Ik had gisteren met iemand een discussie hierover en die persoon stelde mij toen de vraag hoe het kan dat je bij een unidirectioneel windprofiel met snelheidsschering, toch kans kan hebben op splittende supercells. Het antwoord is, kwam ik achter, dat er heliciteit kan ontstaan als de bewegingsvector van de bui sterk afwijkt naar één kant t.o.v. de richtingscomponent van de windvectoren.
Hoi Ben,
Boeiende materie, ik zal even proberen hier kort mijn visie over te geven. Wat de bovenstaande vraag betreft: laten we even uitgaan van toenemende westenwinden met de hoogte. Zowel de wind- als de windscheringsvector is dus overal westelijk, de vorticiteitsvector is dan zuidelijk (wijst naar het noorden). Er is alleen kruisgewijze vorticiteit, want de zuidelijke vorticiteitsvector staat overal loodrecht op de zonale (bui-relatieve) windvector. Rechterhand- of schroevendraaierregel: als je met gestrekte duim en gekromde vingers je hand draait (ofwel: een 'schroef met de schroevendraaier vastdraait') volgens het windprofiel, wijst je duim in de richting van de vorticiteitsvector; test: in een lagedrukgebied op het NH wijst de vorticiteitsvector omhoog.
Komt er nu een stijgstroom op gang in deze omgeving, dan zal de zuidelijke vorticiteitsvector neerwaarts ('anticyclonaal') gaan wijzen aan de noordzijde (linkerzijde) van de stijgstroom en opwaarts ('cyclonaal') aan de zuidzijde (rechterzijde) ervan. Dit als gevolg van wervelkanteling, hieronder weergegeven kijkend naar het westen (stroomopwaarts):
De daalstromen die zich (in een omgeving van eenrichtingsschering) middenin het wervelkoppel zouden vormen, zouden beide wervels uiteendrijven en zo de benodigde stroomsgewijze vorticiteit (bui-relatieve richtingsschering) creëren. Ik ben het dus met je eens, maar miste even de rol van de eenrichtingsschering in de ontstaanswijze van het wervelkoppel in je verhaal. Nu kan een bui zich onder allerlei omstandigheden splitsen vanwege zijn eigen daalstromen (dus ook in niet-roterende helften). Echter, een sterke verticale eenrichtingsschering stimuleert zo'n splitsing vanwege de positieve terugkoppeling van de ontstane stroomsgewijze vorticiteit. Robert Davies-Jones liet in hoofdstuk 3 van zijn artikel "Streamwise Vorticity: The Origin of Updraft Rotation in Supercell Storms" (Journal of the Atmospheric Sciences, 1984, Vol. 41, pag. 2991-3006) (PDF link doet het hopelijk) zien dat de verticale snelheid en verticale vorticiteit in een bui positief gecorreleerd zijn wanneer er bui-relatieve stroomsgewijze vorticiteit aanwezig is.
Een nieuwe vraag die ik me net bedenk is: waarom wordt er altijd de heliciteit genomen in de onderste 1 of 3 kilometer en nooit het hele profiel? Is er geen geval te bedenken waarin de aanwezigheid van heliciteit hogerop de atmosfeer, bevorderlijk kan zijn voor de vorming van een bepaald soort vortex? Ik ben benieuwd of iemand me kan helpen (Alwin, Victor?).
In je verhaal van onlangs zag je mooi hoe die stroomsgewijze vorticiteit via de instroom de stijgstroom in werd gekanteld. Die instroom beperkt zich doorgaans tot de onderste kilometers; vandaar dat men zich meestal beperkt tot SREH_0-1km of SREH_0-3 km. Je hebt weinig aan stroomsgewijze vorticiteit op 5 km hoogte als die niet meer in de bui belandt.
Dat rightmovers zelfs bij vrijwel eenrichtingsschering toch vaak dominant zijn, heeft m.i. te maken met de beroemde Ekman-spiraal, waarin de wind in de grenslaag ruimt met de hoogte vanwege de afnemende turbulente wrijving met de hoogte.
Een ander aspect is het vormen van dynamische hoge- en lagedrukgebieden in omgevingen met bui-relatieve windrichtingsschering. In het Engels noemt men de termen 'upshear' en 'downshear', analoog met 'upwind' en 'downwind', maar dan voor de windscheringsvector i.p.v. de windrichtingsvector. Met toenemende westenwinden met de hoogte is de westkant van een bui dus de 'upshear' zijde en de oostkant de 'downshear' zijde.
Door wat wiskundige trucjes uit te halen met de vereenvoudigde impuls-, toestands-, energie- en continuïteitsvergelijkingen, kan aannemelijk gemaakt worden dat de dynamische druk in een bui hoger is aan de 'upshear' zijde en lager aan de 'downshear' zijde. Wanneer zich een 'downshear' zijde boven een 'upshear' zijde bevindt, is er sprake van een dynamische opwaartse forcering, die in sommige gevallen van vergelijkbare grootte is als die door de CAPE alleen. Stel je bv. een stilstaande bui voor met omgevingswinden: noord 10 m/s op 10 meter, oost 10 m/s op 1000 meter, zuid 10 m/s op 2000 meter en west 10 m/s op 3000 meter hoogte. Tussen 10 en 1000 meter bevindt zich dan een dynamisch hoogje aan de noordoostzijde van de bui, tussen 2000 en 3000 meter aan dezelfde noordoostzijde een dynamisch laagje. Een splitsende bui in een omgeving met hoge SREH zou door deze dynamische stimulans de neiging hebben om in een groeiende rightmover en een afzwakkende leftmover uiteen te vallen. Hieronder de vergelijking en een schema'tje, voor de liefhebbers. Voor zover dit hele bericht trouwens al niet aan de liefhebbers gericht was.
Bedankt Ben, voor je leuke verdiepende verhalen!
Groet,
Alwin
Bericht laatst bijgewerkt: 28-08-2006 00:52
