Het voorspellen van windstoten bij onweersbuien

Nu het zomerseizoen met snelheid nadert, neemt ook de kans op stevige onweersbuien toe. Onweersbuien die gepaard kunnen gaan met randverschijnselen zoals hagel, wateroverlast en stevige windstoten. Eén van die gevaarlijke bijproducten van grote, convectieve cellen zijn hevige windstoten. In dit artikel nemen we de processen die (stevige) convectieve windstoten veroorzaken onder de loep. En doen we uit de doeken met behulp van welke parameters die voorspeld kunnen worden.

Deelnemen aan discussie? Ben je geïnteresseerd om deel te nemen als weeramateur of liefhebber van winterweer 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

Convectieve windstoten

Convectieve windstoten zijn een bijproduct van stevige onweersbuien en kunnen enorme schade aanrichten. Uiteraard geldt dat, hoe groter de windstoten zijn, hoe groter de schade door de sterkere windkracht.

Interessant weetje: de hoogste convectieve windstoot ooit waargenomen was in 1983 tijdens een zogenaamde “microburst” in de Verenigde Staten. Deze had een piekwaarde van 67 m/s (ca. 240 km/h). Op basis van schadebeoordelingen kon worden aangenomen dat deze windsnelheden vergelijkbaar moeten zijn geweest met die van een F3-tornado.

Het voorspellen van de kans en op de vorming van windstoten én de mogelijke kracht ervan is dan erg belangrijk…maar ook zeer moeilijk!

  • Ooit al gehoord van een stormparaplu? Dit is een paraplu die tegen wel heel erg hoge windsnelheden bestand is. Hier te verkrijgen (aff.)

Het ontstaan van convectieve windstoten

Naast de gebruikelijke parameters voor onweer (CAPE, lifted index, etc.), zijn er 3 belangrijke factoren die het plaatsvinden van stevige windstoten kunnen verklaren.

Enerzijds een snelle “downdraft” (neerwaartse verplaatsing van lucht vanuit de bui naar de oppervlakte). Maar ook een sterk windveld (hoge horizontale windsnelheden op enige hoogte) en de geometrie/oriëntatie van de buiencluster (een lijnvorm is het meest gunstige).

  • Slecht weer op komst? Verbaas je familie en vrienden met dit stormglas. Wanneer het glas overloopt is er slecht weer op komst (aff.)

Neerwaartse beweging

Allereerst is het belangrijk dat de lucht in een onweersbui met grote kracht kan dalen richting de grond. Deze “downdraft” zorgt ervoor dat een grote massa lucht aan grote snelheid naar de oppervlakte wordt gestuwd vanuit de bui hogerop. Er zijn verschillende processen die voor deze snelle neerwaartse beweging kunnen zorgen. Een eerste is zware neerslag, die ervoor kan zorgen dat er grote massa’s lucht mee naar beneden worden “gesleurd” door de regen/hagel.

Een andere factor is de aanwezigheid van een koude luchtmassa op hoogte: koude lucht daalt namelijk, terwijl warme lucht de neiging heeft om te stijgen. Die afkoeling kan onder andere bereikt worden door advectie (aanvoer) van koude lucht op hoogte. Ook door evaporatieve afkoeling in een droge luchtlaag, en/of afkoeling doordat neerslag doorheen de luchtkolom valt.

Typisch herkennen we die droge/koude luchtlaag op hoogte doordat op een sounding de temperatuurgradiënt heel steil is (“steep low/mid-level lapse rates”). Alsook doordat de temperatuur- en dauwpuntcurven ver uit elkaar liggen (“dry air intrusion”).

De sterkte van de “downdraft” wordt veelal samengevat in 1 parameter: DCAPE (“Downdraft Convective Available Potential Energy”). Hoe groter de DCAPE, hoe sterker de neiging van de lucht om zich neerwaarts te bewegen. En dus hoe sterker de potentiële windstoten bij ons aan de grond.

  • Wil je meer leren over het weer? Dan is dit boekje een must-have voor iedere weerliefhebber die zich wil verdiepen in meteorologie. (aff.)
Op deze sounding zien we duidelijk een droge luchtlaag op hoogte (blauwe en rode curven liggen ver uit elkaar), een duidelijke indicatie voor potentieel hevige windstoten bij de onweersbuien.

Wanneer zulke winden de oppervlakte bereiken spreken we over “downbursts of valwinden”, die we onderverdelen naarmate hun grootte (microbursts vs. macrobursts) en het proces dat de valwind veroorzaakt (dry downbursts vs. wet downbursts).

Sterk horizontaal windveld

De tweede factor is de meest logische: er dient een sterk windveld te zijn waarin de onweersbui zich bevindt. Dit betekent dat, als er op een bepaalde hoogte al sterke winden aanwezig zijn, er bij deze onweersbuien ook sterkere windstoten aan de oppervlakte te verwachten zijn.

Het is daarom aangeraden om de windsterkte op hoogte, of de windshear, in acht te nemen om een idee te krijgen hoe sterk dit effect kan zijn. Wanneer deze sterke windstoten dan ook nog eens in interactie treden met snelle neerwaartse bewegingen, kunnen de effecten desastreus zijn.

Een stevige wind op hoogte is een duidelijke indicator voor stevige windstoten indien onweersbuien zich in deze omgeving bevinden.

Geometrie van buien

Sterke windstoten komen vooral voor bij opgelijnde buien (een lijnvorm), in tegenstelling tot discrete (alleenstaande) buien. Voor het ontstaan van zulke opgelijnde systemen zijn een aantal voorwaarden nodig.

Allereerst vinden we deze lijnvormige buienclusters vooral terug in omgevingen met wat we noemen ‘unidirectional windshear’. Dit betekent dat de winden aan de grond en op hoogte parallel aan elkaar waaien.Indien de wind draait met de hoogte en de windrichtingen bijvoorbeeld loodrecht op elkaar staan, dan zullen zich eerder discrete cellen vormen.

Een tweede voorwaarde voor lijnvormige structuren is, dat er ofwel een zeer droge luchtlaag aanwezig moet zijn (hoge DCAPE), of er een lijnvormige structuur voor forcering van de buien kan zorgen (zoals bijvoorbeeld een koufront) en dat de wind parallel ten opzichte van het koufront waait. Dan zullen zich lijnvormige structuren vormen en neemt de kans op windstoten duidelijk toe.

Indien de windshear-vector zich parallel tot een triggermechanisme verhoudt, is de kans op lineaire buienclusters het grootst (links). Indien de hoek tussen beide groot is, zullen er eerder discrete/alleenstaande buien ontstaan (rechts).

Convectieve windstoten voorspellen

Parameters en indices

In bovenstaande beschrijving vallen al enkele woorden op waarmee we rekening moeten houden voor windvoorspellingen: grote massa’s lucht moeten worden omlaaggestuwd (-> hoge DCAPE door koude/droge luchtlaag op hoogte, of door zware neerslag), die al dan niet samenvallen met een sterk horizontaal windveld op enige hoogte (-> sterke windkracht, hoge wind shear). Waar deze dan, ook gedeeltelijk afhankelijk van de oriëntatie/geometrie van de bui (geometrie oriëntatie van de windshear- vector), sterke convectieve windstoten kunnen opleveren.

Er is al behoorlijk wat onderzoek gebeurd naar hoe we verschillende parameters kunnen gebruiken om het al dan niet optreden van convectieve windstoten te voorspellen. De meest relevante zijn parameters met betrekking tot instabiliteit (“CAPE”, “lifted index”), neerwaartse luchtbeweging (“DCAPE”, “precipitable water”), de sterkte van het windveld hogerop (windsnelheid, “windshear”) en de oriëntatie van de buien (o.a. de exacte verhouding tussen advectie- en propagantievectors).

  • Hoe bepaalt de atmosfeer haar invloed op het weer? Dit informatief boek laat je kennismaken met deze boeiende beschermingslaag van de Aarde. (aff.)

Enkele voorbeelden van indices die we kunnen gebruiken om de snelheid te voorspellen zijn o.a. DMGWIND (Kuchera & Parker, 2006), WINDEX (McCann, 1994), GUSTEX (Geerts, 2001) en de Ivens-methode. Elke methode heeft zo zijn eigen voor- en nadelen.

Geen gouden regel of combinatie van parameters

Het voorspellen van windstoten blijft moeilijk en zal vooral moeten gebeuren met behulp van ‘kansen op…’. Zoals in dit artikel aangehaald, zijn er wel een aantal parameters die ons kunnen vertellen of de omgeving waarin de onweerswolk zich bevindt, gunstig is voor het ontstaan van (stevige) windstoten.

Aangezien het weer grillig is, is daar echter nooit garantie op. Het is dus vooral van belang na te gaan hoe gunstig de omgeving is door ‘ingrediënt-based’ te werk te gaan: het nagaan van verschillende parameters en de daarbij samenhangende kans op het optreden van windstoten.