Hallo allemaal,
A.d.h.v. het berekende windprofiel boven Soesterberg morgenmiddag wil ik graag uitleggen wat SREH -- of ook wel SRH -- (Storm-Relative Environmental Helicity) is, en wat je eraan hebt als het gaat om de ontwikkeling van rotatie in buien.
Allereerst volgt hier het berekende verticale windprofiel voor Soesterberg om 17u morgenmiddag, weergegeven in een zogeheten hodogram:
In een hodogram wordt de windrichting en windsnelheid als een punt in een assenstelsel, een soort windroos, weergegeven. De horizontale as geeft de westcomponent van de wind in m/s weer, de verticale as de zuidcomponent. Een (x,y) punt op de coördinaat (-10,10) betekent dus een zuidoostenwind met een snelheid van ongeveer 14.1 m/s (stelling van Pythagoras).
Een hodogram begint met het tekenen van de grondwind als een punt in het coördinatenstelsel. Vervolgens ga je, vaak met gelijke hoogtestappen, omhoog in de troposfeer, waardoor een spoor van punten in het coördinatenstelsel ontstaat. Verbind je deze punten met elkaar door er een lijn doorheen te tekenen, beginnend met de grondwind, dan wordt het hodogram getekend.
Voor de overzichtelijkheid kun je verschillende luchtlagen met verschillende kleuren aangeven. Zo begint het hodogram hierboven in het rood in de onderste kilometer, met een 10 m-wind van 3.5 m/s vanuit het OZO. In dit geval ga ik met stappen van 250 m omhoog, waarbij ik vanaf 1 km hoogte overga op oranje. Je ziet dat de wind vanaf zo’n 1100 m hoogte door de zuid heen gaat en een westcomponent i.p.v. een oostcomponent krijgt. Op 2250 m hoogte is de wind min of meer zuidwestelijk met 17.1 m/s, om precies te zijn coördinaat (12.5, 11.6).
Maar dan komt de toepassing van het hodogram! Stel dat je met de wind op 1250 m hoogte mee zou waaien, coördinaat (2.5, 11.1). Je kunt in gedachten de oorsprong, het nulpunt, van het coördinatenstelsel verplaatsen naar het punt op 1250 m hoogte. T.o.v. 1250 m hoogte is de coördinaat van de wind op 2250 m hoogte niet (12.5, 11.6) maar (12.5-2.5, 11.6-11.1) = (10.0, 0.5). M.a.w., vanuit jouw perspectief op 1250 m hoogte staat er op 2250 m hoogte geen zuidwestenwind met 17.1 m/s maar een westenwind met (een fractie meer dan) 10.0 m/s!
Wat gebeurt er nu als je op 1750 m hoogte met de wind meewaait, coördinaat (7.9, 12.2)? Vanuit jouw gezichtspunt staat er 500 m onder je, op 1250 m hoogte, min of meer een oostenwind met 5.6 m/s. Wiskundig gezien: (2.5-7.9, 11.1-12.2)=(-5.4,-1.1). Teken vanuit het punt op 1750 m maar een windpijltje en naar het punt op 1250 m en je ziet het meteen.
Zo’n 500 m boven je lijkt er min of meer een westenwind te staan met (een fractie meer dan) 4.6 m/s. De wiskunde: (12.5-7.9, 11.6-12.2)=(4.6,-0.6).
Nu vraag ik nog iets meer voorstellingsvermogen. Stel dat je nog steeds met de wind op 1750 m hoogte meewaait, maar dat je nu de as van een ENORM schoepenrad vasthoudt. Als je de draaias naar het noorden laat wijzen en zelf ook in die richting kijkt …nog altijd meebewegend op de wind op 1750 m hoogte… waait de wind boven je dus naar rechts (min of meer westenwind t.o.v. jou) en onder je naar links (min of meer oostenwind t.o.v. jou). Het schoepenrad draait rechtsom! De optimale richting om de as van je schoepenrad heen te wijzen is in een hodogram altijd loodrecht op de getrokken lijn. Op 750 m is dat bijvoorbeeld richting het noordwesten (of richting het zuidoosten, zodat het schoepenrad vanuit jouw gezichtspunt linksom i.p.v. rechtsom draait).
Hoe kan een bui nu deze rotatie invangen? Nou, stel dat je een bui hebt die pal naar het oosten beweegt met 7.9 m/s, coördinaat (7.9, 0.0) in je assenstelsel. Niet geheel toevallig beweegt de bui met precies de westcomponent waarmee jij en je schoepenrad zich op 1750 m hoogte met de wind voortbewegen. In hodogram geef ik hem weer met een druppel:
De bui uit dit gedachtenexperiment ziet jou en je schoepenrad aankomen. Letterlijk, en pal vanuit het zuiden, met een snelheid van 12.2 m/s, jouw zuidcomponent! Jij ziet de bui ook op je afkomen met 12.2 m/s, maar dan vanuit het noorden. Je schoepenrad draait rechtsom en de as ervan wijst recht in de richting van de naderende bui. Nu ga ik nog iets verder: jij en je schoepenrad worden door de stijgstroom van de bui onderschept! Voordat je het weet buigt je horizontale beweging opwaarts om. Je schoepenrad blijft gewoon rechtsom draaien en de as ervan wijst, eenmaal in de stijgstroom, uiteindelijk recht naar boven. Van bovenaf gezien ziet het er juist uit als een rotatie linksom, een cyclonale rotatie. Dit is het typische beeld van een rightmover, bij een leftmover ontstaat er juist anticyclonale rotatie. Hoe dit een bui versterkt kun je begrijpen door te bedenken dat de lucht op enige hoogte vanwege de toenemende rotatie steeds meer uit de roterende luchtkolom geslingerd wordt, waardoor er op hoogte een tekort aan lucht, een lagedrukgebiedje (mesolaag) ontstaat. Dit versterkt dus de stijgstroom in de bui, want het tekort aan lucht op hoogte geeft de stijgstroom een extra impuls.
Nu zijn er twee dingen belangrijk als het om de ontwikkeling van rotatie in buien gaat. Ten eerste in hoeverre de wind verandert met de hoogte, de windschering dus. Dit bepaalt hoe hard je denkbeeldige schoepenrad ronddraait. Maar even belangrijk daarbij is de snelheid van de bui t.o.v. de lucht die hij invangt. Eigenlijk (en dat kun je je denk ik wel voorstellen) gaat het daarbij enkel om de relatieve bewegingscomponent in lijn met de rotatieas van je denkbeeldige schoepenrad. Stel bijv. dat je, met schoepenrad en al, op 1750 m hoogte vanuit het oosten of westen een stijgstroom zou naderen. De rotatieas van je schoepenrad zou ook in de stijgstroom gewoon naar het noorden blijven wijzen, en niet omhoog (of omlaag) kantelen!
Het gaat dus puur om de relatieve snelheidscomponent van de bui loodrecht op de getrokken lijn in het hodogram! Hoe groter deze component is, hoe effectiever de rotatie in het verticale vlak (jij en je schoepenrad voor de onderschepping, met de draaias naar het noorden) kan worden omgebogen door rotatie in het horizontale vlak (jij en je schoepenrad na de onderschepping, met de draaias naar boven).
Als je de hele luchtlaag die in de stijgstroom van een bui kan belanden laat meedoen, kun je de potentiële rotatie in een bui beschrijven als het oppervlak op een hodogram tussen de lijn die deze onstabiele laag beschrijft en de bewegingscoördinaat van de bui. Als voorbeeld: als de onderste 2500 m onstabiel genoeg zijn om nog in een stijgstroom te belanden, dan zou het paarse oppervlak evenredig zijn met de SREH die de voorbeeldbui invangt.
Wat nog meer een rol speelt is het kunstschaatser- of pirhouette-effect. In een stijgstroom vinden versnelde opwaartse luchtverplaatsingen plaats: onderin beweegt de lucht langzamer opwaarts dan op grotere hoogte, waardoor “wervelbuizen” zich gaan strekken en de rotatie zich concentreert op een kleiner oppervlak. Hoe groter de CAPE, hoe groter de opwaartse versnellingen in een stijgstroom en dus hoe sterker dit pirhouette-effect!
Hopelijk legt dit een beetje uit hoe belangrijk SREH is voor de ontwikkeling van supercells!
Groet,
Alwin
A.d.h.v. het berekende windprofiel boven Soesterberg morgenmiddag wil ik graag uitleggen wat SREH -- of ook wel SRH -- (Storm-Relative Environmental Helicity) is, en wat je eraan hebt als het gaat om de ontwikkeling van rotatie in buien.
Allereerst volgt hier het berekende verticale windprofiel voor Soesterberg om 17u morgenmiddag, weergegeven in een zogeheten hodogram:
In een hodogram wordt de windrichting en windsnelheid als een punt in een assenstelsel, een soort windroos, weergegeven. De horizontale as geeft de westcomponent van de wind in m/s weer, de verticale as de zuidcomponent. Een (x,y) punt op de coördinaat (-10,10) betekent dus een zuidoostenwind met een snelheid van ongeveer 14.1 m/s (stelling van Pythagoras).
Een hodogram begint met het tekenen van de grondwind als een punt in het coördinatenstelsel. Vervolgens ga je, vaak met gelijke hoogtestappen, omhoog in de troposfeer, waardoor een spoor van punten in het coördinatenstelsel ontstaat. Verbind je deze punten met elkaar door er een lijn doorheen te tekenen, beginnend met de grondwind, dan wordt het hodogram getekend.
Voor de overzichtelijkheid kun je verschillende luchtlagen met verschillende kleuren aangeven. Zo begint het hodogram hierboven in het rood in de onderste kilometer, met een 10 m-wind van 3.5 m/s vanuit het OZO. In dit geval ga ik met stappen van 250 m omhoog, waarbij ik vanaf 1 km hoogte overga op oranje. Je ziet dat de wind vanaf zo’n 1100 m hoogte door de zuid heen gaat en een westcomponent i.p.v. een oostcomponent krijgt. Op 2250 m hoogte is de wind min of meer zuidwestelijk met 17.1 m/s, om precies te zijn coördinaat (12.5, 11.6).
Maar dan komt de toepassing van het hodogram! Stel dat je met de wind op 1250 m hoogte mee zou waaien, coördinaat (2.5, 11.1). Je kunt in gedachten de oorsprong, het nulpunt, van het coördinatenstelsel verplaatsen naar het punt op 1250 m hoogte. T.o.v. 1250 m hoogte is de coördinaat van de wind op 2250 m hoogte niet (12.5, 11.6) maar (12.5-2.5, 11.6-11.1) = (10.0, 0.5). M.a.w., vanuit jouw perspectief op 1250 m hoogte staat er op 2250 m hoogte geen zuidwestenwind met 17.1 m/s maar een westenwind met (een fractie meer dan) 10.0 m/s!
Wat gebeurt er nu als je op 1750 m hoogte met de wind meewaait, coördinaat (7.9, 12.2)? Vanuit jouw gezichtspunt staat er 500 m onder je, op 1250 m hoogte, min of meer een oostenwind met 5.6 m/s. Wiskundig gezien: (2.5-7.9, 11.1-12.2)=(-5.4,-1.1). Teken vanuit het punt op 1750 m maar een windpijltje en naar het punt op 1250 m en je ziet het meteen.
Zo’n 500 m boven je lijkt er min of meer een westenwind te staan met (een fractie meer dan) 4.6 m/s. De wiskunde: (12.5-7.9, 11.6-12.2)=(4.6,-0.6).
Nu vraag ik nog iets meer voorstellingsvermogen. Stel dat je nog steeds met de wind op 1750 m hoogte meewaait, maar dat je nu de as van een ENORM schoepenrad vasthoudt. Als je de draaias naar het noorden laat wijzen en zelf ook in die richting kijkt …nog altijd meebewegend op de wind op 1750 m hoogte… waait de wind boven je dus naar rechts (min of meer westenwind t.o.v. jou) en onder je naar links (min of meer oostenwind t.o.v. jou). Het schoepenrad draait rechtsom! De optimale richting om de as van je schoepenrad heen te wijzen is in een hodogram altijd loodrecht op de getrokken lijn. Op 750 m is dat bijvoorbeeld richting het noordwesten (of richting het zuidoosten, zodat het schoepenrad vanuit jouw gezichtspunt linksom i.p.v. rechtsom draait).
Hoe kan een bui nu deze rotatie invangen? Nou, stel dat je een bui hebt die pal naar het oosten beweegt met 7.9 m/s, coördinaat (7.9, 0.0) in je assenstelsel. Niet geheel toevallig beweegt de bui met precies de westcomponent waarmee jij en je schoepenrad zich op 1750 m hoogte met de wind voortbewegen. In hodogram geef ik hem weer met een druppel:
De bui uit dit gedachtenexperiment ziet jou en je schoepenrad aankomen. Letterlijk, en pal vanuit het zuiden, met een snelheid van 12.2 m/s, jouw zuidcomponent! Jij ziet de bui ook op je afkomen met 12.2 m/s, maar dan vanuit het noorden. Je schoepenrad draait rechtsom en de as ervan wijst recht in de richting van de naderende bui. Nu ga ik nog iets verder: jij en je schoepenrad worden door de stijgstroom van de bui onderschept! Voordat je het weet buigt je horizontale beweging opwaarts om. Je schoepenrad blijft gewoon rechtsom draaien en de as ervan wijst, eenmaal in de stijgstroom, uiteindelijk recht naar boven. Van bovenaf gezien ziet het er juist uit als een rotatie linksom, een cyclonale rotatie. Dit is het typische beeld van een rightmover, bij een leftmover ontstaat er juist anticyclonale rotatie. Hoe dit een bui versterkt kun je begrijpen door te bedenken dat de lucht op enige hoogte vanwege de toenemende rotatie steeds meer uit de roterende luchtkolom geslingerd wordt, waardoor er op hoogte een tekort aan lucht, een lagedrukgebiedje (mesolaag) ontstaat. Dit versterkt dus de stijgstroom in de bui, want het tekort aan lucht op hoogte geeft de stijgstroom een extra impuls.
Nu zijn er twee dingen belangrijk als het om de ontwikkeling van rotatie in buien gaat. Ten eerste in hoeverre de wind verandert met de hoogte, de windschering dus. Dit bepaalt hoe hard je denkbeeldige schoepenrad ronddraait. Maar even belangrijk daarbij is de snelheid van de bui t.o.v. de lucht die hij invangt. Eigenlijk (en dat kun je je denk ik wel voorstellen) gaat het daarbij enkel om de relatieve bewegingscomponent in lijn met de rotatieas van je denkbeeldige schoepenrad. Stel bijv. dat je, met schoepenrad en al, op 1750 m hoogte vanuit het oosten of westen een stijgstroom zou naderen. De rotatieas van je schoepenrad zou ook in de stijgstroom gewoon naar het noorden blijven wijzen, en niet omhoog (of omlaag) kantelen!
Het gaat dus puur om de relatieve snelheidscomponent van de bui loodrecht op de getrokken lijn in het hodogram! Hoe groter deze component is, hoe effectiever de rotatie in het verticale vlak (jij en je schoepenrad voor de onderschepping, met de draaias naar het noorden) kan worden omgebogen door rotatie in het horizontale vlak (jij en je schoepenrad na de onderschepping, met de draaias naar boven).
Als je de hele luchtlaag die in de stijgstroom van een bui kan belanden laat meedoen, kun je de potentiële rotatie in een bui beschrijven als het oppervlak op een hodogram tussen de lijn die deze onstabiele laag beschrijft en de bewegingscoördinaat van de bui. Als voorbeeld: als de onderste 2500 m onstabiel genoeg zijn om nog in een stijgstroom te belanden, dan zou het paarse oppervlak evenredig zijn met de SREH die de voorbeeldbui invangt.
Wat nog meer een rol speelt is het kunstschaatser- of pirhouette-effect. In een stijgstroom vinden versnelde opwaartse luchtverplaatsingen plaats: onderin beweegt de lucht langzamer opwaarts dan op grotere hoogte, waardoor “wervelbuizen” zich gaan strekken en de rotatie zich concentreert op een kleiner oppervlak. Hoe groter de CAPE, hoe groter de opwaartse versnellingen in een stijgstroom en dus hoe sterker dit pirhouette-effect!
Hopelijk legt dit een beetje uit hoe belangrijk SREH is voor de ontwikkeling van supercells!
Groet,
Alwin
Bericht laatst bijgewerkt: 20-07-2009 21:31
