Gisteren stak er in de loop van de dag aan de kust een verkoelende zeebries op, waardoor de temperatuur snel daalde. In Zeebrugge was dit van 15.6°C naar 8.7°C op 3 uur tijd, in Oostende van 17.3°C naar 11.8°C en in Koksijde van 18.2°C naar 11.3°C in dezelfde tijdsperiode. Vaak associëren we dit fenomeen met warme en zonnige lente- en zomerdagen, maar deze zeebries in februari is wel heel uitzonderlijk. In dit artikel gaat Yoni Verhaegen, doctoraatstudent en geograaf aan de VUB, dieper in op de zeebries en welke factoren dit fenomeen in de hand werken of juist tegenwerken.
Wat is de zeebries?
De zeebries is een alom gekend fenomeen nabij de kust, dat zich presenteert als een circulerend windregime, meestal beperkt tot de onderste km van de atmosfeer. Vooral tijdens de lente- en zomermaanden, wanneer het contrast tussen de land- en zeewatertemperatuur het grootst is, maakt deze zeebries een belangrijke component uit van het microklimaat aan de kust.
Volgens het KMI wordt de zeebries gedefinieerd als ‘een landinwaartse wind die in de loop van de dag ontstaat bij een voldoende groot temperatuurverschil tussen een koudere zee en een warmer landoppervlak, en zich bijgevolg meestal voordoet in het voorjaar en een deel van de zomer’. Een meer volledige definitie neemt mee dat de draaiing van de wind van landafwaarts naar landinwaarts in de loop van de dag niet door de synoptische situatie bepaald mag worden. Verder is het belangrijk bij de zeebries om de drijvende kracht (i.e. het temperatuurverschil tussen land en zee dat een drukgradiënt veroorzaakt) af te wegen tegen de inertiekrachten (i.e. de dominante windrichting en -snelheid).
De zeebries ontstaat als die drijvende kracht groter is dan de inertiekracht. De differentiële opwarming tussen land en zee creëert namelijk een drukverschil: de drukvlakken buigen doordat de luchtdruk relatief lager is boven land omwille van convergentie en opstijgende luchtbewegingen vanaf het oppervlak. Boven zee zet de luchtkolom door de beperkte opwarming minder uit en vinden dalende luchtbewegingen plaats via divergentie.
Op 1 km hoogte is de situatie net omgekeerd: boven land ontstaat daar een hogedrukgebied (divergentie) en boven zee een lagedrukgebied (convergentie). Door de drukgradiënt ontstaat er zo een typisch circulerend windregime. Op hoogte blijft de wind landafwaarts waaien, maar in de onderste lagen waait de wind nu landinwaarts: de zeebries. Merk op dat deze situatie enkel ontstaat indien de inertiekrachten (i.e. hoe gunstig de windrichting en -snelheid zijn) ondergeschikt zijn aan de drijvende krachten (het temperatuurverschil tussen land en zee).
Schematische weergave van het geïdealiseerde ontstaan van de zeebries. (1) Land warmt sneller op dan water, waardoor stijgende luchtbewegingen zich sterker voordoen boven land dan op zee (2) Boven land ontstaat door de stijgbewegingen een thermisch lagedrukgebiedje (3) Door het gevormde drukverschil op hoogte tussen land en zee ontstaat een drukgradiëntkracht die de lucht aflandig wegvoert met divergentie tot gevolg, terwijl boven zee op hoogte de lucht nu convergeert door de efficiëntere aanvoer van aflandige lucht (4). Door convergentie op hoogte boven zee ontstaat daar nu een hogedrukgebiedje met dalende luchtstromingen tot gevolg, wat aan de oppervlakte leidt tot divergentie en een aanlandige wind, omdat wind steeds van hoge naar lage druk waait (Ackerman & Knox, 2015).
Er zijn een aantal zaken die het ontstaan van een zeebries in de hand kunnen werken. Ten eerste is het gunstig dat de luchtdrukconfiguratie anticyclonisch is: de bewolkingsgraad kan hierdoor laag genoeg blijven, waardoor aan het oppervlak diabatische opwarming plaatsvindt en het verschil tussen land- en zeewatertemperaturen groot genoeg wordt.
Op die manier wordt de onderste luchtlaag licht onstabiel en kan er zich vervolgens ook een thermisch lagedrukgebiedje landinwaarts vlak achter de kustlijn ontwikkelen. Dit heeft dan convergerende, opstijgende luchtstromingen tot gevolg. Ook is het aangeraden om boven land een (sterke) inversie te hebben op 900-925 hPa (~ 3000 ft of 1km), zodat op zekere hoogte er zich opnieuw divergerende luchtstromingen voordoen. Ook dit wordt vaak in verband gebracht met de invloed van een hogedrukgebied door middel van subsidentie-inversie.
De zeebriescirculatie wordt dus in de hand gewerkt door lichte onstabiliteit nabij het landoppervlak, maar door stabiliteit hogerop. Op zee is de situatie net omgekeerd en komen dalende luchtstromingen voor aan het oppervlak. Ten tweede zijn de windsnelheid en -richting belangrijk. Deze moet een zwakke component loodrecht georiënteerd op de kustlijn hebben op 3000ft (±900 hPa), i.e. lage windsnelheden bij een wind tussen zuid en oost voor de Belgische kust.
Indien de aflandige windsnelheid te hoog is, wordt het zeebriesfront weggeduwd en tegengehouden op zee, zodat dit het land niet kan bereiken. Indien de windrichting aanlandig is, zal er zich geen zeebries vormen omdat enerzijds het temperatuurverschil tussen land en zee minder is en anderzijds omdat dit haaks staat op de definitie van de zeebries die een duidelijke draaiing van de windrichting voorstelt.
De zeebries herkennen
Aan de Belgische kust vindt gedurende het opsteken van de zeebries op korte tijd een windsprong plaats van ongeveer 90°-190° (tussen Z en O) naar 320-40° (tussen NW en NO) met een daling of stabilisatie van de temperatuur tot gevolg. Dit gebeurt eerst met een draaiing van de wind naar de richting loodrecht op de kust, waarna de Corioliskracht de wind meer en meer parallel met de kust doet draaien.
Belangrijk om hierbij na te gaan is of de draaiing van de wind niet veroorzaakt wordt door andere ‘synoptische systemen’, zoals fronten, grondtroggen, convergentielijnen alsook de invloed van isobaren van een hoge- of lagedrukgebied op een groter schaalniveau dan de kustregio. De zeebries is bijgevolg een lokaal verschijnsel, dat deel uitmaakt van het microklimaat aan de kust, en wordt puur veroorzaakt door de trade-off tussen differentiële opwarming en de kracht van de achtergrondstroming.
Voorbeeld: het opsteken van de zeewind uit observaties te Koksijde op 8 mei 2016 met windrichting op 10m hoogte (boven) en temperatuur op 2m hoogte (onder).
Herkenningsprocedure voor dagen met zeewind.
De zeebries voorspellen
De techniek van Watts (1995) werd ontwikkeld voor een 5-jarige observatieperiode nabij Thorney Island (UK) en bestaat erin om een kritische lijn te vinden die dagen met of zonder zeewind onderscheidt op basis van de temperatuursgradiënt tussen land en zee en de windsnelheid. Dit wordt gedaan door de gemiddelde loodrechte component van de windsnelheid op 1 km hoogte ( in kt) te plotten tegenover het verschil tussen de land- en zeewatertemperatuur ( in °C).
Door de data onder te verdelen in verschillende klassen kan op die manier een scheidingslijn getrokken worden voor cases met of zonder het opsteken van de zeewind. Watts (1995) toonde aan dat een zeebries zich zelfs kan ontwikkelen bij erg kleine verschillen in temperatuur tussen land en zee als de windsnelheid hierbij laag genoeg is. Daarnaast kan de zeebries ook uitblijven bij een heel groot temperatuurscontrast indien de windsnelheid te hoog is.
Bij het plotten van de data volgens de methode van Watts (1955) is er een duidelijke scheiding te zien tussen de gevallen met of zonder het ontwikkelen van een zeewind aan de Belgische kust. Elk datapunt onder de stippellijn (rood) geeft een zeer grote kans op een zeebries, dit in tegenstelling tot de blauwe datapunten. Hoe hoger daarbij het temperatuurverschil, hoe hoger de kritische windsnelheid op 3000 ft (1 km of 900 hPa) van de component loodrecht op de kustlijn, maar deze waarde vlakt geleidelijk af bij een hogere temperatuurgradiënt.
Voorts is de kritische windsnelheid klein bij lage temperatuursverschillen tussen het land- en zeeoppervlak. Bij windsnelheden groter dan 13 à 14 kt ontwikkelt zich dan weer nooit een zeebries. Tussen beide criteria bevindt zich ook een grijze zone (groene bolletjes). Deze zone kan dan ook beschouwd worden als dagen waarbij er potentieel een zeebries zou kunnen ontstaan aan de kust en indien deze ontstaat… ze ook niet ver landinwaarts zal binnen dringen.
Via de grafische weergave hieronder kan worden nagegaan of de kritische windsnelheid voor een bepaalde temperatuurgradiënt wordt overschreden of niet. Deze methode blijkt bijzonder eenvoudig en bovendien ook nog erg accuraat te zijn (de Kappa index of agreement is 0.868 0.099), mede omdat de scheidingslijn niet gepredefinieerd is of wordt begrensd door een theoretische waarde. Deze kan dus getrokken worden door de voorspeller op de plaats waar de scheiding zich het best voordoet. Er hoeft niets berekend te worden, het grafisch aflezen van de data volstaat. Bovendien vereist de methode weinig data input.
Een belangrijk nadeel is wel dat de methode niet te kwantificeren valt en dat ze geen rekening houdt met (on)stabiliteit van de atmosferische grenslaag. Ook berekent ze niet de snelheid en/of richting van het zeebriesfront. Daarnaast moet er ook wel rekening gehouden worden met het feit dat het aantal data nog relatief beperkt is om met zekerheid een scheidingslijn te kunnen aanduiden.
Criteria voor het ontstaan van een zeebries volgens de methode van Watts (1955).
Case study van 25 februari 2019
Nu we weten hoe we de zeebries kunnen herkennen en voorspellen, passen we de case van gisteren toe. De temperaturen liepen in de loop van de dag hoog op, naar +15.6°C in Zeebrugge tot +18.2°C in Koksijde. De zeewatertemperatuur was daarbij slechts 4.5°C. Voor Zeebrugge kwam dit dan bijvoorbeeld neer op een temperatuurverschil van 11.1°C.
Maximumtemperaturen aan de kustregio op 25/02/2019.
Zeewatertemperatuur voor de Belgische kust op 25/02/2019.
De windrichting en -snelheid waren ook zeer gunstig. Er waaide een zwakke oost-zuidoostenwind op 925 hPa (10 kt of ongeveer 18.5 km/h uit 120°). Omdat de Belgische kustlijn met een hoek van 155° georiënteerd is moeten we deze 10 kt vermenigvuldigen met de cosinus van (155° – de windrichting), zodat de loodrechte component 8 kt bedraagt.
De achtergrondstroming op 925 hPa op 25/02/2019.
Vullen we deze waarden in de eerder genoemde formule in, dan krijgen we in het diagram van Watts (1955):
De methode van Watts toegepast op data van 25/02/2019 voor Zeebrugge.
En inderdaad: in de loop van de dag stak in Zeebrugge de zeebries op.
Waarnemingen in Zeebrugge op 25/02/2019 (meteociel.fr).
Zelf een interessant onderwerp voor een blogartikel? Twijfel dan niet om ons te contacteren! Mailen kan naar info@noodweer.be