⚡ Convectie (onweer)
Uitleg en theorie
Onweer is een spectaculair verschijnsel, het gaat om één van de grootste krachten die de natuur te bieden heeft! Maar hoe ontstaat onweer eigenlijk en hoe kunnen we onweersbuien vooraf 'verwachten'? Ik neem je in het verhaal hieronder mee hoe onweer ontstaat en behandel enkele parameters en termen rondom het ontstaan van onweersbuien, die ook in mijn weersverwachtingen kunnen passeren.
Onweer is een meteorologisch verschijnsel dat, met uitzondering van de poolgebieden, bijna overal op aarde voorkomt. Onweer ontstaat wanneer druppels en ijskristallen in de atmosfeer met hoge snelheid langs elkaar bewegen en tegen elkaar botsen. Die ijskristallen worden ook wel graupel genoemd. Er ontstaat zodoende een statische hoeveelheid energie, die na verloop van tijd kan ontladen wanneer de ladingsverschillen te groot worden. Wat een onweersbui anders maakt dan 'gewone' regenbuien is dat er in een onweerswolk elektrische ontladingen plaatsvinden. De elektrische ontlading uit de onweerswolk zien wij als bliksemflits (of bliksemontlading) en veel van die ontladingen veroorzaken op hun beurt weer geluid, wat wij in de praktijk ervaren als 'de donder'. Het ontstaan van onweer is echter een complex proces, waarbij heel veel elementen moeten samenvallen om hiertoe te komen.
Het ontstaan van onweer: parameters en indexen
Het ontstaan van onweersbuien is zoals gezegd afhankelijk van een hele serie factoren. Pas als alles in de atmosfeer 'gunstig' samenvalt kunnen zich onweerswolken vormen. Allereerst moet de lucht onstabiel zijn. Dit betekent dat er genoeg vocht en energie aanwezig is voor het ontstaan van onweer. De mate van onstabiliteit wordt in de weerkunde uitgedrukt in CAPE (Convective Available Potential Energy). Deze waarde duidt de hoeveelheid Joules (J) energie per kilogram (kg) lucht (J/kg). Het geeft eenvoudig gezegd aan hoe snel een luchtpakketje in de atmosfeer kan opstijgen, waardoor de ontwikkeling van buienwolken in gang kan worden gezet. Met de waardes in het lijstje hieronder kun je zelf een inschatting maken hoe onstabiel de atmosfeer is in een specifieke situatie.
0 J/kg CAPE | Opbouw van de atmosfeer is stabiel (geen onweer mogelijk) |
100-500 J/kg | Opbouw van de atmosfeer is licht onstabiel (kleine kans op onweer) |
500-1000 J/kg | Opbouw van de atmosfeer is matig onstabiel (redelijke kans op onweer) |
1000-2000 J/kg | Opbouw van de atmosfeer is flink onstabiel (onweer waarschijnlijk) |
2000-3000 J/kg | Opbouw van de atmosfeer is zeer onstabiel (kans op zwaar onweer) |
3000-4000 J/kg | De atmosfeer is extreem onstabiel (bij buien is zwaar onweer waarschijnlijk) |
>4000 J/kg | Uitzonderlijke onstabiliteit (bij buien zwaar onweer, zeer grote hagel etc) |
Binnen de parameter 'CAPE' zijn er nog enkele extra gradaties. Mixed-Layer CAPE (ML-Cape) is de meest realistische weergave van de hoeveelheid potentiële energie, omdat het ook goed gebruikt kan worden bij onweer gevoed vanaf enige hoogte. Toch zie je dat weermodellen vaak zijn ingesteld om de Surface-Based CAPE (SB-Cape) te berekenen. Zeker bij hitte draait dit vaak uit op onrealistisch hoge waarden, omdat het luchtdeeltje hierbij direct vanaf de grond opstijgt. En natuurlijk ligt de basis van een buienwolk nooit op de grond. Met name in geval van warmteonweer kan het een handige indicatie zijn, maar neem deze harde waarde wel met een korreltje zout. Datzelfde geldt eigenlijk voor de Most-unstable CAPE (MU-Cape). Hierbij wordt uitgegaan van het meest gunstige scenario voor ontwikkeling van de bui, ofwel de maximaal haalbare hoeveelheid onstabiliteit. Zeker interessant om te bekijken en waartoe de atmosfeer theoretisch gezien tot in staat zou moeten zijn!
Een tweede relevante parameter is de Lifted Index (LI), een andere waarde om de onstabiliteit van de atmosfeer aan te duiden. Meestal worden LI en CAPE op dezelfde kaarten weergegeven. De parameter Lifted Index geeft aan hoeveel graden de temperatuur van de omgeving lager is ten opzichte van een stijgend luchtpakketje. De weergave is in graden Celsius. Is er sprake van LI -7, dan is de lucht rondom een stijgend luchtpakketje dus 7 graden kouder dan het pakketje zelf. Hoe groter dit verschil, hoe onstabieler de atmosfeer qua opbouw is. Maar let op: alleen negatieve waarden duiden op een onstabiele atmosfeer. Staat er dus +7 (of 7), dan is er geen kans op onweer! De verdeling van de Lifted Index loopt grofweg als volgt:
Lifted Index >0° | Opbouw van de atmosfeer is stabiel (geen onweer mogelijk) |
0 t/m -2° | Opbouw van de atmosfeer is licht onstabiel (kleine kans op onweer) |
-3 t/m -5° | Opbouw van de atmofeer is flink onstabiel (kans op hevig onweer) |
-6 t/m -10° | Opbouw van de atmosfeer is zeer onstabiel (zwaar onweer mogelijk) |
< -10° | De atmosfeer is extreem onstabiel (bij buien is zwaar onweer waarschijnlijk) |
Een minstens zo belangrijke factor is windschering. Deze parameter geeft het verschil in windsnelheid aan tussen de niveaus binnen de verticale luchtkolom. Op 5 kilometer hoogte waait het namelijk veel harder dan nabij de grond waar wij leven. Het daadwerkelijke verschil tussen deze windsnelheden (dus de wind op grote hoogte minus de wind nabij het aardoppervlak) kan worden aangeduid als effectieve windschering, een waarde die iets zegt over de dynamiek in een bepaalde situatie. Let wel op: regelmatig gebeurt het dat onweersbuien niet vanaf de grond ontstaan, maar hun basis op enkele kilometers hoogte ontwikkelen. Dit gebeurt meestal boven een inversie en dat noemen we ook wel elevated convectie. Dan mag je dus niet blindelings de scheringswaarden uit weerkaarten overnemen, want die blijven alles netjes vanaf grondniveau berekenen. Dan draait het dus bijvoorbeeld om de effectieve schering vanaf 2 of 3 kilometer hoogte (en vaak levert dat een aanzienlijk lagere schering op dan het in eerste instantie lijkt).
Hoe sterker de verschillende windsnelheden uiteenlopen, hoe krachtiger buien zich theoretisch kunnen ontwikkelen. Maar er moet ook weer niet té veel windschering zijn, want dan kunnen buienwolken juist uiteen waaien. Het is de kunst om een zogenaamd 'evenwicht' te creëren tussen onstabiliteit (stijgende lucht) en windschering, zeker voor het ontstaan van zwaar onweer. Als dat evenwicht optimaal is, neemt de kans toe dat zich een tornado kan vormen. Dit gebeurde bijvoorbeeld op 23 oktober 2022 in het noorden van Frankrijk, zie de foto hierboven. Windschering wordt meestal aangeduid in knopen of knots, dat is een omgerekende waarde van km/uur.
Windschering speelt bovendien een grote rol bij de verplaatsingssnelheid van buien. Wanneer het patroon van de wind lineair is (op verschillende hoogten waait de wind uit dezelfde richting), dan zal de snelheid van buien doorgaans veel hoger zijn. In geval van heel dynamische situaties kunnen onweersbuien hierbij soms een snelheid van ruim 100 km/uur bereiken. We spreken dan alleen over speedshear, of snelheidsschering (zie afb. 1 hierboven). Wanneer de grondwind 'krimpt' ten opzichte van de wind op grotere hoogte, dus wanneer de windrichting als het ware met de hoogte mee draait, zal de treksnelheid van buien aanzienlijk lager blijven. Dan komt de term richtingsschering erbij kijken (afb. 2). Een situatie met een combinatie van beide zijn tevens de momenten waarop tornado's kunnen voorkomen.
Op basis van windschering zijn er drie gradaties te geven aan onweersbuien: single cell, multicell en supercell. Deze termen zijn overgewaaid uit het Amerikaans. Het is een kwestie van ervaring opdoen en de weerkaarten leren interpreteren hoe je het zogenaamde 'convectietype' op een goede manier kunt berekenen. Ook hierin bestaat een lijstje met getallen dat grofweg aan te houden is bij buienvorming. Daarbij spelen zowel de LLS (low level shear) als de DLS (deep layer shear) een belangrijke rol. De low level shear vindt plaats onderin de atmosfeer, doorgaans de onderste kilometer. Deze waarde is alleen relevant wanneer buien vanaf de grond gevoed worden, anders kun je het meteen wegstrepen. Deep layer shear is altijd te gebruiken: deze waarde reikt tot op 6 of 7 kilometer hoogte. Alles vanaf de 30-35 knopen windschering noemen we dynamisch onweer, zoals een krachtig buiencluster van multicellen (MCS - Mesoscale Convective System), een goed ontwikkelde buienlijn (eventueel bow-echo) of buien die al tijdelijk kenmerken krijgen van een supercell. Boven de 40 knopen moet je vaker aan exemplaren van het supercell-type denken, dat zijn buien die om hun eigen as roteren. En dus in extreme gevallen een tornado kunnen vormen.
0-5 kn schering | Stationaire cellen/pulse storm | Levensduur: <30 min |
5-20 kn | Single cell | Levensduur: 30-60 min |
20-30 kn | Multicell | Levensduur: tot enkele uren |
30-40 kn | Multicell (MCS/lineair, lok. supercell kenmerk) | Levensduur: soms >6 uur |
> 40 kn | Supercell | Levensduur: soms >6 uur |
Zwaarste type onweer: de supercell
Zoals je hierboven in de tabel kunt zien is de ‘supercell’ het meest dynamische soort onweer. Tevens leveren deze buien doorgaans het grootste gevaar op wat betreft randverschijnselen. Zo gaat een goed ontwikkelde supercell vrijwel altijd gepaard met flinke hagelstenen van (ten minste 4-5 centimeter doorsnede, maar soms véél groter) en een zeer hoge bliksemintensiteit. Ook windstoten tot ver boven de 100 km/uur komen regelmatig voor bij een supercell. Een tornado wordt minder gezien, maar kun je nooit bij voorbaat uitsluiten. De term supercell is komen overwaaien uit het Amerikaans en heeft vooral daar een uitgesproken betekenis. Vrijwel iedereen kent daar de definitie ervan en vooral wat het kan aanrichten, bij ons in Europa is dat beduidend minder bekend. Al vallen in het westen en centrale deel van Europa ook jaarlijks slachtoffers door supercellen, met name in een brede zone rondom de Alpen en in Frankrijk.
Twee voorbeelden van zelf gespotte supercellen in 2022: de eerste bij Straatsburg (Frankrijk) en de tweede in Kansas, Amerika
Een supercell kan in een zeer gunstige atmosfeer vele uren in leven blijven, in uitzonderlijke gevallen zelfs langer dan een etmaal. De bui vormt dan als het ware een plaatselijk eigen klimaatje en kan zo zichzelf langdurig in standhouden. In tegenstelling tot bijvoorbeeld onweersbuien van het multicell type. Maar wat is er eigenlijk allemaal nodig om überhaupt kans te maken op een supercell? Nou, dat is nogal een lijstje. De atmosfeer moet aan zeer specifieke voorwaarden voldoen en dat is zeker in Nederland absoluut niet eenvoudig. De luchtsoort moet allereerst zeer warm en vochtig zijn, anders gaat het waarschijnlijk niet lukken. Al moet gezegd dat ook ’s winters supercellen op kleine schaal en met een lage wolkentop kunnen voorkomen. Dat noemen we ‘low topped supercellen’. In principe hoeven die buien niet minder extreem uit te pakken, maar meestal is dat wel het geval. Verder moet de lucht op hoogte flink koud zijn: met elke kilometer stijging moet de temperatuur minimaal 8 tot 10 graden dalen. Hoe groter het temperatuurverschil tussen grondniveau en de hogere luchtlagen bedraagt, hoe onstabieler de opbouw potentieel wordt.
Het allerbelangrijkste, nog veel invloedrijker dan een forse bult met CAPE, is effectieve windschering. Er ligt een soort ondergrens in het verkrijgen van windschering om tot convectietype supercell te komen: dat is circa 40 knopen, ofwel ongeveer 75 km/uur. Het verschil in windsnelheid tussen het aardoppervlak en 5-6 km hoogte moet dus minimaal 75 km/uur zijn, maar bij voorkeur hoger. Door deze forse marge in windsnelheid vormt zich een horizontaal roterende luchtkolom, die de onweersbui aangrijpt om zich krachtiger te ontwikkelen.
Supercell met zogenaamde 'hook-echo' op de zuidwestzijde van de bui. Bron afbeelding: ustornadoes.com
Verder heeft een supercell nog enkele zeer opvallende kenmerken die ieder ander soort convectie niet bezitten. Aan een supercell ontstaat vaak een soort boonvormig aanhangsel, ook wel een hook-echo genaamd. Dat punt verraadt de rotatie in de verticale kolom van de buienwolk. Als je een hook op de radar ziet verschijnen is dat vaak de laatste stap tot het ontwikkelen van een tornado, omdat de rotatie dan doorgaans al zeer sterk aanwezig is. De neerslag raakt als het ware al volledig ingedraaid. In bijvoorbeeld het oosten van Australië en Tornado Alley in Amerika ontwikkelen veel buien een hook-echo, terwijl dat aantal in Europa wat lager ligt. Maar ook hier komen ze voor. En soms heel fors! Ook een hailspike is een typisch verschijnsel dat kan optreden bij zware buien, al heb je daar niet persé supercell voor nodig. Een radartoren zendt constant signalen uit en zodra die worden teruggekaatst door neerslag, zien wij op de radar een bui in bepaalde echo’s verschijnen. Bij een hailspike ketst dit radarsignaal echter via grote hagelstenen tegen de grond en zo enkele keren verticaal heen en weer. Waar een normaal radarsignaal direct gereflecteerd wordt terug naar de toren. Bij het op en neer ketsen treedt vertraging van het signaal op en zodoende denkt de radar dat het signaal van verder weg komt. Precies in het verlegde van de toren vormt zich dan een soort lijntje met valse echo’s dat naar de andere zijde van de bui uitsteekt. Ook in Nederland hebben we dit wel eens gespot. Hieruit kun je opmaken dat er sprake is van (zeer) grote hagelstenen. In extreme gevallen kan zelfs rondvliegend puin tijdens een tornado voor hailspikes (of ‘three body scatter spikes’) zorgen, al is dat echt uiterst zeldzaam.
Supercellen met een zogenaamde hailspike in Amerika, april 2023 (beelden: RadarScope)
Wat een supercell verder onderscheidt van andere buien, is dat de buienwolk zichzelf als het ware in tweeën kan splitsen. Dit noemen we ook wel een ‘splitting supercell’. Er ontwikkelt zich dan een leftmover en een rightmover supercell. Zoals de naam al suggereert buigt de leftmover voor het oog naar links af en de rightmover koerst steeds sterker naar rechts. Een prachtig voorbeeld van een splitting supercell in Nederland zagen we tijdens de situatie van 18 juni 2021 bij Leersum. Tijdens een storm chase kun je je nog wel eens flink verkijken op deze sterke koerswijziging die buien hierdoor soms ontwikkelen. Afhankelijk van de heersende weersituatie wordt één van de twee cellen na splitsing dominant; in het merendeel van de setups is dat de rightmover. Onder invloed van zeer gunstige dynamiek komt het ook voor dat beide supercellen na splitten vervolgens nog vele uren actief blijven. Daarnaast kan het gebeuren dat een zojuist gesplitste supercell zich even later nogmaals ‘deelt’ in left- en rightmover en dat blijft doen zolang de voorwaarden daarvoor gunstig zijn. Het proces van splitten kan zelfs blijven voortduren totdat de verticale windschering van de omgeving niet langer voorkeur geeft aan het splitten van supercellen. Of anderzijds wanneer de buien natuurlijk in een minder gunstig regime terecht komen.
Windhoos, tornado of misschien "mini-tornado"?
In Nederland kennen we verschillende termen voor een zogenaamd hoosverschijnsel. Zo heb je waterhozen, ook wel 'water spouts' genoemd, het meest onschuldige type binnen de categorie hoosverschijnselen. Dan rekenen we de piepkleine wervelwindjes op straat tijdens een windrijke dag even niet mee. Waterhozen ontstaan bij voorkeur in de latere zomer of het najaar boven lekker warm zeewater, terwijl koude lucht op grote hoogte met enige onstabiliteit over het water stroomt. Doorgaans zijn dit onschuldige slurfjes die na korte tijd ook weer verdwijnen. Het komt slechts zelden voor dat zo'n exemplaar het land optrekt, daar enige tijd overleeft en dan ook nog eens schade veroorzaakt.
Veel gevaarlijker zijn hoosverschijnselen van het supercellulaire type, ofwel gelinkt aan het zwaarste soort onweer. In Nederland noemen we dit ook wel windhozen, maar de Amerikaanse term tornado volstaat hiervoor ook prima. Soms wordt beweerd dat windhozen 'zwakke varianten' van tornado's zijn, maar dat is een misvatting. In feite is een windhoos gewoon de Nederlandse benaming voor tornado. Ze zijn exact hetzelfde opgebouwd. Uiteraard komen relatief zwakke tornado's veel vaker voor dan sterke gevallen en dat is overal ter wereld hetzelfde. Zodra een funnel duidelijk voortkomend uit een supercell de grond raakt, mag je spreken van een tornado. En een 'mini-tornado' dan? Die term zien we de laatste jaren veelvuldig in de media opduiken. Nee! Het is niet eens een bestaande term, maar gewoon zelfbedacht. Mini-tornado is absoluut een no go: een tornado is nooit 'mini', al kan een EF0 in de praktijk nog wel eens zo overkomen. En de bijbehorende schade is al helemaal niet 'mini' voor de mensen die getroffen zijn.
De kracht van tornado's wordt geclassificeerd in de schaal van (Enhanced-) Fujita, lopend van EF-0 tot EF-5. Die verdeling is hieronder weergegeven:
EF*0 | Windsnelheid tot 137 km/uur | Lichte schade: afgewaaide dakpannen, enkele omgewaaide bomen |
EF*1 | Windsnelheid 138-178 km/uur | Matige schade: grote schade aan bossen, veel daken beschadigd |
EF*2 | Windsnelheid 179-218 km/uur | Ernstige schade: daken van huizen, bomen van de stam 'gedraaid' |
EF*3 | Windsnelheid 219-266 km/uur | Zware schade: auto's opgetild, grote schade aan huizen en gebouwen |
EF*4 | Windsnelheid 267-322 km/uur | Extreme schade: gebouwen vernield, levensgevaar door vliegende voorwerpen |
EF*5 | Windsnelheid >322 km/uur | Catastrofaal: vrijwel alles in het landschap verwoest, direct levensgevaar |
Ook in Nederland komt met enige regelmaat schade voor door een tornado, zoals hier bij Nijmegen (2019) en Bilthoven (2021)
In Nederland komen tornado's vrij frequent voor, doordat de straalstroom met meer windschering vaak in onze nabijheid ligt. Al gaat het doorgaans om kortlevende exemplaren. Die leveren mede door de beperkte levensduur zelden grote schade op. Bovendien ligt ons land vlak aan zee en dat beïnvloedt het risico op het ontstaan van echt grote tornado's. Daarvoor moeten de omstandigheden 100% optimaal zijn en in Nederland of België gebeurt zoiets enkel in zeer uitzonderlijke gevallen. Zoals bijvoorbeeld op 25 juni 1967 toen twee EF-3 tornado's het zuiden van ons land troffen. In landen als Frankrijk, Duitsland en meer richting Oost-Europa komen zulke tornado's vaker voor omdat daar meer een landklimaat heerst. Je ziet in de Benelux ook vaak grote kansen op zeer dynamisch onweer in de weerkaarten verschijnen, maar dan valt het de dag zelf relatief mild uit. Dit wordt 9 op de 10 keer veroorzaakt door een element dat net niet perfect uitvalt, bijvoorbeeld iets meer wolkenrestanten van oude buien of een zeewind die eerder opsteekt dan voorzien. Dit soort setups heb ik ook in de storm chaseverslagen meermaals beschreven.
De beste voorbeelden van recent vrij hevige tornado's zijn 10 mei 2012 (Oost-Brabant), 4 juni 2019 (o.a. in Gelderland), 19/20 oktober 2021 (delen van Zuid-Holland, Utrecht en Gelderland) en de zomer van 2022 in Zuid-Limburg en vlakbij Zierikzee. Tussentijds hebben zich hier nog zeker acht tot tien potentiële kansen op flinke tornado's voorgedaan, die uiteindelijk niet 'benut' werden. Vooral de situatie van 4 juni 2019 was een stevige: één tornado hield het toen meer dan een uur vol en trok een spoor van vernieling over liefst bijna 90 km afstand (van Nijmegen tot diep in Twente). Op 23 oktober 2022 kwam het in de Benelux net niet tot tornado's, maar een uitzonderlijk langlevende tornado hield het toen bijna 150 km vol tot aan de Belgische grens. Een Frans dorp tussen Amiens en Lille werd door die EF-3 met windsnelheden tot 230 km/uur grotendeels verwoest.
Naast tornado's komt windschade door een downburst (of valwind) nóg veel vaker voor. Schade die ook wel eens met elkaar wordt verward. Het is echter duidelijk te onderscheiden door middel van enig onderzoek. Het belangrijkste kenmerk van valwindschade is dat bijvoorbeeld de bomen allemaal één en dezelfde kant op liggen. Bij een tornado roteert de luchtkolom over korte afstand sterk en daarbij zullen bomen in verschillende richtingen omvallen, waarbij vaak de breedte van de tornado waar te nemen is. In geval van een windhoos of tornado doet de schade zich bovendien voor in relatief smalle sporen. Zo'n schadespoor kan uit het niets ophouden, zoals ikzelf in 2021 heb waargenomen bij Bilthoven. Dan heeft de hoos zich ineens teruggetrokken in de wolk. Bij een downburst is de schade vaak veel grootschaliger, soms wel enkele kilometers breed. En niet in sporen gevormd door het landschap.
Rol van de straalstroom
De straalstroom is een sterke wind die waait tussen 7 en 10 kilometer hoogte in de atmosfeer. Langs onze breedtegraad heeft deze wind vaak directe invloed op het weer aan het aardoppervlak en dat merken we het hele jaar door. De straalstroom kan onder specifieke omstandigheden zware stormen veroorzaken, zomerse onweersbuien extra dynamisch maken, maar bijvoorbeeld ook de kans op winterweer vergroten bij een bepaalde positie in januari of februari. Soms meandert deze 'rivier' van luchtstromingen namelijk sterk: dan komen we in een noordelijke of zuidelijke stroming terecht.
Straalstroom over West-Europa in februari 2022, met aangegeven de richteringang en linkeruitgang. Bron: WXcharts.com
We spreken lang niet altijd over de straalstroom. Geregeld ligt ze namelijk te ver weg om invloed uit te oefenen op ons weer, bijvoorbeeld wanneer sprake is van een hogedrukgebied. Dan is de atmosfeer heel rustig en staat er ook op grote hoogte weinig stroming. Er is sprake van een straalstroom wanneer de wind doorgaans harder waait dan 90-100 km/uur. Echter: vaak worden aanzienlijk hogere snelheden bereikt, tot meer dan 300 km/uur aan toe. Het zijn de kronkels en bochten in dit patroon die extra heftigheid aan het weer kunnen geven.
Het ontstaan van een zware storm zit bijvoorbeeld nogal complex in elkaar. In ieder geval vormt de straalstroom een belangrijk element in het vormen van een krachtig lagedrukgebied, dat stormen kan veroorzaken. Als in onze regio verschillende luchtsoorten met elkaar botsen, bijvoorbeeld subtropische en polaire lucht, kan dat zorgen voor een sterke straalstroom boven ons hoofd. De exacte ligging van de straalstroom bepaalt hoe stevig de wind waait en waar een lagedrukgebied in korte tijd snel uitdiept. Dit geldt even zo goed voor de positie van een onweersstoring ten opzichte van de straalstroom in de lente en zomer. Binnenin de straalstroom bevinden zich gebieden met zogenaamde versnellingen. In zo’n specifiek gebied, dat noemen we een jet streak, waait de wind nog eens extra hard. Het is de exacte ligging van deze jetstreaks die van belang zijn voor het ontstaan van stormen en tevens dynamische onweersbuien in de zomerperiode. Langs de rechteringang (RI) en de linkeruitgang (LU) van zo’n jetstreak vindt cyclogenese plaats. Dit zijn de zones waar de lucht op grote hoogte divergeert (uit elkaar beweegt). Uiteindelijk zorgt dit proces voor opwaartse luchtbewegingen. Deze opwaartse luchtbewegingen zorgen voor het ontstaan van onstabiliteit, wat voor extra krachtige ontwikkeling van onweer kan leiden tijdens de zomermaanden. En het is exact dit proces dat ervoor kan zorgen dat een lagedrukgebied in dat specifieke gebied snel uitdiept. Als een lagedrukgebied uitdiept, dan daalt de kerndruk en neemt de luchtdrukgradiënt rondom de kern toe. De isobaren op de weerkaart komen dichterbij elkaar te liggen. In dat gebied zal de wind dus sterk in kracht toenemen. In uitzonderlijke gevallen kan op deze wijze een (zware) storm ontstaan. Bij zwaar onweer kan o.a. veel wind op hoogte zorgen voor enorme hagelstenen, zie de foto uit juni 2022 in Duitsland.
Zowel windstormen als zware onweersstoringen kunnen elkaar bij een standvastige ligging van de straalstroom in korte tijd opvolgen binnen hetzelfde gebied. Dat zagen we bijvoorbeeld in juli 2010, juni 2014 en juni 2021 (onweer) en in februari 2020 en 2022 (windstormen).
Een 'trigger' is nodig
Je kunt natuurlijk een enorme hoeveelheid energie (springstof) hebben, maar springstof gaat zonder vuurtje niet af. Op gebied van convectie is dat laatste 'vonkje' ontzettend belangrijk. Er kan nog zoveel potentiële energie in de atmosfeer aanwezig zijn, maar zonder dat ene vonkje zal er helemaal niets gebeuren. Zo'n laatste zetje noemen we ook wel een trigger en daarbij gaat het om verticale luchtbewegingen, ofwel extra lift. Die opwaartse luchtstromingen zijn bijvoorbeeld veel sterker bij een front, wanneer de ene luchtsoort de andere luchtsoort optilt. In de zomer ontstaan de zwaarste onweersbuien in ons deel van Europa meestal langs een thermische vore of trog. Dit is een soort convergentielijn. Langs zo'n zone botsen twee luchtstromingen als het ware op elkaar. Hierdoor wordt de lucht in een smalle strook gedwongen om extra snel te stijgen, een ideale trigger voor de vorming van buienwolken. Wanneer de temperatuur aan het aardoppervlak hoog genoeg is, zullen de buien dan in een rijtje als paddenstoelen uit de grond schieten. Maar wel alleen langs die zone van enkele tientallen kilometers breed.
Er zijn talloze voorbeelden van situaties waarbij een gigantische hoeveelheid CAPE/SHEAR aanwezig was, maar de trigger ontbrak. De lucht blijkt dan te droog te zijn en buienwolken kunnen niet uitgroeien tot volwaardige exemplaren. Daarom is het belangrijk om te onthouden dat felgekleurde kaarten met CAPE in de zomer lang niet altijd 'zwaar onweer' betekenen. Er speelt veel meer mee dan alleen CAPE...
Wolkensoorten bij zware buien
In het donker zie je onweer soms al van honderden kilometers afstand, zeker wanneer de lucht rondom een onweersbui vrij is van andere bewolking. Zo zijn er voorbeelden van onweer nabij de Waddeneilanden, waarvan het weerlicht in Zuid-Limburg werd waargenomen. Dit kan behoorlijk indrukwekkend zijn. Overdag is onweer in een vroeg stadium moeilijker in te schatten, maar onweerswolken kondigen zich soms al uren van te voren aan. Op een broeierige dag in de vochtig warme lucht, zie je rond zonsopkomst soms allemaal kleine wolkentorentjes, zogenaamde altocumulus castellanus. Deze wolken verraden de grote onstabiliteit hogerop in de atmosfeer. Ze lossen vervolgens in de loop van de ochtend op, maar regelmatig komt het binnen 12 uur na het zien van deze wolkensoort tot onweersbuien.
Voorbeelden uit 2022 van een vrijstaande rolwolk (aangelicht door blikseminslag) en een shelfcloud (plankwolk).
Wanneer een onweersbui op 20 tot 100 kilometer van jouw plaats aanwezig is, kun je een enorme aambeeldvormige wolk spotten. Dit noemen we ook wel een cumulonimbuswolk. Vaak is de ijskap van zo'n bui compact en zie je precies waar de bui hangt, maar bij zwaar onweer kan de hoge bewolking van een aambeeld honderden kilometers voor een onweersbui uit waaien. Vanuit de satelliet lijken dit soort ploffers ook wel op uitsmerende pannenkoeken. In dat aambeeld kan mammatus ontstaan, dat zijn grote bolachtige structuren van uitzakkende koude lucht die uit de wolk omlaag donderen. Vaak tussen de anderhalve en drie kilometer in doorsnede. Dit verschijnsel vindt sporadisch aan de voorzijde, maar meestal aan de achterzijde van een bui plaats en is in de meeste gevallen kortdurend van aard. Als een onweersbui echt dichtbij komt, is aan de voorzijde soms een rolwolk of shelfcloud zichtbaar. Dat kan zeer fotogeniek zijn. Maar voor veel mensen ook enigszins angstaanjagend. Achter deze wolkenkraag bevindt zich vervolgens de regen, maar soms ook hagel en windstoten. Wanneer je dit soort wolken waarneemt, bevindt het onweer zich meestal binnen een afstand van 10 kilometer. Een gemiddeld forse onweersbui duurt op een willekeurige plaats doorgaans (veel) minder dan een uur, dus het noodweer is vaak van korte duur.
'Het onweer komt niet over de rivier'
Veel gehoord in de praktijk: een onweersbui die niet over de rivier komt, blijft hangen boven een dal in een glooiend landschap of altijd 'in tweeën breekt' wanneer het onweer nadert. Dat beeld is vroeger ontstaan toen men niet de apparatuur voor handen had om het gedrag van buien te analyseren. Dan ontwikkel je een beeld of idee op basis van gevoel, wat heel logisch is. Tegenwoordig weten we echter wel beter. Een smal strookje water in het landschap of een heuvel van 50-100 meter hoogte heeft echt geen invloed op een volwassen onweersbui. Zwaar onweer dendert daar moeiteloos overheen. Dat geldt evenmin voor een dorp of bosrijk gebied zoals de Veluwe. Boven een bepaalde (sterk opwarmende) grondsoort (meestal zand) kan het onder specifieke omstandigheden wel eerder tot de ontwikkeling van een bui komen, maar dat heeft een andere oorzaak.
Enorme buienwolken tot 15-16 km hoog, met veel bliksem en noodweer, trekken zich echt niets aan van een rivier of heuvel in het landschap. Alleen veel grotere elementen kunnen invloed hebben op onweer. Foto's: Flevoland (2015) en Stuttgart/D (2019).
Je moet je voorstellen dat een volwassen buienwolk een hoogte tussen de 10 en 15 kilometer bereikt. In uitzonderlijke gevallen zelfs nog iets hoger. Vaak zijn die buien minstens 20-30 kilometer breed en sterk ontwikkelde buiencomplexen kunnen zelfs honderden kilometers in doorsnede worden. Een rivier met een breedte van een paar honderd meter heeft natuurlijk geen enkele invloed op zo'n enorme buienwolk, daar trekt de bui zich echt niets van aan. Wanneer de achterzijde van een fors onweer bijvoorbeeld boven de Maas in Noord-Limburg hangt, kan de voorzijde zich al zowat in de Achterhoek bevinden, 30 tot 40 kilometer verderop. Ook dorpen of een heuvel/stuwwal met beperkte hoogte oefent geen invloed uit op onweer. Sterker nog: bij een wat groter heuvelachtig gebied kan het door opstuwing lokaal zelfs nog harder gaan regenen.
Maar wat heeft dan wél invloed op die zware buien? Grote wateroppervlakken zeker, maar dan moeten ze ten minste vele tientallen vierkante kilometers bedragen in omvang. Het IJsselmeer en Markermeer zijn ruimschoots groot genoeg om de voeding aan een onweersbui te onttrekken, omdat de temperatuur boven dergelijke wateren tijdens zomerdagen eenmaal achterblijft ten opzichte van het land. En warmte op een broeierige zomerdag fungeert als voeding voor een bui. Wanneer deze warmte gedurende langere tijd wordt afgesneden van de bui, zal de wolkentop afnemen en zakt de bui geleidelijk in. Dit geldt zeker voor buien van het single cell en (zwak) multicell-type, de wat minder dynamisch ontwikkelde buien dus. In de herfst geldt dit principe juist omgekeerd: dan is het zeewater veel warmer dan het land en kunnen vooral langs de kust zware buien ontstaan. Trekken die buien het koudere land op, dan neemt de activiteit snel af. En uiteraard vormen bergketens een groot extra risico bij onweer. Als een bui tegen een berg botst, dan kan de lucht nog maar één kant op: omhoog. Bij die sterk extra stijgende luchtbewegingen kan het soms tot gigantische hagel komen. Dat zien we vaak rondom de Alpen, zoals in het zuiden van Duitsland en in Noord-Italië (o.a. regio Gardameer). Maar ook middelgebergtes als het Sauerland of de Vogezen kunnen onder bepaalde omstandigheden zware hagel veroorzaken. Toch trekt zelfs dán de buienwolk van vele kilometers hoog tamelijk moeiteloos verder.
Als zich bij ons in de buurt noemenswaardige onweerskansen aandienen, dan wordt dat uitgebreid beschreven in de Forecast tekst op deze site.
Verder heb ik op de website uitgebreide verslagen online staan over bijzondere onweerssituaties. Begeleid door veel foto's, weerkaarten, analyses en andere uitleg. Die storm chaseverslagen zijn via deze pagina te bekijken!