19 april 2021 - 9 min. lezen
0 reacties 0

Hevige buien of stortbuien komen in de Benelux in alle seizoenen voor. Ze gaan meestal gepaard met (tijdelijk) hevige regenval en diverse randverschijnselen. Vaak zijn onweerhagel, windstoten en eventuele sneeuwval tijdens deze hevige buien dan ook van de partij. Maar hoe ontstaat zo een bui eigenlijk? Welke kenmerken van de atmosfeer zorgen ervoor dat er convectieve wolken en buien kunnen groeien? In dit artikel gaan we dieper in op het reilen en zeilen van atmosferische instabiliteit en hoe dit buien kan doen ontstaan.

Deelnemen aan discussie? Ben je geĆÆnteresseerd 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.

Atmosferische instabiliteit

Convectieve en dynamische instabiliteit

Om (onweers)buien te doen ontstaan dient de atmosfeer “onstabiel” te zijn. In dat opzicht moeten we een onderscheid maken tussen convectieve en dynamische instabiliteit. Men spreekt over een dynamisch instabiele atmosfeer indien er bepaalde externe krachten de beweging van lucht beĆÆnvloeden. Die kunnen dan leiden tot turbulentie, vorticiteit en de bijbehorende verplaatsing van deze lucht. Dit is echter stof voor een ander artikel. Hier beperken we ons tot de convectieve instabiliteit, wat het belangrijkste aspect is met betrekking tot het ontstaan van (onweers)buien in de Benelux.

Definitie van convectie

De term convectie wijst hierbij, in het algemeen, op de beweging van een gas of vloeistof (in ons geval de lucht) zonder dat daarbij noodzakelijk externe krachten (zoals wind) aan te pas komt. Er zit dus een andere drijfveer achter het laten bewegen van de lucht. Bij atmosferische convectie gebeurt dit namelijk door middel van de temperatuur en bijbehorende verschillen in densiteit (dichtheid)! Deze convectie zorgt er dus via temperatuurverschillen voor dat lucht vanzelf (zonder externe krachten) in beweging komt en bijgevolg gaat stijgen, een noodzakelijke voorwaarde voor het ontstaan van buien! Dat warme lucht stijgt is logisch, denk maar aan de gasdampen wanneer men aan het koken is. Die lucht wordt na verloop van tijd zo warm dat diens densiteit daalt en deze vervolgens begint te stijgen.

Atmosferische convectie: stijgende lucht door opwarming

Convectie in de praktijk

Maar hoe vindt die convectie dan juist plaats in de praktijk? Een eerste stap in ons artikel is daarom om na te gaan of er convectie (het stijgen van de luchtbellen) kan optreden in de atmosfeer. Eerder zagen we dat warme lucht stijgt. Een nodige voorwaarde voor convectie is dus dat de lucht voldoende opgewarmd wordt. Dit gebeurt vooral op een warme dag met brede opklaringen, waarbij de zon het aardoppervlak bijgevolg sterk zal kunnen opwarmen. Convectie doet zich dan ook vaak voor wanneer de zon (of WAA) op die manier de oppervlakte zo fel opwarmt dat er luchtbellen (thermiek) beginnen op te stijgen.

Convectie via lucht in de atmosfeer

Hetzelfde proces gebeurt met de lucht in de atmosfeer. Hoe warmer het is aan de aardoppervlakte, hoe sneller deze luchtbellen logischerwijs kunnen beginnen stijgen. Op die manier kan dus convectie (in zijn essentie dus stijgende lucht door opwarming die densiteitsverschillen veroorzaakt) plaatsvinden.

Op dagen met een temperatuurinversie (waarbij het hogerop in de atmosfeer warmer is dan aan de oppervlakte) is het tot stand brengen van dit proces dan ook veel moeilijker! De lucht aan de oppervlakte is bijgevolg niet warm genoeg en wordt verhinderd om te kunnen stijgen, net doordat de lucht erboven warmer is dan beneden. Een voorbeeldje van convectie wordt in de onderstaande figuur weergegeven.

Een voorbeeld van convectie: de rode en blauwe kleurvloeitstof begint te stijgen doordat ze opgewarmd wordt. Hetzelfde gebeurt met de lucht indien ze opgewarmd wordt door de zon (Science Up with the Singing Zoologist).

Het ontstaan van stapelwolken

Ideale condities voor wolkenvorming

Nu weten we reeds wat convectie is. Dit wil echter niet zeggen dat elke stijgende luchtbel zich zal ontwikkelen tot een wolk. Als tweede stap is het daarom belangrijk om na te gaan of er Ć¼berhaupt wel wolken zullen ontstaan via convectie. Of dit gebeurt, hangt namelijk ook af van het vochtgehalte aan de oppervlakte. Is de lucht te droog, dan kunnen die stijgende luchtbellen zich logischerwijs moeilijker omvormen tot wolken.

Ideale condities voor het ontstaan van stapelwolken via atmosferische convectie zijn dus de aanwezigheid van warme (die zorgt voor de stijgbewegingen) en vochtige lucht (die zorgt voor de omvorming van deze luchtbellen tot wolken) aan de oppervlakte. De condities aan de oppervlakte die nodig zijn om stapelwolken te doen ontstaan worden voor meteorologen omvat in de parameter ‘convectietemperatuur‘. Deze hangt dus zowel af van de temperatuur en het vochtgehalte.

Het proces van convectie. Warme luchtbellen stijgen op en vormen stapelwolken op het condensatieniveau. Dit gebeurt typisch wanneer de convectietemperatuur is bereikt (Ahrens, 2009).

Convectietemperatuur en weercomputers

Om het ons gemakkelijk te maken berekenen de meeste weercomputers deze parameter voor ons en kunnen we aan de hand van kaarten bekijken of er stapelwolken zullen ontstaan (zie afbeelding hieronder). Deze parameter vat dus de gunstige condities voor het vormen van stapelwolken door convectie samen. Een andere mogelijkheid is om de condities per locatie na te gaan via atmosferische soundings (een verticale doorsnede van de atmosfeer).

Meteorologen maken gebruik van de convectietemperatuur om na te gaan of er stapelwolken zullen ontstaan door convectie. In dit geval zullen er zich stapelwolken vormen boven de Benelux indien de temperatuur aan de oppervlakte 9 tot 10 graden haalt. De exacte waarde van deze parameter hangt af van de condities aan de oppervlakte (hoe warmer en hoe vochtiger, hoe eerder er stapelwolken zullen ontstaan) (wetter3.de).

Indien deze convectietemperatuur bereikt wordt, ontstaan stapelwolken. In dat geval zijn de temperatuur en vochtigheid voldoende hoog en zullen de luchtbellen op een bepaald punt beginnen condenseren, iets wat gebeurt op het zogeheten condensatieniveau. Hier is de temperatuur van de luchtbel gelijk geworden aan die van deĀ dauwpuntstemperatuur. Vanaf dit niveau worden dan wolken gevormd vanuit de stijgende convectieve luchtbel en zo wordt de stapelwolk, het eerste stadium van een bui, geboren.

De verschillende manieren waarop de convectietemperatuur (groene bol onderaan) wel of niet bereikt kan worden. Deze is bereikt indien de rode en groene bol aan de oppervlakte samenvallen. Indien dit niet gebeurt en de rode bol links van de groene bol blijft (figuren bovenaan), is de convectietemperatuur niet bereikt. Aan de hand daarvan ontstaan er wel of geen stapelwolken.

Van stapelwolk tot (onweers)bui

Koude bovenluchten

Nu we weten wanneer er stapelwolken kunnen ontstaan uit de convectie, is een derde stap om na te gaan of ze daadwerkelijk kunnen uitgroeien tot een bui. De luchtbellen die zijn beginnen stijgen aan het aardoppervlak, en zich omgevormd hebben tot een wolk, kunnen namelijk verder blijven stijgen zolang ze warmer zijn dan de omgevingslucht.

Hoe langer de luchtbel dus warmer is dan zijn omgeving, hoe langer en hoger deze zal kunnen blijven stijgen. Dit brengt ons terug naar het verhaal van onze gasdampen bij de kookpot. Deze dampen kunnen enkel maar stijgen omdat het in de keuken minder warm is dan de temperatuur van de gasdampen zelf. Dit maakt deze namelijk minder dens en bijgevolg kunnen ze stijgen.

Dit betekent dat wanneer de bovenluchten in de atmosfeer erg koud zijn, de luchtbel steeds hoger in de atmosfeer zal kunnen reiken. Bijgevolg betekent dit ook dat de bui zich verder kan ontwikkelen en kan uitgroeien tot een onweersbui met alle randverschijnselen. Denk maar aan maartse buien, aprilse grillen en onweerswolken met mammatus.

De manier waarop de temperatuur van de bovenlucht bepaalt hoe ver de wolk kan doorgroeien. Indien de bovenluchten kouder zijn kan de bui zich verder ontwikkelen omdat de luchtbel blijft stijgen zolang deze warmer is dan zijn omgeving.

Extreem weer parameters

Om te kijken hoe stevig de buien zich kunne ontwikkelen en doorgroeien maken meteorologen gebruik van een aantal parameters, zoals bijvoorbeeld CAPE en de ‘Lifted index’. Hoe hoger de CAPE, des te steviger de buien kunnen uitpakken! Uiteraard zijn er nog verschillende andere parameters die de staat van instabiliteit van de atmosfeer trachten uit te drukken. Ook belangrijk is het onderscheid te maken tussen SBCAPE en MUCAPE, iets wat belangrijk kan zijn voor hoogte-onweer!

Meteorologen maken gebruik van o.a. CAPE om na te gaan hoe stevig een onweersbui kan doorgroeien. De exacte waarde van deze parameter hangt af van de condities aan de oppervlakte en in de bovenlucht (hoe warmer en hoe vochtiger aan de oppervlakte en hoe kouder de bovenlucht, hoe hoger CAPE) (wetter3.de).

Atmosferische instabiliteit en het ontstaan van buien

Hoe ontstaat een (onweers)bui nu door atmosferische instabiliteit? Dit brengt ons bij de conclusie van ons verhaal. Hoe sterker de oppervlakte verwarmd wordt, hoe sneller convectie zal ontstaan (stijgende luchtbellen door opwarming). Hoe warmer en vochtiger het bijgevolg is aan de oppervlakte, hoe sneller hieruit stapelwolken kunnen ontstaan. Dit omdat de convectietemperatuur sneller bereikt wordt. Als laatste, hoe kouder het is in de bovenlucht, hoe hoger de wolken kunnen doorgroeien en zich uiteindelijk tot (onweers)buien transformeren. Dit omdat de luchtbel blijft doorgroeien zolang ze warmer is dan de omgeving.

Dit is de essentie van atmosferische instabiliteit: hoe gemakkelijker een luchtbel vanaf de oppervlakte kan stijgen hogerop in de atmosfeer via convectie, hoe instabieler de atmosfeer is. Parameters die ons daarbij helpen zijn onder andere de convectietemperatuur (ontstaan er stapelwolken?) en de CAPE en Lifted index (hoe zwaar pakken de buien uit en hoe stevig kunnen ze doorgroeien?). Uiteraard komt er bij het voorspellen van een onweerssituatie veel meer aan te pas, maar dit is stof voor een andere keer!

Atmosferische instabiliteit in een notendop: hoe vochtiger/warmer onderaan en hoe kouder bovenaan, hoe onstabieler de atmosfeer en hoe hoger de CAPE-waarde. Hierdoor kunnen buien fel doorgroeien.

Yoni

Door Yoni

Afgestudeerd geograaf aan de KULeuven en doctorandus binnen klimatologie/glaciologie aan de VUBrussel. Binnen NoodweerBenelux ben ik vooral bezig met het schrijven van artikels en het programmeren van tools om bepaalde weerelementen te voorspellen.


Verder lezen

Alles bekijken
79 Prognose

Herfstweer met regen en wind

1 dag geleden - 3 min. lezen