Kosmisk stråling og El Niño påvirker skyernes højde

Jorden har en form for elektrisk hjerteslag, som styrer lagdelte skyers højde. Det fremgår af forskning ved Department of Meteorology ved University of Reading.

Det er alle bekendt, at der er elektricitet i luften i forbindelse med tordenvejr, men det er nok de færreste, der tænker på, at selv under mere rolige vejrbetingelser – ja selv i helt klart vejr – er der et elektrisk felt i atmosfæren.

Dette elektriske felt har en regelmæssig, næsten sinusformet variation i løbet af døgnet, så feltstyrken overalt på Jorden er størst kl. 19 UTC og mindst kl. 3 UTC (UTC er dansk tid minus én time ved normaltid og minus to timer ved sommertid).

Giles Harrison fra University of Reading har gennem flere år studeret den atmosfæriske elektricitet, og han har nu fundet, at de daglige variationer i feltstyrken flytter de lagdelte skyer (stratus) op og ned i atmosfæren.

Det betyder, at skyernes egenskaber også er forbundet med rumvejret, kosmisk stråling og vejrfænomenet El Niños sydlige oscillation, da disse kan påvirke den elektriske feltstyrke i atmosfæren.

Lagdelte skyer i lav højde udgør i gennemsnit 29 pct. af det totale skydække. De holder varmen tilbage om natten, men reflekterer sollys om dagen.

Kan give bedre vejrudsigelser og klimamodeller

Maarten Ambaum, som sammen med Giles Harrison er forfatter på en ny artikel i Environmental Research Letters om opdagelsen, siger til Physicsworld.com, at det nye resultat viser, at de nuværende modeller for skyer og klima mangler vigtige elementer.

»En forståelse af disse manglende elementer er afgørende for at forbedre nøjagtigheden af vejrudsigter og forudsigelser af klimaforandringer,« siger han.

Giles Harrison forklarer selv hovedresultatet i en lille video produceret af University of Reading.

Seniorforsker Jens Olaf Pepke Pedersen fra DTU Space, der bl.a. forsker i skydannelse under påvirkning af kosmisk stråling, finder forskningsresultatet meget interessant.

»Ideen om, at styrken af det atmosfæriske elektriske felt påvirker skyerne via opladning af partikler nær eller i skyerne, er ikke ny – især Brian Tinsley fra University of Texas i Dallas har promoveret den i årevis. Ideen er efter min mening også plausibel, men indtil nu har den ikke fået så megen opmærksomhed, fordi det var svært at måle effekten«, siger han.

Det har Harrison og Ambaum nu gjort, baseret på meteorologiske data fra Finland og Antarktis. Disse områder er valgt, fordi andre effekter, der også påvirker skyhøjden, her spiller en mindre rolle.

En gammel opdagelse

Opdagelsen af, at der findes et elektrisk felt i atmosfæren, selv under godt vejr, skete i Frankrig og England i 1753.

En lang række videnskabsmænd, herunder Lord Kelvin, som i Aberdeen i 1859 målte en feltstyrke på 137 V/m, søgte at finde forklaringer på fænomenet. Det blev den senere nobelpristager C.T.R. Wilson, der i 1920 kom med forklaringen i form af et globalt elektrisk kredsløb.

Ladninger, der genereres i tordenskyer, vil etablere et elektrisk kredsløb gennem ionosfæren og tilbage til Jorden via en strøm, som også flyder gennem luften i områder med godt vejr. Det elektriske potentiale i ionosfæren er omkring 250 kV, og strømtætheden gennem luften er omkring 2 pA/m^2.

Det elektriske kredsløb bevirker, at skyer vil være positivt elektrisk ladet i toppen og negativt elektrisk ladet i bunden.

Carnegie opmålte det elektriske felt

Carnegie Institution of Washington i USA opererede for omkring 100 år siden to skibe, som målte den atmosfæriske elektricitet.

Det skete først med skibet Galilee i 1907 og siden med skibet Carnegie i flere omgange fra 1909 til 1929. Der var planlagt flere missioner med Carnegie, men skibet og alt udstyr blev ødelagt ved en benzineksplosion ved Samoa 28. november 1929.

Målingerne om bord på Carnegie viste, at den elektriske feltstyrke overalt på kloden toppede på samme tidspunkt, kl. 19 UTC, og var mindst kl. 03 UTC.

Denne kurve kendes nu som Carnegie-kurven.

Den daglige variation i det elektriske felt beskrives normalt med en Fourierrække med fire tidsafhængige led, som beskriver tidsvariationer over perioder på henholdsvis 24, 12, 8 og 6 timer.

Den største led er 24-timersleddet, så variationen kan med nogenlunde god tilnærmelse beskrives som en sinuskurve.

Døgnvariationen forklares med, at den stort set har samme forløb hen over døgnet som størrelsen af områder med tordenstorme på jordkloden.

Lasermåling af skyhøjden

Skyhøjden er bestemt med et ceilometer, som benytter en laser til afstandsmåling.

Disse målinger har Giles Harrison og Maarten Ambaum sammenholdt med Carnegie-kurven og er derved kommet frem til, at en stigning på en 1 procent for feltstyrken for atmosfæriske elektricitet under godt vejr flytter skyhøjden med 4,0 meter.

Det betyder, at skyhøjden kan flytte sig flere hundrede meter daglig alene på grund af de daglige variationer i feltstyrken.