De meestgebruikte onweerbegrippen

Bij kansen op onweersbuien schrijven we regelmatig een onweersverwachting. Daarbij komt regelmatig meteorologische terminologie bij kijken. Om te voorkomen dat jullie onze verwachtingen niet begrijpen, geven we hieronder een overzicht van de meestgebruikte onweerbegrippen. Het zou zonde zijn als het bericht niet goed overkomt!

• Bekijk de recente onweeranalyses via de speciale pagina.

CAPE

CAPE is de afkorting van Convective Available Potential Energy. Om de CAPE uit te kunnen leggen, moeten we kijken naar hoe onweersbuien ontstaan. We hebben daar een uitgebreide les voor, maar we herhalen het hier kort: als een luchtdeeltje stijgt (bijvoorbeeld door warmte of door optilling als gevolg van een front), dan kunnen er uiteindelijk onweersbuien ontstaan. Daarvoor is het een vereiste dat de atmosfeer onstabiel van opbouw is. Kort gezegd: er zit energie en dus pit in de atmosfeer! Zo’n deeltje spreekt die onstabiliteit aan om verder te stijgen. Onstabiliteit helemaal tot aan het niveau waarbij het deeltje weer hulp zou nodig hebben om verder te stijgen. Vaak is dat zo’n 12 kilometer hoogte, en zulke hulp kan daar niet geboden worden door de atmosfeer. Dat is het Equilibrium Level (EL). Maar dan moet je wel een maat hebben om de onstabiliteit tussen het LFC en het EL uit te drukken. Dat is de CAPE. De onstabiliteit wordt uitgedrukt in hoeveelheid Joules (J) energie per kilogram (kg) lucht. Daarbij geldt eigenlijk de volgende maatstaf:

• < 250 J/kg CAPE – onvoldoende onstabiliteit voor onweer
• < 500 J/kg CAPE – slechts genoeg onstabiliteit voor een klap onweer
• < 1000 J/kg CAPE – voldoende onstabiliteit voor onweer
• < 1500 J/kg CAPE – voldoende onstabiliteit voor uitgebreid onweer
• < 2000 J/kg CAPE – voldoende onstabiliteit voor zwaar onweer
• >= 2000 J/kg CAPE – voldoende onstabiliteit voor (zeer) zwaar onweer

Daarbij moet worden benadrukt dat de simpele redenatie dat hoge CAPE –> zeer onstabiele atmosfeer –> zwaar onweer niet opgaat. Voor zwaar onweer zijn meerdere ingrediënten nodig, en onstabiliteit is er daar één van. Maar een luchtdeeltje moet ook naar het LFC worden getild, dat op honderden meters hoogte kan liggen. Is er geen dynamische trigger zoals een front, dan moet het deeltje op eigen kracht omhoog. Dat verkleint enorm de kans op onweer. Als de atmosfeer dan ook nog eens te droog is, of als het niet warm genoeg is, dan is die kracht niet aanwezig. Onweer kun je dan vergeten. Zo zijn al veel situaties met kansen op zwaar onweer in de prullenbak beland! Voor ons altijd enorm balen.

Er zijn verschillende soorten CAPE. Dat maakt het verhaal iets complexer, maar totaal niet onbegrijpbaar. De drie hoofdtypes die worden onderscheiden zijn:

• MLCAPE (van Mixed-layer CAPE). Deze wordt gebruikt om een luchtdeeltje van enige hoogte te laten stijgen, op een gemiddelde van temperatuur/dauwpunt tussen 0 en 1000 meter hoogte. Is daarom vaak een realistische schatting van echt aanspreekbare onstabiliteit, maar kan soms ook volledig de plank misslaan.
• SBCAPE (ook wel Surface-based CAPE genoemd). De daadwerkelijke CAPE die een deeltje aanspreekt als het vanaf de grond kan stijgen. Omdat een bui nooit vanaf de grond stijgt, is de SBCAPE altijd (veel) hoger dan de realistisch bruikbare CAPE. Desondanks kan het handig zijn bij situaties waar warmte een trigger is (warmteonweer).
• MUCAPE (de Most-unstable CAPE). Daar wordt van het meest gunstige scenario in de berekeningen uitgegaan. Vertoont daarom vaak zeer hoge waardes, die niet realistisch zijn. Maar kan wel een handige inschatting zijn van de maximaal aanwezige onstabiliteit, mocht het toch gunstiger uitpakken. En is ook handig als een deeltje niet vanaf de grond stijgt (zoals in praktisch alle scenario’s), maar vanaf enige hoogte (dwz elevated convectie).

We proberen expliciet aan te geven welke CAPE we gebruiken. Als we weerkaarten posten, dan staat het mogelijk in de legenda van de kaart. Staat er echt alleen maar ‘CAPE’, dan is het 3 van de 4 keer op basis van een kaart die de SBCAPE aangeeft. Voor een realistisch scenario moet je dan zo’n paar honderd J/kg van de CAPE aftrekken, tenzij het gaat om warmteonweer.

Lifted Index (LI)

Leg een veertje in een bak met water en het blijft drijven. Leg een munt in dezelfde bak en hij zakt naar de bodem. Zo kun je de atmosfeer ook modelleren. De atmosfeer en dus de lucht om ons heen is de bak met water, en één luchtdeeltje is ofwel een veertje, ofwel een munt. Inderdaad, één van beiden. En het vervelende van luchtdeeltjes is dat een munt in een veertje kan veranderen, en andersom. Als een luchtdeeltje warmer is dan de bak met lucht, dan stijgt het. En als het koeler is, dan daalt het. Bij gelijke temperatuur blijft het (ongeveer) op dezelfde hoogte hangen.

Regenbuien moeten kilometers hoog worden willen ze onweer vertonen, en onweersbuien moeten vervolgens nog kilometers verder stijgen willen ze echt zwaar worden. Zware onweersbuien kunnen zo hoger worden dan 12 kilometer. Maar op 5,5 kilometer hoogte kun je al gauw een realistische inschatting maken over hoe ver een deeltje verder kan stijgen. Dat doe je met de Lifted Index (de LI). Dat is simpelweg het verschil tussen een stijgend luchtdeeltje en zijn omgeving, dat berekend wordt (in graden Celcius) met de volgende formule:

Lifted Index = Temperatuur van omgeving – Temperatuur van stijgend luchtdeeltje.

LI’s van < 0 graden Celcius zijn dus positief voor stijgende luchtdeeltjes: ze kunnen nog verder stijgen dan 5,5 kilometer. Maar voor zwaar onweer moet je minimaal LI’s hebben die lager zijn dan -5 graden Celcius. Pas dan wordt het serieus.

Trog en vore

We hebben het vaak over troggen en vores. Beiden zijn uitlopers van een lagedrukgebied. En beiden staan garant voor stijgende luchtbewegingen, en dus zijn ze vaak geschikte triggers voor onweer dankzij de convergentie die bij deze uitlopers optreedt. Zulke convergentie (windstromingen die bij elkaar komen) zorgen op bepaalde punten voor luchtoverschotten en die kunnen alleen worden opgelost als de lucht omhoog gaat. De rest van het verhaal is dan wel bekend.

Er is één verschil tussen een trog en een vore: dat is de dichtheid van de isobaren op de luchtdrukkaart. Als isobaren (de lijnen van gelijke drug) bij de uitloper dicht bij elkaar liggen, dan is het een trog, anders een vore.

Op de weerkaart is een vore ingetekend.

Windschering, DLS en LLS

We hebben het wel eens over DLS en LLS. Beide zijn een maat voor windschering of windshear (kortweg shear of schering). Windschering kan ervoor zorgen dat een bui dynamische verschijnselen gaat vertonen. Dat kan bijvoorbeeld hagel zijn, of fraaie wolkenformaties zoals shelfclouds, en in extreme gevallen kan het zelfs de aanleiding zijn voor het ontstaan van een tornado.

Stel jezelf een bak lucht (neem voor het gemak maar die van de Lifted Index) voor en visualiseer alsof je ‘opstijgt’, en tegelijkertijd op ieder punt in de hoogte zowel de windrichting als -snelheid meet. Uiteindelijk krijg je dan een mooi winddiagram waaruit je kunt afleiden dat er twee verschillende soorten windschering bestaan:

• Richtingsschering, waarbij de windrichting verandert met de hoogte.
• Snelheidsschering, waarbij de windsnelheid verandert met de hoogte.

En dat is inderdaad terug te zien in een winddiagram, dat vaak op een zogeheten Skew-T-diagram te zien is. Een voorbeeld van zo’n diagram vind je hieronder, in dit geval voor Bergen, Noorwegen. Links vind je het verloop van de temperatuur (rode lijn) en het dauwpunt (blauwe lijn) met de hoogte. Helemaal rechts vind je de waarden voor een aantal gangbare indices, waaronder de CAPE en Lifted Index. Er is geen CAPE en ook de Lifted Index is positief. Geen onweer dus!

Maar wel windschering: zowel snelheids- als richtingsschering. Op de lijn tussen de algemene indices en de temperaturen vind je de windrichting, en met streepjes/kleurtjes aangegeven ook de windsnelheid. Onderin de atmosfeer zie je een vrij lage windsnelheid , met een toenemende snelheid met de hoogte. Snelheidsschering dus. Maar ook draait de wind met de hoogte, waardoor er richtingsschering aanwezig is.

Een gunstige combinatie van snelheidsschering- en richtingsschering kan leiden tot zware verschijnselen bij onweersbuien. Zoals gezegd: tot aan tornado’s aan toe. Er zijn twee maten om de hoeveelheid schering in de atmosfeer uit te drukken. We beginnen bij de LLS, de Low Level Shear, wat een maat is van het verschil tussen de windrichting- en snelheid aan de grond, en op 1km hoogte. De DLS staat voor Deep Level Shear, en dat is het verschil over 0-6 kilometer.

CIN

De CAPE wordt gebruikt om de kracht van een stijgstroom aan te geven, mocht die ontstaan. Toch ontstaat zo’n stijgstroom niet zomaar. We hebben immers niet de hele dag door zware onweersbuien boven ons hangen. Dat is voor een deel te danken aan de Convective Inhibition, die ook wel CIN wordt genoemd. Het is de buffer aan negatieve energie die eerst moet worden overwonnen voordat de CAPE kan worden aangesproken. Tijdens zware onweersituaties hebben we vaak veel te danken aan de CIN: omdat deze aanwezig is, ontstaan er niet overal onweersbuien maar wordt de CAPE pas gebruikt op het moment dat de buienlijn ontstaat. In het geval van CAPE: op is namelijk écht op, waardoor geen onweersbuien meer ontstaan. Toch kan het ook de andere kant omslaan: als de CIN te sterk is, dan ontstaat er helemaal niets. Het is dus uitermate cruciaal dat de CIN goed gedoseerd wordt in de atmosferische setting. Anders heb je geen of op z’n mooist enkel zwak onweer.

Singlecell, multicell en lijnvorming

Tot slot: afhankelijk van de mix van bovenstaande (en nog meer) ingrediënten ontstaat er een bepaald soort onweer. We onderscheiden hierin drie typen:

• Singlecell-onweer, waarbij een verzameling van ‘losse’ onweerscellen over het land trekt;
• Multicell-onweer, waarbij een verzameling van clusters van onweercellen over het land trekt;
• Lijnvorming, waarbij een onweerslijn/-front (ook wel squall line genoemd) over het land trekt.

Multicell- en lijnonweer is in de regel veel zwaarder dan singlecell-onweer. Hiernaast zien we een radarbeeld van 20 augustus 2009, 18:00 uur. Ik stond toen ter hoogte van Lelystad om het al dagen verwachte zware onweer op te wachten. We zien bij Brabant een single cell, en boven Gelderland/Overijssel een verzameling single cells. Het neigt haast naar multi cell. In het westen zien we een flinke squall line (onweerslijn) over het land razen.

Ik heb die avond mooie beelden geschoten en een prachtchase beleefd! Maar toch liep het anders dan verwacht. Het was wat heiig en de onweerslijn onstond heel laat, geheel tegen de verwachting in. Zo zie je maar dat ingrediënten wel berekend kunnen worden, maar ze zomaar anders “bij elkaar” kunnen komen. En dat is nu wat onweer zo interessant maakt!