STRALINGSMIST
Stralingsmist kan voorkomen op elk moment in het jaar, maar is het meest frequent in de herfst en de vroege wintermaanden wanneer de lucht nog relatief warm (en vochtig) is terwijl de nachten lang zijn.
Formatie van stralingsmist
Stralingsmist vormt zich wanneer het koelen van de grond door uitstraling de lucht vlak erboven doet verzadigen. De essentiële vereisten om dit te laten gebeuren zijn een heldere hemel, een zwakke grondwind en vochtige lucht. Sommige gebieden zijn meer mistgevoelig dan anderen dankzij lokale factoren – riviervalleien, moerassen en gebieden met drainage van koude lucht. Een opsomming van de gunstige factoren voor stralingsmist vind je hieronder:
1. Heldere hemel of hele dunne, hoge bewolking
2. Vochtige lucht in de onderste 100m van de atmosfeer
3. Vochtige grond (bijvoorbeeld na regenval of nabij moerassen)
4. Zwakke grondwind maar niet geheel windstil
5. Gunstige lokale topografie ofwel drainage van koude lucht
Tijdens de formatie van stralingsmist worden er drie stadia gepasseerd:
a) Afkoeling door uitstraling en dauwafzet
b) Initiële formatie
c) Ontwikkeling van volgroeide mist
d) Afbraak van stralingsmist
We zullen de vier stadia nu doorlopen.
Afkoeling door uitstraling en dauwafzet
Tijdens een typische stralingsnacht zorgt het ontbreken van bewolking voor een sterke afkoeling door uitstraling aan de grond, waardoor eveneens de lucht in direct contact met de grond wordt afgekoeld. In het begin van de nacht gaat het afkoelen op de grond (op twee meter) erg snel, ondanks de opwaartse warmteflux (NB: flux is dichtheid van een stroom) van de relatief warme grond. Als er dan een zwakke grondwind aanwezig is (minder dan ongeveer 7 knopen) dan zal deze snelle afkoeling snel een temperatuurinversie doen ontstaan in de onderste niveaus van de atmosfeer.
Zodra de temperatuur aan de grond het dauwpunt bereikt van de lucht, zal er dauwafzet optreden op de grond. Dit heeft twee effecten:
1. De lucht in contact met de grond wordt droger
2. De afkoeling van de temperatuur wordt vertraagd door de vrijkomst van latente warmte
Het voortzetten van het proces van dauwafzet is afhankelijk van de hoeveelheid turbulentie in de onderste lagen van de atmosfeer: als er genoeg turbulentie is dan wordt er verse, vochtige lucht aangevoerd die in contact komt met de grond waardoor de dauwafzet doorgaat. Omdat het proces zorgt voor een afname van de absolute hoeveelheid vocht in de atmosfeer, (met als gevolg zakkende dauwpunten) en de lucht dus verder moet afkoelen voor dat er zich mist kan vormen, moet er een aanvoer zijn van vochtige lucht om het proces even snel te doen verlopen.
Het onderstaande, ter illustratie van de staat van de atmosfeer, vat het bovenstaande samen in dit stadium van de vorming van stralingsmist.
- Hemel zichtbaar
- Zwakke wind
- Snelle afkoeling van de temperatuur als gevolg van een grotere opwaartse warmteflux vanaf de grond dan de netto stralingskoeling
- Dauwafzet
- Turbulentie zorgt voor verdere condensatie in de vorm van dauw in de plaats van mist
De grafiek (figuur 1, zie onderaan) geeft de stralingsbalans en temperatuurprofiel weer tijdens het stadium van dauwafzet. De solide lijn T representeert de drogebol temperatuur, de gestippelde Td lijn de dauwpunt temperatuur.
Initiële vorming
Of er zich wel of niet stralingsmist vormt is afhankelijk van een complexe en vaak delicate balans van factoren: principieel gezien het opwaarts uitspreiden van de stralingskou door turbulentie, en het opdrogen en opwarmen (of gereduceerde afkoeling) van de laag-bij-de-grondse lagen als gevolg van dauwafzet.
Uit observaties in het verleden is gebleken dat de eerste mist zich vaak begint te vormen als zich een tijdelijke luwte in de wind voordoet van rond de 1 knopen of zelfs windstil. Dit heeft het effect dat de turbulentie wegvalt met als gevolg dat het tempo van de dauwafzet wordt afgeremd. Met verder geen enkele significante luchtbeweging, zorgt verdere stralingsafkoeling voor het superverzadigd raken van de onderste luchtlaag in de vorm van een dunne, ondiepe laag van vocht op een hoogte van ruwweg 20 centimeter boven de grond. Samenvattend:
- Hemel zichtbaar
- Afkoeling gaat door omdat de netto opwaartse straling de warmteflux van de grond nog altijd overschrijd
- 2m wind is lager dan 1 knoop
- Turbulentie neemt af
- Ondiepe mist ontstaat
De grafiek geeft de stralingsbalans en temperatuurprofiel weer tijdens het stadium van het stadium van initiële formatie. NB. er is nog steeds stralingskoeling gaande vanaf de grond maar óók vanaf de bovenkant van de mist
Ontwikkeling van volgroeide mist
We onderscheiden twee subfasen in de ontwikkeling van volgroeide (“volwassen”) mist.
Hemel zichtbaar
Als de mist nog relatief dun is, en de hemel is erdoor zichtbaar, dan gaat de stralingskoeling nog steeds door vanaf de grond en de inversiebasis bevind zich dicht bij het aardoppervlakte. Naar gelang de temperatuur verder daalt wordt de mist dieper (breidt zich uit in de hoogte). De opwaartse warmteflux vanaf de grond neemt af met de tijd maar kan nog genoeg zijn om de afkoeling te doen stagneren. Onderstaande vat dit samen.
- Hemel is zichtbaar
- Zwakke wind
- Mist verandert de stralingsbalans en beperkt afkoeling
- Opwaartse warmteflux vanaf de grond afnemend maar nog altijd significant
- Bovenkant mistveld stijgt langzaam (diepte van de mist wordt groter)
De grafiek geeft de stralingsbalans en temperatuurprofiel weer tijdens het stadium van het stadium van initiële formatie. NB. er is minder sprake van stralingskoeling vanaf de grond maar meer vanaf de bovenkant van de mist
Hemel bedekt
Na enkele uren kan de mist diep genoeg zijn om de hemel te bedekken. Dit gebeurt meestal bij een diepte tussen de 20 en 50 meter afhankelijk van de concentratie van waterdruppeltjes. Zodra deze fase is bereikt treed er een grote verandering op in de stralingsbalans. De bovenkant van de mist wordt het stralingsoppervlakte en de stralingskoeling vanaf de grond stopt. Hierdoor kan de temperatuur aan de grond weer gaan oplopen als de opwaartse warmteflux vanaf de grond groot genoeg is. Het resultaat van deze opwarming aan de grond en afkoeling boven de mist zorgt ervoor dat, als gevolg van een lichte vorm van convectie, de mist gaat stijgen. Tegelijk hiermee krijgt de mist nog altijd meer diepte. Ongeveer twee á drie uur nadat deze fase is ingetreden kan de inversie een hoogte van 70 tot 230m hebben bereikt, met de bovenkant van de mist ongeveer 25m boven de inversie.
Afbraak van stralingsmist
De afbreek van stralingsmist kan op verschillende manieren gebeuren:
1. Advectie van drogere lucht
2. Het opkomen van de zon, waardoor er meer turbulentie komt en de stralingsbalans veranderd
3. Toename van wind en dus turbulentie
De factoren twee en drie zijn de meest voorkomende in Nederland bij stralingsmist in de herfst en winter.
Bronnen: KNMI, dictaat Synoptische Meteorologie van Ab Maas, dictaat van Met Office College ( Initial Forecasting Course Notes, hoofdstuk “Fog”)
Figuur 1: afkoeling door uitstraling en dauwafzet
Figuur 2: initiële vorming van stralingsmist
Figuur 3: ontwikkeling van volgroeide mist bij zichtbare hemel
Stralingsmist kan voorkomen op elk moment in het jaar, maar is het meest frequent in de herfst en de vroege wintermaanden wanneer de lucht nog relatief warm (en vochtig) is terwijl de nachten lang zijn.
Formatie van stralingsmist
Stralingsmist vormt zich wanneer het koelen van de grond door uitstraling de lucht vlak erboven doet verzadigen. De essentiële vereisten om dit te laten gebeuren zijn een heldere hemel, een zwakke grondwind en vochtige lucht. Sommige gebieden zijn meer mistgevoelig dan anderen dankzij lokale factoren – riviervalleien, moerassen en gebieden met drainage van koude lucht. Een opsomming van de gunstige factoren voor stralingsmist vind je hieronder:
1. Heldere hemel of hele dunne, hoge bewolking
2. Vochtige lucht in de onderste 100m van de atmosfeer
3. Vochtige grond (bijvoorbeeld na regenval of nabij moerassen)
4. Zwakke grondwind maar niet geheel windstil
5. Gunstige lokale topografie ofwel drainage van koude lucht
Tijdens de formatie van stralingsmist worden er drie stadia gepasseerd:
a) Afkoeling door uitstraling en dauwafzet
b) Initiële formatie
c) Ontwikkeling van volgroeide mist
d) Afbraak van stralingsmist
We zullen de vier stadia nu doorlopen.
Afkoeling door uitstraling en dauwafzet
Tijdens een typische stralingsnacht zorgt het ontbreken van bewolking voor een sterke afkoeling door uitstraling aan de grond, waardoor eveneens de lucht in direct contact met de grond wordt afgekoeld. In het begin van de nacht gaat het afkoelen op de grond (op twee meter) erg snel, ondanks de opwaartse warmteflux (NB: flux is dichtheid van een stroom) van de relatief warme grond. Als er dan een zwakke grondwind aanwezig is (minder dan ongeveer 7 knopen) dan zal deze snelle afkoeling snel een temperatuurinversie doen ontstaan in de onderste niveaus van de atmosfeer.
Zodra de temperatuur aan de grond het dauwpunt bereikt van de lucht, zal er dauwafzet optreden op de grond. Dit heeft twee effecten:
1. De lucht in contact met de grond wordt droger
2. De afkoeling van de temperatuur wordt vertraagd door de vrijkomst van latente warmte
Het voortzetten van het proces van dauwafzet is afhankelijk van de hoeveelheid turbulentie in de onderste lagen van de atmosfeer: als er genoeg turbulentie is dan wordt er verse, vochtige lucht aangevoerd die in contact komt met de grond waardoor de dauwafzet doorgaat. Omdat het proces zorgt voor een afname van de absolute hoeveelheid vocht in de atmosfeer, (met als gevolg zakkende dauwpunten) en de lucht dus verder moet afkoelen voor dat er zich mist kan vormen, moet er een aanvoer zijn van vochtige lucht om het proces even snel te doen verlopen.
Het onderstaande, ter illustratie van de staat van de atmosfeer, vat het bovenstaande samen in dit stadium van de vorming van stralingsmist.
- Hemel zichtbaar
- Zwakke wind
- Snelle afkoeling van de temperatuur als gevolg van een grotere opwaartse warmteflux vanaf de grond dan de netto stralingskoeling
- Dauwafzet
- Turbulentie zorgt voor verdere condensatie in de vorm van dauw in de plaats van mist
De grafiek (figuur 1, zie onderaan) geeft de stralingsbalans en temperatuurprofiel weer tijdens het stadium van dauwafzet. De solide lijn T representeert de drogebol temperatuur, de gestippelde Td lijn de dauwpunt temperatuur.
Initiële vorming
Of er zich wel of niet stralingsmist vormt is afhankelijk van een complexe en vaak delicate balans van factoren: principieel gezien het opwaarts uitspreiden van de stralingskou door turbulentie, en het opdrogen en opwarmen (of gereduceerde afkoeling) van de laag-bij-de-grondse lagen als gevolg van dauwafzet.
Uit observaties in het verleden is gebleken dat de eerste mist zich vaak begint te vormen als zich een tijdelijke luwte in de wind voordoet van rond de 1 knopen of zelfs windstil. Dit heeft het effect dat de turbulentie wegvalt met als gevolg dat het tempo van de dauwafzet wordt afgeremd. Met verder geen enkele significante luchtbeweging, zorgt verdere stralingsafkoeling voor het superverzadigd raken van de onderste luchtlaag in de vorm van een dunne, ondiepe laag van vocht op een hoogte van ruwweg 20 centimeter boven de grond. Samenvattend:
- Hemel zichtbaar
- Afkoeling gaat door omdat de netto opwaartse straling de warmteflux van de grond nog altijd overschrijd
- 2m wind is lager dan 1 knoop
- Turbulentie neemt af
- Ondiepe mist ontstaat
De grafiek geeft de stralingsbalans en temperatuurprofiel weer tijdens het stadium van het stadium van initiële formatie. NB. er is nog steeds stralingskoeling gaande vanaf de grond maar óók vanaf de bovenkant van de mist
Ontwikkeling van volgroeide mist
We onderscheiden twee subfasen in de ontwikkeling van volgroeide (“volwassen”) mist.
Hemel zichtbaar
Als de mist nog relatief dun is, en de hemel is erdoor zichtbaar, dan gaat de stralingskoeling nog steeds door vanaf de grond en de inversiebasis bevind zich dicht bij het aardoppervlakte. Naar gelang de temperatuur verder daalt wordt de mist dieper (breidt zich uit in de hoogte). De opwaartse warmteflux vanaf de grond neemt af met de tijd maar kan nog genoeg zijn om de afkoeling te doen stagneren. Onderstaande vat dit samen.
- Hemel is zichtbaar
- Zwakke wind
- Mist verandert de stralingsbalans en beperkt afkoeling
- Opwaartse warmteflux vanaf de grond afnemend maar nog altijd significant
- Bovenkant mistveld stijgt langzaam (diepte van de mist wordt groter)
De grafiek geeft de stralingsbalans en temperatuurprofiel weer tijdens het stadium van het stadium van initiële formatie. NB. er is minder sprake van stralingskoeling vanaf de grond maar meer vanaf de bovenkant van de mist
Hemel bedekt
Na enkele uren kan de mist diep genoeg zijn om de hemel te bedekken. Dit gebeurt meestal bij een diepte tussen de 20 en 50 meter afhankelijk van de concentratie van waterdruppeltjes. Zodra deze fase is bereikt treed er een grote verandering op in de stralingsbalans. De bovenkant van de mist wordt het stralingsoppervlakte en de stralingskoeling vanaf de grond stopt. Hierdoor kan de temperatuur aan de grond weer gaan oplopen als de opwaartse warmteflux vanaf de grond groot genoeg is. Het resultaat van deze opwarming aan de grond en afkoeling boven de mist zorgt ervoor dat, als gevolg van een lichte vorm van convectie, de mist gaat stijgen. Tegelijk hiermee krijgt de mist nog altijd meer diepte. Ongeveer twee á drie uur nadat deze fase is ingetreden kan de inversie een hoogte van 70 tot 230m hebben bereikt, met de bovenkant van de mist ongeveer 25m boven de inversie.
Afbraak van stralingsmist
De afbreek van stralingsmist kan op verschillende manieren gebeuren:
1. Advectie van drogere lucht
2. Het opkomen van de zon, waardoor er meer turbulentie komt en de stralingsbalans veranderd
3. Toename van wind en dus turbulentie
De factoren twee en drie zijn de meest voorkomende in Nederland bij stralingsmist in de herfst en winter.
Bronnen: KNMI, dictaat Synoptische Meteorologie van Ab Maas, dictaat van Met Office College ( Initial Forecasting Course Notes, hoofdstuk “Fog”)
Figuur 1: afkoeling door uitstraling en dauwafzet
Figuur 2: initiële vorming van stralingsmist
Figuur 3: ontwikkeling van volgroeide mist bij zichtbare hemel