Sneeuwvorming in weermodellen

Afgelopen maandag is weer maar eens gebleken dat sneeuw voorspellen niet makkelijk is. Hoewel de weermodellen geen sneeuw voorzien hadden, viel er in delen van Limburg en Vlaams-Brabant tot 5 cm sneeuw. Waarom is sneeuw zo moeilijk te voorspellen? En welke mechanismen gebruikt een weermodel om sneeuwvorming te voorspellen?

Sneeuwvorming in de atmosfeer

Sneeuwvorming is een fragiel proces. Voordat een sneeuwvlok op de grond blijft liggen, moet de sneeuwvlok een hele weg afleggen.

  1. Om een sneeuwvlok te kunnen vormen, hebben we ijskristallen nodig. Deze ontstaan bij temperaturen lager dan -12°C. Onderkoelde wolkendruppeltjes bevriezen dan tot minuscule ijskristallen. Het moet dus koud genoeg zijn om ijskristallen te kunnen vormen.
  2. De ijskristallen groeien vervolgens uit tot een sneeuwvlok. Ze zweven omhoog en omlaag doorheen de wolk en botsen tegen andere ijskristallen. Wanneer de temperatuur tussen de 0°C en -6°C is blijven ze makkelijk aan elkaar kleven. Zo vormen ze grotere ijskristallen. Om sneeuwvlokken te vormen, moet de wolk dus een ijskoud gedeelte hebben waar de ijskristallen ontstaan en een iets warmer gedeelte waar de rondzwevende ijskristallen aan elkaar blijven kleven.
  3. Wanneer een ijskristal groot genoeg is, is ze te zwaar om te blijven rondzweven. Ze valt dan als een sneeuwvlok naar beneden.
  4. Op weg naar beneden is het belangrijk dat de sneeuwvlok bevroren blijft. Hiervoor moet de temperatuur over de hele afstand tussen de wolkenbasis en de grond beneden het vriespunt blijven. Anders smelt of verdampt de sneeuwvlok.
  5. Wanneer de sneeuwvlok de grond bereikt, moet het ook daar koud genoeg zijn. Anders smelt de sneeuwvlok zodra hij de grond raakt.

Samengevat: Als het te koud is, blijven de ijskristallen te klein en vallen ze niet naar beneden. Als het te warm is, smelten ze onderweg. Enkel als de temperatuur en de vochtigheid net goed zijn, krijgen we sneeuw.

Sneeuwvorming

Voor sneeuwval moet de temperatuur tot aan de grond onder 0°C zitten (Kees Floor, weerkunde voor iedereen)

Sneeuwvorming in weermodellen

De weermodellen hebben niet genoeg rekenkracht en geheugen om de vorming van elke sneeuwvlok afzonderlijk te voorspellen. Daarom wordt sneeuw geparameteriseerd. Dit wil zeggen dat het proces van sneeuwvorming niet exact berekend wordt. Het wordt bij benadering berekend aan de hand van statistische formules. Deze baseren zich op variabelen die wel expliciet door het weermodel voorspeld worden, zoals temperatuur, vochtigheid en druk.

Vakje per vakje in plaats van vlokje per vlokje

In plaats van elke sneeuwvlok afzonderlijk voor te stellen, wordt de atmosfeer in een weermodel opgedeeld in verticale lagen en horizontale vakjes. Om een sneeuwvoorspelling te maken, maakt het weermodel een sneeuwvoorspelling voor elk vakje van elke laag. Deze voorspelling wordt gemaakt in tijdstappen van een paar minuten. Elk weermodel heeft een andere manier om te bepalen of er sneeuw is in een vakje. Dit zorgt voor de verschillen tussen de sneeuwvoorspellingen van de modellen.

Horizontale vakjes en verticale lagen

Een weermodel deelt het domein op in horizontale vakjes en verticale lagen (Bryan C. Weare , UCa).

In elk vakje zijn er drie verschillende bronnen van sneeuw:

  • Sneeuw valt uit de bovenliggende laag naar beneden tot in het huidige vakje.
  • Nieuwe sneeuw wordt in het vakje gevormd tijdens deze tijdstap.
  • Er is reeds sneeuw aanwezig in het vakje uit de vorige tijdstap.

De hoeveelheid sneeuw in een vakje kan afnemen doordat er sneeuw naar de onderliggende laag valt of doordat de sneeuw smelt.

Statistische benaderingen

Het model berekent voor elk vakje en elke tijdstap hoeveel sneeuw er in dat vakje aanwezig is. Dit gebeurt aan de hand van statistische formules. Bij een voldoende koude temperatuur en voldoende hoge vochtigheid in een vakje is er bijvoorbeeld een 60% kans op de vorming van wolkenijskristallen. De ijskristallen van één vakje botsen tegen elkaar en kunnen zo verschillende groottes aannemen.

Dit wordt voorgesteld aan de hand van een statistische verdeling: bijvoorbeeld 10% van de sneeuwvlokken in het vakje is tussen de 2 en 5 mm groot, 24% is tussen de 0 en de 2 mm… Bij elke grootte hoort ook een bepaalde valsnelheid. Deze valsnelheid bepaalt of de sneeuwvlok de onderkant van het vakje bereikt of niet. Bij elke tijdstap bereikt een bepaald percentage van de sneeuwvlokken de onderkant van een vakje. In de volgende tijdstap verplaatst dat percentage naar het onderliggende vakje.

Zo wordt de sneeuw dus in een weermodel vakje per vakje berekend. Er valt sneeuw aan de grond wanneer er sneeuw aanwezig is in de onderste laag vakjes van het model.

Het verschil tussen de realiteit en het model

In realiteit is sneeuwvorming een ingewikkeld proces waar heel veel verschillende factoren toe bijdragen. Zelfs vandaag kennen wetenschappers deze processen nog niet volledig. Bovendien zijn de computers nog niet krachtig genoeg om alle (gekende) factoren van sneeuwvorming in rekening te brengen. Daarom werken weermodellen met vereenvoudigingen, of parameterisaties. 

Sneeuw is net als onweer heel moeilijk te voorspellen. Er is nog veel onderzoek nodig om sneeuwvorming in de weermodellen stap voor stap realistischer te maken. Zo zullen ook de voorspellingen betrouwbaarder worden.


Lees ook eens: