Vormen van stabiliteit in KNMI θspk diagram

Bericht van: Ben (Lelystad) , 30-04-2006 16:09 

In de Verenigde Staten is het meest gebruikte diagram om sonderingen te visualiseren het Skew-T diagram. Hierbij staan de temperatuurlijnen onder een vaste hoek van 45° ten opzichte van de drukniveaus. In Nederland wordt echter gebruik gemaakt van het zogenaamde θspk of Bijvoet diagram. Dit diagram is zo geconstrueerd dat de verzadigd-adiabaten rechte lijnen zijn evenwijdig met de y-as. Dit heeft onder andere als voordeel dat de lucht naar zijn herkomst en eigenschappen geclassificeerd kan worden.

Noot: voor meer informatie over het Skew-T diagram en adiabatische processen refereer ik naar deze en deze postings van mij.

Als de verzadigd-adiabaten recht zijn, moeten de droogadiabaten zich noodzakelijkerwijs krommen, maar anders dan in een simpel hoogte-temperatuur diagram. De isothermen zullen naar rechts moeten kantelen. De gestippelde schuine (rechte) lijnen zijn lijnen van gelijke mengverhouding (X) of isohumen, die aangeven hoeveel waterdamp in grammen per kg droge lucht de lucht bij een bepaalde temperatuur en druk kan bevatten (kleine cijfertjes onder de x-as). Langs de y-as is de hoogte lineair uitgezet, als gevolg daarvan is de drukschaal niet lineair. De betekenis van de diverse lijnen is hieronder nog eens illustratief weergegeven.



Nu zal ik de vier meest voorkomende onstabiliteitstypen illusteren met behulp van het KNMI diagramtype. De kleuren van het achterliggende diagram zijn weggelaten om de temperatuur- en dauwpuntprofielen beter naar voren te laten komen. In sommige diagrammen zijn ook het profiel van een vanaf de grond droogadiabatisch opstijgend luchtpakketje dat vervolgens vanaf zijn verzadigingspunt verzadigd-adiabatisch verder opstijgt weergegeven (de z.g. CAPE-lijn).

Absoluut stabiel

Bij een overwegend absoluut stabiele sondering is vaak sprake van algehele verzadiging (omdat dit vaak betekent dat het regent wordt een dergelijk profiel door meteorologen wel een regentemp genoemd). Het temperatuurprofiel loopt bij deze stabiliteitsvorm evenwijdig aan de verzadigd-adiabaten (de opbouw is dan indifferent voor verzadigd-adiabatische processen) of helt naar rechts.

Voorwaardelijk onstabiel

Deze vorm van onstabiliteit is de meest voorkomende. Een behoorlijk deel van het temperatuurprofiel helt links over t.o.v. de verzadigd-adiabaten maar rechts t.o.v. de droog-adiabaten. Dit betekent dat de opbouw voor een droogadiabatisch proces stabiel is maar voor verzadigd-adiabatisch verlopende processen onstabiel, dus voor met waterdamp verzadigde lucht, waarin druppeltjes water voorkomen. Als we een luchtpakketje vanaf de grond droog-adiabatisch laten opstijgen tot zijn verzadigingspunt (ligt rond de 750 meter) en vervolgens verzadigd-adiabatisch verder naar boven valt gelijk op dat het waargenomen temperatuurprofiel zich rechts van de getekende lijn bevindt. Op het punt waar de opstijgingslijn weer het temperatuurprofiel snijdt bevindt zich het equilibriumniveau (niveau van neutrale onstabiliteit) en dat is vaak de hoogte tot waar de meeste buientoppen groeien om vervolgens een aambeeld te vormen. Soms schiet een buientop echter door tot boven dit niveau, dan is er sprake van een 'overshooting top'.

Absoluut onstabiel

Het temperatuurprofiel helt in dit diagram in de onderste 1 à 1,5 kilometer rechts van de droogadiabaten, wat betekent dat de opbouw voor zowel droog-adiabatische als verzadigd-adiabatische processen onstabiel is. Dit wordt absolute onstabiliteit genoemd. Vaak komt absolute onstabiliteit maar over een hele dunne laag voor, alleen in gebieden met extreme instraling en opwarming (bijv. woestijnen) kan de lucht tot ruim een kilometer hoogte absoluut onstabiel van opbouw zijn. Vaak is de lucht dan echter ook erg droog waardoor buienvorming niet voorkomt. Soms echter, als er op enige hoogte wel genoeg vocht voorkomt, ontstaan er buien met een basis op enige hoogte ('elevated' of verhoogd) die dan door de sterke onstabiliteit behoorlijk zwaar kunnen zijn. Een bijkomend gevaar is dat de droge lucht onder de basis voor zware downbursts kan zorgen. De (fysische) werking van een downburst valt echter buiten de strekking van deze posting.

Potentieel onstabiel

Deze lucht is in eerste instantie maar voor een klein gedeelte onstabiel van opbouw (voornamelijk de onderste paar honderd meter in dit geval) en onderin vrij vochtig. Daarboven bevindt zich echter een stabiele doch zeer droge laag. Als nu deze laag passief omhoog gebracht wordt (optilling) kan deze voorwaardelijk of zelfs absoluut onstabiel van opbouw worden.

De oorspronkelijk stabiele luchtlaag zal bij het omhoog gaan eerst in zijn geheel droogadiabatisch afkoelen, maar doordat de laag onderin een grotere vochtigheidsgraad bezit dan bovenin, zal de onderkant eerder het dauwpunt bereiken (de waterdamp condenseert daar dus eerder) en de lucht stijgt dan verder verzadigd-adiabatisch op. De punten van het oorspronkelijke profiel zullen dus onderin bij optilling tot verzadiging minder ver naar links gaan dan meer hoger gelegen punten. Anders gezegd: onderin daalt de temperatuur bij optilling over een groter traject verzadigd-adiabatisch dan bovenin, waar de temperatuurdaling voor het grootste deel droogadiabatisch plaats vindt.

Het resulterende profiel na optilling van de droge luchtlaag zie je hieronder. De lucht is nu voorwaardelijk onstabiel van opbouw tot ruim 9 kilometer, terwijl dit eerst slechts tot 2 kilometer was.


Afsluiting
Ik hoop dat ik met deze uitleg de belangrijkste stabiliteitsvormen heb kunnen illustreren zoals deze op het door het KNMI gebruikte θspk-diagram zichtbaar zullen zijn. Persoonlijk vind ik dit type diagram handiger om mee te werken dan het Skew-T diagram, omdat je in één oogopslag kan zien of een bepaalde luchtlaag voorwaardelijk onstabiel van opbouw is: het waargenomen temperatuurprofiel helt dan naar links over t.o.v. de verticaal staande verzadigd-adiabaten. Wie nog vragen heeft naar aanleiding van deze uitleg, kan ze gerust stellen. Ik zal proberen ze zo duidelijk mogelijk en desnoods met behulp van een illustratie te beantwoorden.

Referenties:
- Actuele 00Z sondering van De Bilt in θspk-diagram
- Inleiding tot de algemene meteorologie, B. Zwart, A. Steenhuisen e.a., KNMI-publicatie 184a
- An introduction to dynamic meteorology, J.R. Holton, p164-173
Bericht laatst bijgewerkt: 30-04-2006 16:21

Vormen van stabiliteit in KNMI θspk diagram   ( 4574)
Ben (Lelystad) ( 13m) -- 30-04-2006 16:09
Interessant en leerzaam 🙂   ( 623)
Daniël (Aalsmeer) ( -4m) -- 30-04-2006 16:30
  Zeer leerrijk! 🙂  
Bart (O.-L.-V.-Waver) -- 30-04-2006 17:11
Ziet er heel interessant uit Ben! Ik heb nu   ( 607)
Bas C. (Oostvoorne) -- 30-04-2006 16:53