Waarom het kan sneeuwen bij temperaturen (ruim) boven nul.
Bericht van: Bas C. (Zürich, CH) , 08-12-2007 18:00
Wanneer we onderstaande 12UTC sounding van omgeving Brugge bekijken, valt te zien dat de smeltlaag tamelijk dun is. Pas vanaf zo'n 900 hPa zijn zowel dauwpunt (groene lijn) als temperatuur (rode lijn) boven nul.
De sneeuwvlokken die de smeltlaag binnendwarrelen zullen beginnen te smelten. Het smeltproces kost energie en onttrekt dus warmte aan de vlokken zelf, maar ook aan de omgevingslucht. Hierdoor zal de lucht langzaam afkoelen. De mate van afkoeling gaat bij benadering evenredig met de neerslagintensiteit.
Eerder heeft Alwin uit Zeist al verwezen naar een artikel uit 2000 van Kain et al. waarin een formule wordt afgeleid waarin ruwweg kan worden berekenen hoe veel sneeuw (maar dan wel "water equivalent", oftewel omgerekend naar mm's neerslag) nodig is om een smeltlaag dusdanig af te koelen dat deze wordt opgeruimd. Men kijkt hierbij naar de natteboltemperatuur geintegreerd over de laag waarin deze natteboltemperatuur boven nul ligt. Op een sounding komt dit overeen met het oppervlak tussen de lijn van de natteboltemperatuur (deze ligt ruwweg midden tussen de temperatuur en de dauwpuntstemperatuur) en de lijn van nul graden. De formule (Kain et al.) luidt als volgt:
Hierin is ΔT (in graden Celsius of Kelvin*) de verandering van de temperatuur van een laag met dikte Δp (in hPa). D is de benodigde neerslag (in cm water equivalent) die nodig is voor zo een afkoeling.
Nu bekijken we nogmaals onderstaande sounding. Op deze sounding is de benodigde natteboltemperatuur helaas niet afgebeeld. Deze natteboltemperatuur is echter wel te schatten uit de temperatuur en de dauwpuntstemperatuur. De natteboltemperatuur ligt namelijk grofweg tussen dauwpunt en temperatuur in. Ik heb een stukje van de sounding vergroot onderaan weergegeven en hierin de geschatte natteboltemperatuur weergegeven. We kunnen nu een driehoekje tekenen, ik heb de hoekpunten van het driehoekje aangegeven met zwarte punten. De oppervlakte van dit driehoekje komt overeen met Δp x ΔT. De basis van de driehoek bedraagt ongeveer 4 graden, de hoogte ongeveer 100 hPa. Dus de oppervlakte (0.5 x basis x hoogte) is ongeveer 200.
Wanneer we deze waarde invullen in de formule, vinden we dat ongeveer 1 cm neerslag benodigd is om deze laag zover af te koelen dat de natteboltemperatuur (een negatieve natteboltemperatuur is essentieel voor droge sneeuw) over de hele laag onder nul ligt.
Bovenstaande formule gaat echter wel uit van een situatie waarin de neerslag continu door dezelfde luchtlaag valt, bij aanvoer van warmere lucht moet de afkoeling immers weer van voren af aan beginnen. Deze aangevoerde lucht kan dus extra warmte aanvoeren welke compenseerd voor de afkoeling door het smelteffect. Het is daarom van belang dat er niet te veel warme lucht wordt aangevoerd. In de meteorologie wordt de aanvoer van warmte of koude door middel van luchtstromingen temperatuuradvectie genoemd. Een positieve temperatuuradvectie, betekent dat warmere lucht (t.o.v. de huidige luchtsoort) wordt aangevoerd. Een negatieve temperatuuradvectie betekent juist dat koude lucht wordt aangevoerd.
Nu weer terug naar de situatie van vanmiddag. Onderaan staat een kaartje met de temperatuuradvectie volgens GFS12z (de analyse) op het 850 hPa niveau om 13 uur lokale tijd. We zien dat vlakbij het front sprake is van sterke warmteadvectie. Echter een stuk voor het front uit, waar op dat moment wel al intensieve neerslag viel, is de warmteadvectie nog tamelijk beperkt.
Blijkbaar was door de tamelijk intensieve neerslag het smelteffect groot genoeg om dit kleine beetje warmte-advectie te niet te doen. Een gedeelte van de smeltlaag werd hierdoor opgeruimd, en het punt waarop de natteboltemperatuur boven nul kwam, is waarschijnlijk flink naar beneden getrokken. Hierdoor wisten een aantal sneeuwvlokken - weliswaar in "zeer zwakke staat" - toch nog de grond te bereiken. En dat terwijl de temperatuur aan de grond ruim boven nul lag op dat moment.
Groeten,
Bas
*Merk op dat het bij een temperatuursverschil nooit uit maakt of je Celsius of Kelvin gebruikt
De sneeuwvlokken die de smeltlaag binnendwarrelen zullen beginnen te smelten. Het smeltproces kost energie en onttrekt dus warmte aan de vlokken zelf, maar ook aan de omgevingslucht. Hierdoor zal de lucht langzaam afkoelen. De mate van afkoeling gaat bij benadering evenredig met de neerslagintensiteit.
Eerder heeft Alwin uit Zeist al verwezen naar een artikel uit 2000 van Kain et al. waarin een formule wordt afgeleid waarin ruwweg kan worden berekenen hoe veel sneeuw (maar dan wel "water equivalent", oftewel omgerekend naar mm's neerslag) nodig is om een smeltlaag dusdanig af te koelen dat deze wordt opgeruimd. Men kijkt hierbij naar de natteboltemperatuur geintegreerd over de laag waarin deze natteboltemperatuur boven nul ligt. Op een sounding komt dit overeen met het oppervlak tussen de lijn van de natteboltemperatuur (deze ligt ruwweg midden tussen de temperatuur en de dauwpuntstemperatuur) en de lijn van nul graden. De formule (Kain et al.) luidt als volgt:
Hierin is ΔT (in graden Celsius of Kelvin*) de verandering van de temperatuur van een laag met dikte Δp (in hPa). D is de benodigde neerslag (in cm water equivalent) die nodig is voor zo een afkoeling.
Nu bekijken we nogmaals onderstaande sounding. Op deze sounding is de benodigde natteboltemperatuur helaas niet afgebeeld. Deze natteboltemperatuur is echter wel te schatten uit de temperatuur en de dauwpuntstemperatuur. De natteboltemperatuur ligt namelijk grofweg tussen dauwpunt en temperatuur in. Ik heb een stukje van de sounding vergroot onderaan weergegeven en hierin de geschatte natteboltemperatuur weergegeven. We kunnen nu een driehoekje tekenen, ik heb de hoekpunten van het driehoekje aangegeven met zwarte punten. De oppervlakte van dit driehoekje komt overeen met Δp x ΔT. De basis van de driehoek bedraagt ongeveer 4 graden, de hoogte ongeveer 100 hPa. Dus de oppervlakte (0.5 x basis x hoogte) is ongeveer 200.
Wanneer we deze waarde invullen in de formule, vinden we dat ongeveer 1 cm neerslag benodigd is om deze laag zover af te koelen dat de natteboltemperatuur (een negatieve natteboltemperatuur is essentieel voor droge sneeuw) over de hele laag onder nul ligt.
Bovenstaande formule gaat echter wel uit van een situatie waarin de neerslag continu door dezelfde luchtlaag valt, bij aanvoer van warmere lucht moet de afkoeling immers weer van voren af aan beginnen. Deze aangevoerde lucht kan dus extra warmte aanvoeren welke compenseerd voor de afkoeling door het smelteffect. Het is daarom van belang dat er niet te veel warme lucht wordt aangevoerd. In de meteorologie wordt de aanvoer van warmte of koude door middel van luchtstromingen temperatuuradvectie genoemd. Een positieve temperatuuradvectie, betekent dat warmere lucht (t.o.v. de huidige luchtsoort) wordt aangevoerd. Een negatieve temperatuuradvectie betekent juist dat koude lucht wordt aangevoerd.
Nu weer terug naar de situatie van vanmiddag. Onderaan staat een kaartje met de temperatuuradvectie volgens GFS12z (de analyse) op het 850 hPa niveau om 13 uur lokale tijd. We zien dat vlakbij het front sprake is van sterke warmteadvectie. Echter een stuk voor het front uit, waar op dat moment wel al intensieve neerslag viel, is de warmteadvectie nog tamelijk beperkt.
Blijkbaar was door de tamelijk intensieve neerslag het smelteffect groot genoeg om dit kleine beetje warmte-advectie te niet te doen. Een gedeelte van de smeltlaag werd hierdoor opgeruimd, en het punt waarop de natteboltemperatuur boven nul kwam, is waarschijnlijk flink naar beneden getrokken. Hierdoor wisten een aantal sneeuwvlokken - weliswaar in "zeer zwakke staat" - toch nog de grond te bereiken. En dat terwijl de temperatuur aan de grond ruim boven nul lag op dat moment.
Groeten,
Bas
*Merk op dat het bij een temperatuursverschil nooit uit maakt of je Celsius of Kelvin gebruikt
Bericht laatst bijgewerkt: 08-12-2007 18:00