De basisbegrippen van onweer

Het voorspellen van onweersbuien is een hele klus… maar absoluut geen onmogelijke. Ben je gefascineerd door het weer en wil je eindelijk eens weerkaarten kunnen lezen om onweer te kunnen voorspellen, dan moet je je aandacht op Bliksemdetectie.nl houden. In een reeks artikelen behandelen we namelijk de ingrediënten van een goede onweerverwachting en hoe je de weerkaarten zelf kunt aflezen.

Vandaag beginnen we met de absolute basis. We beschrijven wat onweer is en welke soorten onweer er zijn. Ook beschrijven we een aantal meteorologische mechanismen die in de meeste gevallen in Nederland en België onweer veroorzaken.

Wat is onweer?

Laten we voor de huis-tuin-en-keukendefinitie van onweer de Van Dale erbij pakken:

on·weer (het; o; meervoud: onweren)

storing in de dampkring met donder en bliksem

Maar dat wist je natuurlijk al wel. Basisingrediënten van een onweersbui zijn een elektrische ontlading die bliksem wordt genoemd en een akoestisch gevolg van de bliksem dat donder wordt genoemd. Er zijn verschillende soorten bliksem. Zo komen binnen wolken zelf bliksems voor, die intracloud-bliksems worden genoemd. Als tussen twee verschillende wolken een bliksem optreedt wordt dat een cloud-cloud-bliksem (cc-bliksem) genoemd. Blikseminslagen worden veroorzaakt door cloud-ground-bliksems (cg-bliksems).

Een bliksem zoekt om zich een weg door de lucht te kunnen banen een ‘bliksemkanaal’ in de atmosfeer. In dat kanaal loopt de temperatuur in een fractie van een seconde met 10000 graden Celcius op. Dat veroorzaakt een schokgolf die zich met de snelheid van het geluid – pakweg 343 m/s – voortplant. Dat verklaart waarom de bliksem bij drie seconden tussen flits en donder zo’n kilometer bij je vandaan is.

Onweer ontstaat in een buienwolk. In het Latijn heet die wolk cumulonimbus. Een dergelijke buienwolk bereikt soms hoogten tot 12 kilometer; in zeldzame gevallen zelfs 15 tot 18 kilometer, ruim in de stratosfeer. Dat komt doordat stijgende luchtdeeltjes bij een enorm onstabiele atmosfeer niet zomaar af te remmen zijn en soms kunnen doorschieten.

Het algemene verloop van een onweersbui

Hoe een onweersbui ontstaat en wat de vorming ervan tegenhoudt kan op 1001 manieren worden beschreven. Toch vormt iedere bui zich op vrijwel dezelfde manier. Op het moment dat een luchtdeeltje stijgt, neemt de temperatuur ervan af. Luchtdeeltjes stijgen doordat ze warm worden of worden opgetild. Uiteindelijk bereiken deze deeltjes het Lifted Condensation Level (LCL). Vanaf deze hoogte condenseert het water in de luchtdeeltjes en vormt zich een stapelwolk. In het Latijn heet zo’n wolk een cumulus.

Afhankelijk van het feit of zo’n luchtdeeltje verder kan stijgen groeit de wolk verder. Dat wordt bepaald door een simpele regel: als het deeltje warmer is dan zijn omgeving, stijgt het. Je kent het begrip “warme lucht stijgt” waarschijnlijk wel – dat is precies hetzelfde. Als het deeltje verder stijgt kan het een volgend punt bereiken: het Level of Free Convection (LFC). Vanaf dan kan het vrijelijk verder stijgen zonder dat enige vorm van optilling of opwarming noodzakelijk is. Het stijgt tot het Equilibrium Level (EL). Op het EL en hoger is de omgeving warmer dan het deeltje zelf, waardoor het niet meer verder kan stijgen.

Tussen het LFC en het EL kan zich onstabiliteit opbouwen. Op de technische zaken komen we in het volgende artikel terug, maar hoe meer onstabiliteit er aanwezig is, hoe sterker een onweersbui kan worden. Afhankelijk van de onstabiliteit (die gemeten wordt middels de CAPE) groeit een bui uit naar het buienstadium, waarna het een cumulonimbus genoemd wordt.

Zo’n buienwolk heeft een stijgstroom en een daalstroom. Middels de stijgstroom wordt energie de bui ingezogen, waardoor deze kan groeien. De daalstroom stuurt koele lucht naar het aardoppervlak. Afhankelijk van de atmosfeer snijdt bij een groot deel van de buien de daalstroom de stijgstroom uiteindelijk af. De bui verliest dan zijn voedingsbron en sterft uiteindelijk uit. Sommige typen buien (waaronder supercells en Mesoscale Convective Systems) hebben echter zo’n dynamische setting dat beide stromen lang naast elkaar kunnen blijven bestaan. Een dergelijke bui of systeem kan dan uren blijven bestaan en soms zelfs de nacht overleven.

Welke typen onweer komen in Nederland en België voor?

Onweer kan op een heleboel verschillende manieren worden veroorzaakt. Voor Nederland en België zijn er slechts een aantal gangbaar. Die leggen we hieronder uit aan de hand van een beschrijving en een illustratie. Daarvoor gaan we ervan uit dat je weet hoe lucht van een hoge- naar een lagedrukgebied stroomt en wat fronten zijn. Let er wel op dat de verschillende soorten ook als combinaties kunnen voorkomen.

» TIP: kijk bij naderend onweer eens op de luchtdrukanalyse (klik op knop ‘Latest’) en probeer te ontdekken om welk soort onweer het gaat!

Warmteonweer

We zien hiernaast een typische setting van een warmteonweer. In zo’n situatie ligt het vasteland van Europa onder de invloed van een hogedrukgebied. Zoals je op de illustratie kunt zien komt de lucht gestroomd uit zuidoostelijke richtingen. Dat betekent dat warme lucht naar de Benelux wordt gevoerd, zoals je aan de rode pijl kunt zien.

De onderste laag van de atmosfeer wordt snel warm waardoor spontaan buienvorming kan optreden. Deze buienvorming ontstaat enkel en alleen door warmte, wat verklaart waarom het warmteonweer heet. De lucht stroomt niet snel en gevormde buien blijven lang op dezelfde plek hangen. Dynamische verschijnselen zijn bijzaak. Onweerliefhebbers moeten het bij warmteonweer vooral hebben van enorme hoeveelheden neerslag en intensieve bliksem.

Afhankelijk van de windrichting is het warmteonweer sterker. Als in de ZO-wind de zuidcomponent sterker is dan de oostcomponent wordt er van tropisch onweer gesproken. In de onderste lagen van de atmosfeer is dan voldoende vocht aanwezig. Hoe meer vocht in de onderste lagen van de atmosfeer, hoe sneller een bui kan groeien. Dat komt doordat vocht de warmtewisseling in een bui bevordert. Er is minder vocht bij een ZO-wind met een sterkere oostcomponent dan zuidcomponent, wat subtropisch onweer wordt genoemd. De buien komen dan moeilijker op gang. Windstoten zijn dan het belangrijkste kenmerk.

Warmteonweer herkennen op de weerkaart

Als we warmteonweer willen herkennen op de berekeningen van weermodellen, dan hebben we een reeks weerkaarten nodig. Allereerst moeten we kijken naar de luchtdruksituatie op het 500 hPa-vlak. Die weerkaarten geven de posities van hoge- en lagedrukgebieden, troggen, vores, et cetera, aan op een hoogte van pakweg 5,5 kilometer hoogte. Op het moment dat we een situatie waarnemen die lijkt op de bovenstaande, kunnen we inschatten dat er een kans is op warmteonweer.

Vervolgens pakken we de CAPE-kaarten erbij. We bepalen hoeveel onstabiliteit er die dag wordt verwacht aan de hand van CAPE-kaarten (of stiekem eigenlijk MLCAPE-kaarten). Als blijkt dat de atmosfeer potentieel onstabiel is, kijken we op de neerslagkaarten of er (convectieve) neerslag wordt verwacht. Als we neerslagsignalen zien, weten we dat er een kans is dat er warmteonweer ontstaat.

Je kunt ook een sounding of progtemp gebruiken om de onstabiliteit te gebruiken. Daar komen we in een volgend artikel op terug.

Links naar weerkaarten vind je onderaan dit artikel.

Dynamisch onweer

Dynamisch onweer ontstaat vaak vanuit een situatie waarbij er een hogedrukgebied ligt boven het Europese vasteland. Om dat jezelf te kunnen inbeelden kun je naar de luchtdruksituatie onder kopje ‘warmteonweer’ kijken. Bij dynamisch onweer gaat het echter net iets anders: een lagedrukgebied gaat zich bewegen richting de Britse Eilanden. Daardoor ontstaat er een situatie die in vaktermen ook wel Spaanse pluim wordt genoemd. Zeer hete, vochtige lucht wordt vanuit het zuidwesten aangevoerd.

Een Spaanse pluim staat heel vaak garant voor zware onweersbuien. Dat komt doordat bij een lagedrukgebied een koufront hoort dat Nederland nadert. Daarvoor ontstaat meestal een convergentielijn. Zo’n lijn ontstaat aan de grond als twee luchtstromingen bij elkaar komen. Dat kan op een lagedrukvore: een uitloper van een lagedrukgebied. Op de convergentielijn op de illustratie is er sprake van een lagedrukgebied ten noorden van de convergentielijn en een uitloper precies daar waar de convergentielijn ligt. Dus: dergelijke lijnen ontstaan vaak op lagedrukvores vóór de daadwerkelijke fronten uit.

Een vore en convergentielijn herkennen op de weerkaart

Allereerst bepalen we hoe we een vore kunnen herkennen op de weerkaart. Eerst moeten we dan zeggen dat een trog praktisch hetzelfde is. Het enige verschil is de afstand tussen de isobaren op een drukkaart. Isobaren zijn de lijnen (de witte op de illustratie rechtsboven) die gelijke luchtdruk met elkaar verbinden. Bij een vore is die afstand groter dan bij een trog. Beide termen worden in de praktijk door elkaar gebruikt.

Als je een trog of vore wilt herkennen, kun je kijken op verschillende hoogtes. Gangbaar zijn 5,5 kilometer (het 500 hPa-niveau) en 1,5 kilometer (het 850 hPa-niveau). Als je de luchtdrukkaart bekijkt en zoekt naar een trog, moet je zoeken naar isobaren die ‘hol’ zijn naar een kern van een lagedrukgebied, allen in een lijn (die mag buigen) naar het lagedrukgebied toe. Zie onderstaande afbeelding voor een voorbeeld van een trog (trough). Iets boven het ingetekende lijntje is de holheid in de isobaren in de richting van het laag te zien:

Als je op het 850 hPa-vlak een trog hebt gevonden, kan dat een aanleiding zijn om te zeggen dat zich daar ook een convergentielijn bevindt. Zo’n lijn vormt zich namelijk vrijwel altijd op een trog. Als je op de windkaart (waar de windrichting is ingetekend) naar de regio van de trog kijkt en windrichtingen ziet die naar elkaar toegericht zijn (dat hoeft niet recht tegenover elkaar, het is genoeg als lucht elkaar lijkt te gaan raken), dan weet je dat je een convergentielijn hebt gevonden. Zo simpel is het.

Links naar weerkaarten vind je onderaan dit artikel.

Convergentielijnen en stijgende luchtbewegingen

Op de convergentielijn kan de lucht niet weg en moet daarom stijgen. Zoals we eerder hebben behandelt vindt er bij stijgende luchtbewegingen buienvorming plaats. Dat is ook wat op het satellietbeeld van een typische Spaanse pluim hieronder te zien is. We zien een koufront (de wolkenband behorend bij het met ‘L’ aangegeven lagedrukgebied bij de Britse Eilanden). Daarachter stroomt koelere polaire lucht naar onze regio. Vóór het front wordt zeer hete lucht aangevoerd. De regio van deze warme lucht wordt ook wel Warm Conveyor Belt (WBC) genoemd. Maar voor het front zijn ook stevige onweersbuien te zien. Die zijn ontstaan op een voor het front liggende convergentielijn.

Dergelijke buien kunnen worden geclassificeerd als dynamisch onweer. Karim Hamid, een bekende Belgische onweerverwachter, noemt het ook wel ‘midwestonweer’, analoog aan luchtdruksituaties waarbij in de Verenigde Staten vaak zware onweersbuien ontstaan met enorme hagel en tornado’s. En inderdaad: op dit type onweer zien we ook in Nederland vaak de zware randverschijnselen als grote hagelstenen en soms ook tornado’s. Verder moet je bij dergelijk onweer rekening houden met veel regen, zware windstoten en een hoge bliksemintensiteit. Als er overlast wordt veroorzaakt door onweersbuien, dan is het vrijwel altijd door een onweer van deze soort.

Een thermisch lagedrukgebied

Soms wordt het zó warm dat de onderste laag van de atmosfeer (pakweg de eerste 2000 meter) behoorlijk wordt opgewarmd. Er stijgen dan zoveel luchtdeeltjes op dat er feitelijk een kleiner aantal deeltjes aanwezig is dan in de rest van de omgeving. Er ontstaat dus feitelijk een lagedrukgebied! Zo’n lagedrukgebied wordt een thermisch lagedrukgebied genoemd en ontstaat louter op zeer hete dagen. In onze regio gebeurt dat vrijwel alleen boven Frankrijk.

In de afbeelding hiernaast is de diepte van zo’n lagedrukgebied te zien. Terwijl een normaal (dynamisch) lagedrukgebied zich over de gehele troposfeer uitstrekt (dus tot pakweg 8-12 kilometer hoogte), is een thermisch laag vrijwel alleen tot op zo’n 850 hPa zichtbaar. Dat is de luchtdrukmaat voor pakweg 1500 meter hoogte.

Door de stijgbewegingen die met dergelijke luchtdrukactiviteit gepaard gaan, ontstaan er vaak onweersbuien. De buien die boven Frankrijk ontstaan onder invloed van een thermisch lagedrukgebied kunnen dynamisch zijn, maar hoeven dat niet te zijn. Wel komen ze regelmatig langs in Nederland.

Een thermisch laag herkennen op de weerkaart

Als je een thermisch lagedrukgebied wilt herkennen op de weerkaart, dan moet je de luchtdrukkaart voor het 850 hPa-niveau erbij pakken. Simpelweg geldt: overal waar het bijzonder warm is en lagedrukgebieden of -uitlopers te zien zijn en dat niet zijn op de 500 hPa-kaart, gaat het om thermische lagedrukgebieden.

Als we willen kijken of er kans is op onweersbuien, dan kunnen we middels de CAPE-kaarten de potentiële onstabiliteit bepalen en middels de neerslagkaarten kijken of er buien kunnen ontstaan.

Links naar weerkaarten vind je onderaan dit artikel.

Een MCS: een Mesoscale Convective System

Tsja… wederom een moeilijke combinatie van woorden. Op het moment dat een aantal zware buien zich organiseert tot één groot onweerscomplex, wordt er gesproken van een Mesoscale Convective System (MCS). Er bestaan verschillende stijg- en daalstromen naast elkaar, waardoor de buien urenlang kunnen overleven. Een sterke wind die op enige hoogte opsteekt tijdens de nacht, het nachtelijk windmaximum, zorgt ervoor dat – geheel tegen logica in – een dergelijk complex ’s nachts vaak juist actiever wordt.

Kenmerkend voor een MCS zijn enorme hoeveelheden regen en een hoge bliksemintensiteit.

Wat moet je nu weten?

Na het lezen van deze gids moet je, als je de volgende wilt bestuderen, toch echt een aantal basisbegrippen hebben onthouden. Je moet de volgende vragen kunnen beantwoorden om zeker te weten dat je een basis beheerst:

• Wat is de definitie van onweer?
• Wat is warmteonweer?
• Wat is dynamisch onweer?
• Wat is een thermisch laag?
• Wat is een MCS?
• Wat is een vore en hoe ontstaat daarop een convergentielijn?

Welke weerkaarten kan ik gebruiken?

Op Wetterzentrale en Wetter3 vind je de juiste weerkaarten. Het GFS-model kent de meeste kaartsoorten wel.

_{Met dank aan Karim Hamid voor de theoretische basis ter ondersteuning van het verhaal.}