Supercells zijn de zwaarste type buien die er bestaan. Ze vormen in een atmosfeer die vaak flink onstabiel is en waarin de wind met hoogte ruimt en in snelheid toeneemt. Deze combinatie zorgt ervoor dat de stijgstroom van een onweersbui kan gaan roteren om de verticale as (de vorming van een z.g. mesocycloon) die zich, in het ultieme geval, naar het aardoppervlak toe uitstrekt en versmalt en aldaar voor een tornado zorgt. Hoewel het nog volkomen onduidelijk is waarom sommige mesocyclonen wel en anderen weer geen tornado produceren (m.a.w. waarom de vortex van sommige mesocyclonen zich niet versmalt richting het aardoppervlak), is er al wel veel bekend over de vorming van mesocyclonen in onweersbuien en de atmosferische condities daarbij.
Even een technisch uitstapje: uit meerdere onderzoeken (o.a. Groenemeijer (2003), Rasmussen et. al. (1998) en Davies-Jones et. al. (2001)) blijkt dat de opwaartse beweging in mesocyclonen sterk in verband staat met positieve verticale vorticiteit die zich vormt bij bepaalde verticale windprofielen. Dit is schematisch weergegeven in figuur 2. Daar waar er sprake is van verticale windschering, worden horizontaal georiënteerde vortexlijnen overgeheld door de stijgstroom. In combinatie met een toename van verticale vorticiteit door uitrekking van de vortex, worden er twee vortices gevormd aan de flanken van de onweersbui. De mate van opname van horizontale vorticiteit in de stijgstroom van een onweersbui kan gekwantificeerd worden door de storm-relatieve heliciteit (SRH).
Eveneens uit onderzoek is gebleken dat de meeste supercells die tornado's produceren voorkomen in een atmosfeer die a) behoorlijk onstabiel is, b) een bepaalde hoeveelheid windschering bevat (zowel directioneel als snelheid) en c) een zekere hoeveelheid storm-relatieve heliciteit bevat (gedeeltelijk een gevolg van b). Als ruwe richtlijn kan men in west Europa stellen dat supercells een mogelijke vorm van convectie worden als de deep-layer windschering (de windschering tot 6 kilometer hoogte) tenminste zo'n 15 tot 20 m/s bedraagt. De low-level windschering (windschering tot 1 of 3 kilometer hoogte) is doorgaans minstens 12-14 m/s en de storm-relatieve heliciteit bedraagt vaak zeker 150 tot 200 m²/s².
Dan nu een praktijkvoorbeeld van een situatie die supercells en tornado's heeft opgeleverd in de Benelux: 27 juli 2005. In de dagen ervoor hadden al meerdere supercells de Lage Landen aangedaan, waarvan de 25ste de drukste dag was. Er kan zelfs wel enigszins gesproken van een ware uitbraak van supercells in het noordwestelijk Europese continent. Wat gelijk opvalt aan het thermodynamisch diagram van De Bilt op de middag van de 27ste is de hoeveelheid wind hogerop in de atmosfeer. Terwijl het aan de grond vrijwel windstil was, stond er op 3 kilometer hoogte al 15 m/s wind, op 6 kilometer dik 18 m/s en op 12 kilometer zelfs 49 m/s. Wat verder opvalt is de sterke ruiming van de wind in de onderste kilometer: aan de grond komt de wind pal uit het zuidoosten, terwijl 700 meter hoog de wind uit het zuidwesten komt. Hogerop wordt de wind zelfs soms meer west-zuidwest. Deze sterke ruiming van de wind in combinatie met de sterke toename in windsnelheid zorgde ervoor dat de atmosfeer een grote hoeveelheid heliciteit (zeg voor het gemak maar het rotatievermogen) bevatte voor onweersbuien. Uit het thermodynamisch profiel in figuur 1 blijkt tevens dat, als je even gebruik maakt van de T en Td op grondniveau uit waarnemingen, de atmosfeer behoorlijk latent onstabiel was en veel potentiële energie bevatte die door buien benut zou kunnen worden.
Dit gebeurde ook later in de middag: diverse stevige onweersbuien ontstonden waarvan meerdere (kortstondig) tot supercells uitgroeiden. Zelf was ik samen met Bernard Hulshof aan het begin van die avond getuige van een supercell die rakelings langs Soest trok. De supercell had een duidelijke lage basis die rotatie vertoonde. Toen de bui verder trok werd een prachtige overhellende stijgstroom zichtbaar die lichtjes de vorm van een kurkentrekker vertoonde (dit als gevolg van de rotatie in de stijgstroom). Figuur 3 is een foto van deze vrij uitzonderlijke blik op een roterende, overhellende stijgstroom bij een supercell.
Figuur 1: thermodynamisch diagram van 27 juli 2005, 12Z te De Bilt.
Figuur 2: de vorming van verticale vorticiteit in een stijgstroom in een 'sheared' stroming. v is de low-level wind vector, c de storm bewegingsvector en omega de vorticiteit vector. Gebaseerd op een figuur van Davies-Jones (1984), overgenomen uit de Estofex guide Forecasting severe convective storms.
Figuur 3: foto van overhellende, roterende stijgstroom bij een supercell nabij Soest. Foto door Bernard Hulshof, www.weatherpictures.nl .
Even een technisch uitstapje: uit meerdere onderzoeken (o.a. Groenemeijer (2003), Rasmussen et. al. (1998) en Davies-Jones et. al. (2001)) blijkt dat de opwaartse beweging in mesocyclonen sterk in verband staat met positieve verticale vorticiteit die zich vormt bij bepaalde verticale windprofielen. Dit is schematisch weergegeven in figuur 2. Daar waar er sprake is van verticale windschering, worden horizontaal georiënteerde vortexlijnen overgeheld door de stijgstroom. In combinatie met een toename van verticale vorticiteit door uitrekking van de vortex, worden er twee vortices gevormd aan de flanken van de onweersbui. De mate van opname van horizontale vorticiteit in de stijgstroom van een onweersbui kan gekwantificeerd worden door de storm-relatieve heliciteit (SRH).
Eveneens uit onderzoek is gebleken dat de meeste supercells die tornado's produceren voorkomen in een atmosfeer die a) behoorlijk onstabiel is, b) een bepaalde hoeveelheid windschering bevat (zowel directioneel als snelheid) en c) een zekere hoeveelheid storm-relatieve heliciteit bevat (gedeeltelijk een gevolg van b). Als ruwe richtlijn kan men in west Europa stellen dat supercells een mogelijke vorm van convectie worden als de deep-layer windschering (de windschering tot 6 kilometer hoogte) tenminste zo'n 15 tot 20 m/s bedraagt. De low-level windschering (windschering tot 1 of 3 kilometer hoogte) is doorgaans minstens 12-14 m/s en de storm-relatieve heliciteit bedraagt vaak zeker 150 tot 200 m²/s².
Dan nu een praktijkvoorbeeld van een situatie die supercells en tornado's heeft opgeleverd in de Benelux: 27 juli 2005. In de dagen ervoor hadden al meerdere supercells de Lage Landen aangedaan, waarvan de 25ste de drukste dag was. Er kan zelfs wel enigszins gesproken van een ware uitbraak van supercells in het noordwestelijk Europese continent. Wat gelijk opvalt aan het thermodynamisch diagram van De Bilt op de middag van de 27ste is de hoeveelheid wind hogerop in de atmosfeer. Terwijl het aan de grond vrijwel windstil was, stond er op 3 kilometer hoogte al 15 m/s wind, op 6 kilometer dik 18 m/s en op 12 kilometer zelfs 49 m/s. Wat verder opvalt is de sterke ruiming van de wind in de onderste kilometer: aan de grond komt de wind pal uit het zuidoosten, terwijl 700 meter hoog de wind uit het zuidwesten komt. Hogerop wordt de wind zelfs soms meer west-zuidwest. Deze sterke ruiming van de wind in combinatie met de sterke toename in windsnelheid zorgde ervoor dat de atmosfeer een grote hoeveelheid heliciteit (zeg voor het gemak maar het rotatievermogen) bevatte voor onweersbuien. Uit het thermodynamisch profiel in figuur 1 blijkt tevens dat, als je even gebruik maakt van de T en Td op grondniveau uit waarnemingen, de atmosfeer behoorlijk latent onstabiel was en veel potentiële energie bevatte die door buien benut zou kunnen worden.
Dit gebeurde ook later in de middag: diverse stevige onweersbuien ontstonden waarvan meerdere (kortstondig) tot supercells uitgroeiden. Zelf was ik samen met Bernard Hulshof aan het begin van die avond getuige van een supercell die rakelings langs Soest trok. De supercell had een duidelijke lage basis die rotatie vertoonde. Toen de bui verder trok werd een prachtige overhellende stijgstroom zichtbaar die lichtjes de vorm van een kurkentrekker vertoonde (dit als gevolg van de rotatie in de stijgstroom). Figuur 3 is een foto van deze vrij uitzonderlijke blik op een roterende, overhellende stijgstroom bij een supercell.
Figuur 1: thermodynamisch diagram van 27 juli 2005, 12Z te De Bilt.
Figuur 2: de vorming van verticale vorticiteit in een stijgstroom in een 'sheared' stroming. v is de low-level wind vector, c de storm bewegingsvector en omega de vorticiteit vector. Gebaseerd op een figuur van Davies-Jones (1984), overgenomen uit de Estofex guide Forecasting severe convective storms.
Figuur 3: foto van overhellende, roterende stijgstroom bij een supercell nabij Soest. Foto door Bernard Hulshof, www.weatherpictures.nl .
Bericht laatst bijgewerkt: 16-02-2006 20:44
