Bij het voorspellen van onweersbuien komt de term windschering (of “wind shear” in het Engels) regelmatig aan bod. Dit mechanisme is dan ook een erg belangrijke factor, omdat het meerdere karakteristieken van onweersbuien kan bepalen. In dit artikel verdiepen we ons in dit proces en leggen we uit hoe dit de vorming en ontwikkeling van onweersbuien kan beïnvloeden.

Deelnemen aan discussie? Ben je geïnteresseerd om deel te nemen als weeramateur of liefhebber van het weer aan het weerforum? Onderaan dit artikel krijg je bliksemsnel & gratis toegang tot alle reacties. Je kan ook je eigen weerfoto’s opladen.

Deel jouw eigen passie? Ben je geïnteresseerd om als vrijwilliger weergerelateerde artikels te schrijven? Contacteer ons dan via jobs@noodweer.be

Wat is windschering?

Wind komt in alle lagen van onze atmosfeer voor. Wij voelen enkel de oppervlaktewinden, maar ook hoger in de atmosfeer waait er wind, denk maar aan de straalstroom. Windschering of “wind shear” betekent net dat de windsnelheid en/of -richting verandert met de hoogte en dus verschilt per verticale laag in de atmosfeer. Dit kan u bijvoorbeeld merken wanneer hoge en lage wolken in een andere richting voorbij gedreven komen.

Indien in dat geval enkel de snelheid verandert, maar de richting min of meer gelijk blijft, dan spreekt men over “unidirectionele wind shear”. Indien de richting wel verandert, spreken we over “wind shear”. In de figuur hieronder wordt het concept grafisch voorgesteld.

Windschering of “wind shear” is de verandering van de windsnelheid en/of -richting met de hoogte.

Windschering is in staat om de karakteristieken van onweersbuien te bepalen. Zo beïnvloedt het de levensduur, het type onweer en daarmee samenhangend ook het optreden van randverschijnselen.

Windschering en de levensduur van onweersbuien

De rol van windschering in het organiseren van onweersbuien begint bij het bepalen van de levensduur van een bui. Het is zo dat een onweersbui voornamelijk bestaat uit 2 soorten luchtstromen. Dit is enerzijds de updraft, die de bui voedt, en anderzijds de downdraft, waar lucht opnieuw van de bui uit naar buiten stroomt. De updraft houdt de aanvoer van warme en vochtige lucht in de richting van de onweersbui intact. Dit is waar de bui van leeft (de ‘inflow’).

indrukwekkende inflowtail supercell

De neerwaartse winden die de oppervlakte bereiken noemen we “downbursts of valwinden”. De lucht wordt dan als het ware naar beneden gesleurd, botst dan met de oppervlakte en spreidt zich vervolgens horizontaal uit, zie figuur hieronder. Dit vormt de basis voor het ontstaan van de zogenaamde outflow boundaries. Ze brengen koude lucht vanuit de bui naar beneden.

Wanneer er geen windschering is zal de bui zich op elk verticaal niveau even snel verplaatsen. Dit betekent dat de downdraft, die koele lucht naar beneden brengt, zich zal uitspreiden in het gebied van de inflow. Met andere woorden: doordat de inflow en outflow samenvallen, verovert de koude lucht vanuit de bui snel de omgeving rond de bui. Hierdoor valt de inflow weg (warme lucht wordt verdrongen) en sterft de bui snel uit.

Indien er wel wind shear is, blijven de inflow en outflow gescheiden. Dit komt doordat de verschillende winden op hoogte ervoor zorgen dat de updraft en downdraft niet meer boven hetzelfde gebied vallen (zie figuur onder). Op deze manier kan een onweersbui langer blijven bestaan.

Indien er geen wind shear is, vallen de updraft (inflow) en downdraft (outflow) boven elkaar. Hierdoor valt de voeding van de bui weg en sterft ze snel uit omdat de koude lucht de omgeving rond de bui verovert. Indien er wel wind shear is, reikt de outflow minder snel tot aan de inflow en kan de warme/vochtige lucht de bui blijven voeden.

Windschering en het ontstaan van nieuwe onweersbuien

Hoe zorgt de windschering er nu voor dat een buiencluster ontstaat? Dit gebeurt eigenlijk door een samenwerking tussen de “outflow boundaries” en de “wind shear”. In onderstaande alinea bespreken we een aspect van de rol van windschering in het organiseren van onweersbuien.

Zoals eerder gezegd worden dus grote hoeveelheden lucht vanuit een onweersbui naar beneden gestuwd, die vervolgens botsen met het aardoppervlak. Daar spreidt de outflow (de ‘uitvloei’) zich horizontaal uit en krullen ze opnieuw naar omhoog door de gegenereerde vorticiteit.

Omdat de koude lucht van de “outflow” denser is dan de warme lucht, zal deze zich onder de warme lucht proberen dringen. Op die manier zijn deze soms dan ook in staat om de warme, vochtige lucht die zich rondom hen bevindt mee omhoog te dwingen, waardoor er nieuwe buien ontstaan.

De neerwaartse bewegingen in een bui worden downdrafts genoemd. Het zijn grote hoeveelheden lucht die vanuit de bui de oppervlakte bereiken en zich horizontaal uitspreiden. Daar krullen ze opnieuw omhoog door de gegenereerde vorticiteit en zijn ze in staat om lucht te laten stijgen.

Net als de “outflow boundaries” zorgt ook de windschering voor een vorticiteitsbeweging. Beide processen genereren dus een soort van vorticiteit, een kolkbeweging in de lucht, die het ontstaan van nieuwe buien nog meer faciliteert. Beide werken namelijk samen zodat de lucht makkelijker kan stijgen op de rand van de “outflow boundaries” (zie figuur hieronder).

De samenwerking tussen “wind shear” en de “outflow”: beiden genereren vorticiteit (een kolkbeweging) die het makkelijker maakt om lucht te laten stijgen en nieuwe buien te vormen.

Windschering en het type onweersbui

Door het hierboven genoemde proces is windschering in staat om het type onweersbui te bepalen. Het speelt dus een rol in het organiseren van onweersbuien. Algemeen geldt dat, hoe hoger de windschering in de laag tussen het oppervlak en 6 km hoogte, des te zwaarder het type onweersbui met bijbehorende randverschijnselen.

  • Windschering < 20 kts geeft single cells of pulse storms die zich snel vormen en vanzelf uitsterven. Dit komt doordat de updraft en de downdraft gelijk vallen. Als ze zich kunnen vormen in een omgeving die wordt gekenmerkt door extreme CAPE, kunnen desalniettemin gevaarlijke randverschijnselen optreden.
  • Windschering in het bereik van 20-40 kts zal (al dan niet zwak) georganiseerde complexen van stormen opleveren (multicells). Zeer hoge DCAPE (> 1000 J/kg) of hoge “precipitation loading” suggereert een sterke downdraft vanuit de buien, waarbij gemakkelijk nieuwe buien kunnen ontstaan. Dit komt doordat enerzijds de levensduur van de buien verlengd wordt, alsook doordat de vorticiteit van de “wind shear” en de “outflouw boundaries” het stijgen van omringende lucht samen faciliteren, zoals eerder aangehaald.
  • Unidirectionele windschering > 40 kts begunstigt vaak aanvankelijk discrete stormen die overgaan in een sterk georganiseerde buiencluster zoals een “derecho“. Direct voor een koufront zou een “squall line” de voorkeur genieten. Indien directionele windschering > 40 kts optreedt, kan het meest zware type onweersbuien zich vormen: de supercell. In dit type buien is rotatie waar te nemen die ontstaat uit het veranderen van de windsnelheid en -richting met de hoogte. Bij dit type buien is ook het gevaar voor hagel, windstoten en tornado’s het hoogst.
Het type onweer afhankelijk van CAPE en “wind shear”.
Bij een supercell ontstaat rotatie.

Samenvatting en conclusie

Windschering of “wind shear” is het veranderen van de windsnelheid- en/of richting met de hoogte. Deze windschering is een belangrijk element in het vormen en organiseren van onweersbuien. De rol van windschering in het organiseren van onweersbuien bestaat onder meer uit het bepalen van de levensduur van een onweersbui, het ontstaan van nieuwe buien en het samenklonteren tot buienclusters, alsook het bepalen van het type onweersbui en dus de kracht van bijbehorende randverschijnselen. De zwaarst mogelijke vorm is in staat om supercells te laten ontstaan, het meest gevaarlijke type onweer.