka, att de når över toppen på ön (ca 160 m). Men på läsidan om Bornholm löses molnen upp och det blir klart. Än så länge inget speciellt.
1a
1b
Figur 1. Satellitbild över södra Östersjön och Bornholm för 2016-05-25 a) kl 05:19 UTC och b) kl 06:25 UTC. Bilderna visar låga moln (gula områden) som sprider sig ned åt sydväst över södra Östersjön och når nästan Bornholm.
Under tiden som molnen trycks mot Bornholm utsätts de för de gravitationsvågor på lovartsidan om Bornholm. Dessa har redan innan funnits där i denna luftström men blir först nu synliga när molnen påverkas av dem. Gravitationsvågorna blir nästintill stationära på lovartsidan och breder ut sig som ringar på vattnet när man har kastat en sten i vattnet. Figur 2 visar vågorna i molnen i detalj runt Bornholm.
Figur 2. Satellitbild från NOAA 17 2016-05-25 kl 09:28 UTC. De låga molnen över södra Östersjön har nått Bornholm där de utsätts för gravitationsvågor. På lovartsidan om ön syns vågformationer i molnens översida som sprider sig utåt sidorna från ön.
Hur bra är då dagens väderprognosmodeller att lyckas förutspå dessa moln med deras gravitationsvågor?
Vår väderprognosmodell har en horisontell upplösning på 3 km. Det betyder att modellerna räknar ut vädret för varje punkt med 3 km avstånd emellan dem. Räcker det för att kunna lösa upp Bornholmsmolnen?
Figur 3 visar hur det blir med 3 km horisontell upplösning. Figur 3a ger molnprognosen för samma tid, kl 12 SST 25/5 2016, och 3b ger den vertikala vindhastigheten på ca 150 m.
3a
3b
Figur 3. Prognos gällande kl 10 UTC 2016-05-25 från väderprognosmodell med 3 km horisontell upplösning. 3a) ger moln, beige till oranget för höjder 0-150 m, och markvinden för varje gridpunkt. 3b) vertikala hastigheten i m/s på 150 m höjd.
I figur 3a ser vi att modellprognosens moln inte har exakt samma utbredning som på satellitbilden i figur 2. Detta kan vara att modellen har haft molnen något felaktigt från början i sin prognos. Vi ser dock att modellen löser upp molnen på lovartsidan av Bornholm, men några tjusiga vågor syns inte. Dessa ser vi inte heller i modellens prognos för vertikalvinden i figur 3b. Så dagens väderprognosmodeller räcker inte till för att beskriva dessa fenomen.
Om vi nu experimenterar lite med vår väderprognosmodell och förbättrar upplösningen tre gånger till 1 km gridupplösning, hur blir det då? Figur 4 ger svar på detta.
4a
4b
Figur 4. Prognos gällande kl 10 UTC 2016-05-25 från väderprognosmodell med 1 km horisontell upplösning. 3a) ger moln, beige till oranget för höjder 0-150 m, och markvinden för varannan gridpunkt. 3b) vertikala hastigheten i m/s på 150 m höjd.
I figur 4a ser vi nu att modellen nästan klarar av att beskriva, och prognostisera, vågmolnen lovart om Bornholm. Detsamma ser man i modellens vertikalvind. Där kan man se ett svagt vågmönster norr och öster om Bornholm. Så 1 km klarar nästan att lösa upp gravitationsvågorna runt Bornholm.
Hur ser det ut om vi förbättrar gridupplösningen ytterligare tre gånger? Till 333 m? Detta är nio gånger högre upplösning än dagens operationella prognosmodell. Figur 5 visar prognosen för kl 12 SST men med 333 m horisontell upplösning. Här syns gravitationsvågorna både i molnprognosen och i prognosen för vertikalvinden precis som satellitbilden visar (fig 2).
5a
5b
Figur 5. Prognos gällande kl 10 UTC 2016-05-25 från väderprognosmodell med 333 m horisontell upplösning. 3a) ger moln, beige till oranget för höjder 0-150 m, och markvinden för var femte gridpunkt. 3b) vertikala hastigheten i m/s på 150 m höjd. Figurerna visar att med 333 m klarar modellen av att lösa upp vågstrukturen helt korrekt i luften runt Bornholm.
I figur 5a ser vi nu vågstrukturen i molnen på lovartsidan av Bornholm. Helt korrekt med satellitbilden, figur 2, förutom att modellen har missat molnen på södra sidan av Bornholm. I figur 5b ser vi vågstrukturen tydligt runt Bornholm. Här ser man också att modellen skapar gravitationsvågor även söder om Bornholm, helt korrekt med satellitbilden i figur 2.
Så vad är syftet med kunna prognostisera gravitationsvågor och tjusiga molnmönster runt Bornholm? Syftet är kanske inte primärt detta men vi vet redan idag att vi kommer att gå ned till högre upplösningar i våra prognosmodeller i framtiden. Om fem, tio, år är troligen vår 2.5-3 km modell utbytt till 1 km horisontell upplösning över Skandinavien. Och över mindre områden används säkert modeller med runt 100 m. Detta betyder att vi kan lösa upp stadsmiljöer, kust och fjällterräng med mycket hög upplösning vilket kan ge mycket detaljerade prognoser på vind, temperatur med mera till våra enheter, plattformar och sensorer inom Försvarsmakten. Till och med vädret på trehundrametersskjutbanan kommer att kunna beskrivas i detalj.
/Andreas Grantinger och Fredrik Schönfeldt
Modellgruppen, Metod och System, METOCC, LedR
