Bovenluchtdivergentie en wolkenvorming

Geregeld wordt er in onze artikels gesproken over hoe de condities in de bovenlucht de weersontwikkelingen bij ons aan de oppervlakte kunnen beïnvloeden. Ook nu is dit het geval: het forse lagedrukgebied dat de afgelopen dagen tot stand is gekomen boven de Atlantische oceaan en momenteel boven de UK ligt, is ontstaan door allerlei dynamische processen in de bovenlucht. In dit artikel proberen we te verklaren hoe die bovenluchtcondities het ontstaan van wolken en buien aan de oppervlakte kunnen veroorzaken. Dit is zowel van toepassing op het ontstaan van heuse lagedrukgebieden (‘cyclogenese’) alsook voor de vorming van onweersbuien.

Wat is bovenluchtdivergentie

Bovenluchtdivergentie in relatie tot wolkenvorming is het verlies aan massa van lucht in een horizontaal vlak bovenaan in de atmosfeer. Concreet wil dat zeggen dat op die plaatsen meer lucht weggaat dan dat er anderzijds bijkomt. Dit kan gebeuren door 2 processen: ofwel versnelt lucht op korte afstand (‘speed divergence’), ofwel verandert de wind van richting, waardoor wind zich uit elkaar verplaatst in dat horizontaal vlak (‘directional divergence’ of ook wel ‘diffluentie’ genoemd).

Het is de combinatie van het effect van deze twee dat relevant is voor het analyseren van weersituaties. Op deze manier ontstaat er namelijk een ‘tekort’ aan lucht op die plaatsen: er gaat meer lucht weg dan dat er effectief bij komt. 

De twee manieren waarop divergentie zich kan voordien in de atmosfeer. Op de plaats van het zwarte bolletje doet zich divergentie voor door (links) het veranderen van richting van de wind waardoor deze verder uit elkaar gaat, maar zonder snelheidsverandering en (rechts) het versnellen van lucht op korte afstand, maar de richting blijft wel onveranderd. In de atmosfeer vindt vaak het gecombineerde effect van de twee plaats.

Bovenluchtdivergentie is belangrijk in het proces van wolken- en buienvorming. Het tekort aan lucht bovenaan zorgt ervoor dat er lucht van onderuit moet toegevoegd worden om dit tekort terug aan de te vullen. In de atmosfeer gebeurt dit door stijgende luchtbewegingen: divergentie hogerop moet aangevuld worden door convergentie onderin. Zoals alom bekend zullen stijgende luchtbewegingen helpen bij wolken- en neerslagvorming.

Het tekort aan lucht door divergentie bovenaan moet aangevuld worden en dat kan via convergentie onderaan. Het totaalplaatje levert stijgende luchtbewegingen op en door het verplaatsen van lucht naar boven daalt de luchtdruk dan weer aan de grond.

Goed, we weten nu dat we op plaatsen met bovenluchtdivergentie stijgende luchtbewegingen mogen verwachten. Het tekort aan lucht moet immers opgevuld worden met lucht van onderaan. Omdat onderaan dan weer lucht verdwijnt richting boven, daalt de luchtdruk aan de grond. Hierdoor stelt er zich een heel typerend circulatiepatroon: onderin convergentie, boven divergentie en daartussen stijgende luchtbewegingen. In deze regio’s mogen we dan ook lage druk aan de grond verwachten en veel wolken- en neerslagvorming (of dus cyclogenese of m.a.w. de geboorte van een lagedrukgebied).

Waar vinden we bovenluchtdivergentie?

Er zijn bepaalde plaatsen in de atmosfeer die we associëren met bovenluchtdivergentie. De twee voornaamste zijn hier enerzijds de linkeruitgang en rechteringang van een jet streak (plotselinge versnellingen in de straalstroom) en anderzijds veranderingen in het stromingspatroon, o.a. stroomafwaarts van de trog-as van een hoogtetrog vinden we vaak divergentie terug. Deze materie zullen we echter in detail behandelen in een volgend artikel.

Het ontwikkelen van lagedrukgebieden en/of buien

Het proces dat hierboven beschreven is, is ook gebeurd de afgelopen dagen boven de oceaan. Dit heeft geresulteerd in een omvangrijk lagedrukgebied aan de grond, waar we nu mee te maken hebben. Boven de oceaan heeft zich in de bovenlucht een grote regio met bovenluchtdivergentie ontwikkeld. Deze zien we terug in figuur 3 aan de hand van de plusjes in de donkerpaarse cirkel. Het is dan ook in die regio dat we wolkenvorming zullen mogen verwachten. Dit is ook wat er gebeurde: er ontstond een groot lagedrukgebied dat zich met de stroming mee bewoog en nu boven de UK hangt. Bijbehorende fronten zorgen dit weekend voor regenachtig en bewolkt weer.

De afgelopen dagen ontstond er een lagedrukgebied (paarse cirkel op de onderste foto) onder een gebied met bovenluchtdivergentie (witte plusjes in de paarse cirkel op de bovenste foto). Bijbehorende frontale systemen zorgen bij ons voor een nat, fris en bewolkt weekend.

Bovenluchtdivergentie kan ook bijdragen tot een trigger voor onweersbuien, indien deze verhinderd worden door CIN (het befaamde dekseltje dat stijgbewegingen vanaf de grond verhinderd omdat er zich een warmere luchtlaag boven bevindt). Normaal gezien ontstaan onweersbuien vanaf de grond, maar indien er echter een warme luchtlaag boven zit, worden stijgbewegingen verhinderd en kunnen de buien niet goed doorgroeien. Lucht stijgt namelijk enkel maar vanzelf indien deze warmer is dan zijn omgeving.

Enerzijds kan bovenluchtdivergentie ervoor zorgen dat stijgbewegingen geforceerd worden boven dit dekseltje, waardoor buien op hoogte kunnen ontstaan en niet vanaf de grond (‘elevated convection’). In dit geval blijft het dekseltje aanwezig en zullen buien niet gevoed worden vanaf de grond maar wel vanuit de luchtlaag boven dit dekseltje, omdat de lucht die aangezogen wordt zich boven het dekseltje bevindt. Anderzijds kan de stijgende lucht, indien de bovenluchtdivergentie sterk genoeg is en optreedt in combinatie met convergentie onderin, er ook voor zorgen dat het dekseltje stilaan verdwijnt en de lucht wel vanaf de grond kan doorstijgen. Dit is het geval als door de trigger de lucht van onderuit (ondanks de verhinderde laag) naar boven wordt opgezogen . Dit komt omdat stijgende lucht afkoelt en dus het verhinderde mechanisme doet verdwijnen (‘cap layer cooling’). Hoe kouder de bovenluchten, hoe hoger de onstabiliteit van de atmosfeer en dus hoe groter de stijgbewegingen kunnen zijn.

Op deze sounding is er CIN aanwezig (daar waar de rode curve rechts ligt van de zwarte lijn op het diagram in de blauwe cirkel). Zolang dit zo blijft zullen buien niet vanaf de grond kunnen ontstaan.
Stijgbewegingen kunnen ervoor zorgen dat dit deksletje verdwijnt. Stijgende lucht koelt namelijk adiabatisch af en zorgt ervoor dat de rode curve zich naar links verplaatst.

Samenvattend woordje

De processen die zich hogerop in de atmosfeer afspelen zijn zeer belangrijk, aangezien ze bepalen wat er aan de grond gebeurt. Bovenluchtdivergentie ontstaat door (een combinatie van) plotselinge versnellingen en/of het uit elkaar gaan van de wind door windrichtingveranderingen op grote hoogte. De voornaamste regio’s die hier onderhevig aan zijn, zijn de linkeringang/rechteruitgang van een jet streak en stroomafwaarts van de trog-as van een hoogtetrog.

Hierdoor ontstaat er een luchttekort dat wordt aangevuld met stijgende lucht van onderuit, waardoor wolken- en neerslagvorming in de hand gewerkt wordt. Aan de grond zal door de stijgbewegingen de luchtdruk verder dalen en ontstaat er een lagedrukgebied. Dit is ook wat er afgelopen dagen is gebeurd boven de Atlantische oceaan en waarvan we nu bij ons de gevolgen ondervinden. Naast deze cyclogenese kan divergentie ook optreden als trigger voor onweersbuien en resulteren in enerzijds elevated convection of anderzijds het verdwijnen van de CIN, waardoor buien vanaf de grond gevoed kunnen worden. 


Lees ook eens: