Elke onweersbui heeft in de basis een drietal ingrediënten nodig:
- onstabiliteit
- optilling
- windschering
Hieronder worden de drie punten kort nader beschreven.
Onstabiliteit
De onstabiliteit is nodig om een kolom van stijgende luchtdeeltjes (stijgstroom) te krijgen die het hart van de bui vormt. De reden waarom in onstabiele lucht luchtdeeltjes vanzelf verder omhoog gaan, is omdat ze een adiabatisch proces ondergaan. Een uitgebreide verklaring vind je hier. Als het profiel van de atmosfeer al een onstabiel karakter heeft, is er sprake van latente onstabiliteit. Als het profiel eerst een verandering moet ondergaan, meestal verzadiging, om onstabiel te worden dan is er sprake van conditionele (potentiële) onstabiliteit.
Optilling
Optilling is in eerste instantie nodig om de luchtdeeltjes vanaf een stabiel gedeelte in de atmosfeer omhoog te 'tillen' naar het niveau waarop de deeltjes door adiabatische processen vanzelf verder omhoog gaan en de stijgstroom van de bui vormen. Daar waar de luchtdeeltjes gedurende hun opstijging het condensatiepunt bereiken, begint het zichtbare deel van de bui. De stijgstroom en z.g. instroom ("inflow") van een bui bevindt zich echter vaak dicht bij het aardoppervlak en strekt zich soms vele kilometers rondom een bui uit (m.a.w. een bui onttrekt warmte en vocht van een groot gebied). In een later stadium zorgt optilling deels voor het in leven houden van de bui voor continue aanvoer van warme, vochtige lucht, terwijl de stijgende luchtbewegingen bij een goede bui voor convergentie aan het aardoppervlak zorgen waardoor de bui ook zichzelf in stand kan houden. Optilling kan ook veroorzaakt worden door pure warmte (thermiek), convergentie van lucht langs een front of door opglijding langs een frontvlak of orografie (heuvels en bergen).
Windschering
Tot slot zorgt windschering voor de nodige dynamiek in de atmosfeer én in een bui. Een van de belangrijkste redenen waarom onweersbuien uitsterven is omdat de neerslag die de bui produceert uiteindelijk op de grond en in de warme stijgstroom terechtkomt, waardoor deze afkoelt en uiteindelijk de aanvoer van verse, warme lucht stopt. Een effectieve manier om te 'voorkomen' dat de neerslag van de stijgstroom vandaan blijft, is door de stijg- en daalstroom van elkaar te scheiden als het ware. Dit gebeurt als er sprake is van genoeg windschering (in de context van dit verhaal is de windschering de toename van windsnelheid met hoogte danwel ruiming van windrichting met hoogte of een combinatie van beide)
Multicell onweersbuien
Onweersbuien komen in vele varianten. Sommige buien zijn geïsoleerd en ontstaan puur door een combinatie van onstabiliteit en door warmte opstijgende luchtdeeltjes die vervolgens vanaf een bepaalde hoogte condenseren, sneller opstijgen en zodanig een bui vormen. Dit zijn de zogenaamde warmteonweders, ze komen in de zomer nog wel eens voor na een zeer warme dag als de atmosfeer potentiëel onstabiel is geworden en er genoeg vocht voorhanden is om de opstijgende luchtdeeltjes te laten condenseren en een bui te doen vormen.
In een atmosfeer met weinig wind zijn dergelijke buien vaak singecell buien, dat wil zeggen dat de buien maar één stijg- en daalstroom heeft (een combinatie van stijg- en daalstroom wordt een 'cell' genoemd). Vaak leven die buien niet lang en vaak zijn ze niet zo actief. Echter als de lucht zéér onstabiel is, kan zo'n bui wel even flink uitpakken en zelfs zware hagelval en windstoten geven. Zo'n bui wordt soms een pulse storm genoemd.
De meeste onweersbuien zijn echter multicells: dit zijn buien die bestaan uit meerdere cells (stijg- en daalstromen), vaak tenminste 2 tot 4 maar soms nog veel meer. Deze onweersbuien kunnen veel langer blijven leven omdat ze a) meerdere voedingsbronnen hebben en b) ze voornamelijk ontstaan in een atmosfeer die al redelijk (potentiëel) onstabiel is en vaak windschering heeft, waardoor onweersbuien langer kunnen overleven (zie stukje windschering hierboven).
In figuur 1 is een thermodynamisch profiel, een z.g. Skew-T diagram, afgebeeld van een onweersituatie die op uitgebreide schaal onweersbuien van het type multicell opleverde. Omdat de buien voornamelijk getriggerd werden door convergentie bij een koufront, waren de buien in eerste lineair geclusterd (lijnvorming). Achter het front kwamen nog meer buien voor die ook door lokale convergentie en z.g. outflow boundaries (begrenzingen van de uitstroom van oude buien) enige mate van lineaire clustervorming vertoonden. De buien in Duitsland waren meer het gevolg van lokale convergentielijnen en opwarming.
Wat opvalt aan het profiel in figuur 1 is de omvang en verticale verdeling van de potentiële onstabiliteit. Als we het pad van een opstijgend luchtdeeltje met eigenschappen van de onderste 50 hPa bekijken, zie figuur 2, dan zien we aan de hand van het groene gebied (het voor convectie aan potentiële energie beschikbare gebied) dat de lucht potentieël onstabiel is van 750 hPa tot 180 hPa (13 kilometer). Het opgestegen luchtpakketje zal echter al condenseren rond 900 hPa, op de plek waar de twee schuine blauw lijnen bij elkaar komen. Dit profiel vertoont echter nog wel een ander verschijnsel: een 'kap', aangegeven door het rode gebied in figuur 2 (het convectief inhibatie gebied). Des te groter de kap, des te groter de kans dat opstijgende luchtdeeltjes niet tot het niveau van vrije convectie komen (dat is het punt waarop het rode gebied eindigt en het groene gebied, in figuur 2 op 750 hPa).
Tenslotte in figuur 3 zie je de radarloop van deze dag. Het resultaat mocht er zijn
.
Figuur 1: thermodynamisch profiel van De Bilt, 18 juni 2002.
Figuur 2: hetzelfde profiel maar nu met CAPE en CIN aangegeven in resp. groen en rood.
Figuur 3: radaranimatie
- onstabiliteit
- optilling
- windschering
Hieronder worden de drie punten kort nader beschreven.
Onstabiliteit
De onstabiliteit is nodig om een kolom van stijgende luchtdeeltjes (stijgstroom) te krijgen die het hart van de bui vormt. De reden waarom in onstabiele lucht luchtdeeltjes vanzelf verder omhoog gaan, is omdat ze een adiabatisch proces ondergaan. Een uitgebreide verklaring vind je hier. Als het profiel van de atmosfeer al een onstabiel karakter heeft, is er sprake van latente onstabiliteit. Als het profiel eerst een verandering moet ondergaan, meestal verzadiging, om onstabiel te worden dan is er sprake van conditionele (potentiële) onstabiliteit.
Optilling
Optilling is in eerste instantie nodig om de luchtdeeltjes vanaf een stabiel gedeelte in de atmosfeer omhoog te 'tillen' naar het niveau waarop de deeltjes door adiabatische processen vanzelf verder omhoog gaan en de stijgstroom van de bui vormen. Daar waar de luchtdeeltjes gedurende hun opstijging het condensatiepunt bereiken, begint het zichtbare deel van de bui. De stijgstroom en z.g. instroom ("inflow") van een bui bevindt zich echter vaak dicht bij het aardoppervlak en strekt zich soms vele kilometers rondom een bui uit (m.a.w. een bui onttrekt warmte en vocht van een groot gebied). In een later stadium zorgt optilling deels voor het in leven houden van de bui voor continue aanvoer van warme, vochtige lucht, terwijl de stijgende luchtbewegingen bij een goede bui voor convergentie aan het aardoppervlak zorgen waardoor de bui ook zichzelf in stand kan houden. Optilling kan ook veroorzaakt worden door pure warmte (thermiek), convergentie van lucht langs een front of door opglijding langs een frontvlak of orografie (heuvels en bergen).
Windschering
Tot slot zorgt windschering voor de nodige dynamiek in de atmosfeer én in een bui. Een van de belangrijkste redenen waarom onweersbuien uitsterven is omdat de neerslag die de bui produceert uiteindelijk op de grond en in de warme stijgstroom terechtkomt, waardoor deze afkoelt en uiteindelijk de aanvoer van verse, warme lucht stopt. Een effectieve manier om te 'voorkomen' dat de neerslag van de stijgstroom vandaan blijft, is door de stijg- en daalstroom van elkaar te scheiden als het ware. Dit gebeurt als er sprake is van genoeg windschering (in de context van dit verhaal is de windschering de toename van windsnelheid met hoogte danwel ruiming van windrichting met hoogte of een combinatie van beide)
Multicell onweersbuien
Onweersbuien komen in vele varianten. Sommige buien zijn geïsoleerd en ontstaan puur door een combinatie van onstabiliteit en door warmte opstijgende luchtdeeltjes die vervolgens vanaf een bepaalde hoogte condenseren, sneller opstijgen en zodanig een bui vormen. Dit zijn de zogenaamde warmteonweders, ze komen in de zomer nog wel eens voor na een zeer warme dag als de atmosfeer potentiëel onstabiel is geworden en er genoeg vocht voorhanden is om de opstijgende luchtdeeltjes te laten condenseren en een bui te doen vormen.
In een atmosfeer met weinig wind zijn dergelijke buien vaak singecell buien, dat wil zeggen dat de buien maar één stijg- en daalstroom heeft (een combinatie van stijg- en daalstroom wordt een 'cell' genoemd). Vaak leven die buien niet lang en vaak zijn ze niet zo actief. Echter als de lucht zéér onstabiel is, kan zo'n bui wel even flink uitpakken en zelfs zware hagelval en windstoten geven. Zo'n bui wordt soms een pulse storm genoemd.
De meeste onweersbuien zijn echter multicells: dit zijn buien die bestaan uit meerdere cells (stijg- en daalstromen), vaak tenminste 2 tot 4 maar soms nog veel meer. Deze onweersbuien kunnen veel langer blijven leven omdat ze a) meerdere voedingsbronnen hebben en b) ze voornamelijk ontstaan in een atmosfeer die al redelijk (potentiëel) onstabiel is en vaak windschering heeft, waardoor onweersbuien langer kunnen overleven (zie stukje windschering hierboven).
In figuur 1 is een thermodynamisch profiel, een z.g. Skew-T diagram, afgebeeld van een onweersituatie die op uitgebreide schaal onweersbuien van het type multicell opleverde. Omdat de buien voornamelijk getriggerd werden door convergentie bij een koufront, waren de buien in eerste lineair geclusterd (lijnvorming). Achter het front kwamen nog meer buien voor die ook door lokale convergentie en z.g. outflow boundaries (begrenzingen van de uitstroom van oude buien) enige mate van lineaire clustervorming vertoonden. De buien in Duitsland waren meer het gevolg van lokale convergentielijnen en opwarming.
Wat opvalt aan het profiel in figuur 1 is de omvang en verticale verdeling van de potentiële onstabiliteit. Als we het pad van een opstijgend luchtdeeltje met eigenschappen van de onderste 50 hPa bekijken, zie figuur 2, dan zien we aan de hand van het groene gebied (het voor convectie aan potentiële energie beschikbare gebied) dat de lucht potentieël onstabiel is van 750 hPa tot 180 hPa (13 kilometer). Het opgestegen luchtpakketje zal echter al condenseren rond 900 hPa, op de plek waar de twee schuine blauw lijnen bij elkaar komen. Dit profiel vertoont echter nog wel een ander verschijnsel: een 'kap', aangegeven door het rode gebied in figuur 2 (het convectief inhibatie gebied). Des te groter de kap, des te groter de kans dat opstijgende luchtdeeltjes niet tot het niveau van vrije convectie komen (dat is het punt waarop het rode gebied eindigt en het groene gebied, in figuur 2 op 750 hPa).
Tenslotte in figuur 3 zie je de radarloop van deze dag. Het resultaat mocht er zijn
.Figuur 1: thermodynamisch profiel van De Bilt, 18 juni 2002.
Figuur 2: hetzelfde profiel maar nu met CAPE en CIN aangegeven in resp. groen en rood.
Figuur 3: radaranimatie
Bericht laatst bijgewerkt: 16-02-2006 10:32