Wat is de oorzaak van windstoten bij onweer?

Als er gewaarschuwd wordt voor onweersbuien dan wordt er meestal ook gewaarschuwd voor felle windstoten. Onweer en windstoten komen in Nederland bijna altijd als onafscheidelijke combinatie voor, zeker bij felle onweersbuien. Maar hoe kan dat precies? Waarom treden er bij onweer felle windstoten op? En waar komen die vandaan?

Dat is wat één van onze volgers zich afvroeg.

In dit artikel beantwoorden we die vraag dan ook. Wat is de oorzaak van hevige wind en felle windstoten bij onweer? We kijken naar hoe de bui is opgebouwd, waarom er vervolgens windstoten ontstaan, en waarom deze soms zeer venijnig uit de hoek kunnen komen.

Update 31/08/2020: fouten in artikel gerepareerd.

Wat wij en onze volger precies bedoelen? Kijk maar naar deze video uit de Verenigde Staten, waar een felle onweersbui gepaard gaat met behoorlijk felle windstoten:

Een dwarsdoorsnede van een onweersbui

Om een antwoord te geven op de vraag waarom onweer gepaard gaat met windstoten vraag moeten we kijken naar een dwarsdoorsnede van een onweersbui. Die ziet er schematisch uit als op de afbeelding te zien is.

We weten allemaal dat als stapelwolken hard doorgroeien ze uiteindelijk een bui worden. Ook is het bekend dat die bui doorgroeit naar een onweersbui als er voldoende energie wordt aangevoerd.

Maar waar komt die energie dan vandaan?

Het antwoord is dat deze van de grond komt. Op de afbeelding zien we een pijl omhoog, vanaf het aardoppervlak recht de wolk in, helemaal tot aan de wolkentop.

De updraft gaat omhoog

Deze stroom lucht wordt ook wel de updraft genoemd, of stijgstroom in het Nederlands. Deze updraft is als het ware de ‘motor’ van de bui en zorgt ervoor dat hij in leven blijft.

Als deze motor wegvalt, dan is het met de bui ook gedaan.

De bui zelf is feitelijk een verzameling hele kleine waterdruppeltjes en – in de hogere delen van de bui – ijskristallen.

Normaal zou je zeggen dat ieder deeltje naar de grond toe valt, als gevolg van de zwaartekracht. Het is dus ietwat vreemd dat de waterdruppeltjes van de wolk wél in de lucht blijven hangen, niet?

Dat komt ook door de updraft. De (stijgende) kracht van de updraft is bij een klein waterdruppeltje groter dan de zwaartekracht. Het gevolg is dat deze in de bui blijven hangen.

De downdraft gaat omlaag

De waterdruppels hangen echter niet stil. Onder invloed van de stijgstroom, maar ook van de wind die op de verschillende hoogtes in de bui waait, bewegen ze alle kanten op. Ze botsen daarbij ook op andere waterdeeltjes. Het gevolg van die botsingen is dat de waterdruppeltjes samensmelten tot net iets grotere waterdruppeltjes. Dat gebeurt keer op keer.

Het gevolg is dat op een bepaald moment het waterdruppeltje te zwaar wordt om door de updraft omhoog gehouden te worden. Vergelijk het met een veer die je laat vallen en een honkbal. De zwaartekracht op de honkbal is groter waardoor deze sneller valt. Een waterdruppeltje wordt ook zwaarder, waardoor de totale zwaartekracht groter wordt. Op den duur is die zwaartekracht zelfs groter dan de kracht van de stijgstroom, met als gevolg dat het waterdruppeltje naar beneden valt.

We hebben een hele bekende naam voor dit fenomeen: regen. Het gaat dan uiteraard wel om regen uit een bui en dus niet om bijvoorbeeld regen uit een front (dat wil zeggen, de grijze luchten die we vaak bij westenwinden zien).

Doordat de regendruppels naar beneden vallen ontstaat er in dezelfde bui ook een omlaaggaande stroom lucht. Deze vinden we op precies de plek waar de regen valt. Hij wordt ook wel downdraft genoemd, of daalstroom in het Nederlands.

En de downdraft is precies de plek waar we de windstoten zien!

De updraft en de downdraft goed in beeld. Auteur: onze Marcel van Norden.

Felle windstoten uit de downdraft

Je kunt je voorstellen dat alleen het vallen van de regen al voor wind zorgt. Als je in de lucht wappert met je hand richting je hoofd voel je immers ook lucht bewegen. Dat werkt bij regendruppels net zo. Het betekent ook waarom in Nederland een bui en windstoten bijna altijd een onafscheidelijke combinatie zijn: door de regen ontstaan er windstoten.

Als de bui dichterbij komt en je in het gebied van de downdraft terecht komt nemen de windstoten dan ook ineens razendsnel toe. Dit wordt ook wel het windstotenfront genoemd en het is op de video hierboven perfect te zien!

Maar soms gebeurt het dat die windstoten wel érg fel zijn.

Hoe kan dat precies?

Er gebeuren in de bui verschillende dingen die de windstoten versterken:

• Beweegt de bui naar je toe? Dan moet je je schrapzetten voor felle windstoten. De zwaarste bevinden zich namelijk aan de voorkant van de bui.
• Zit er hagel in de bui? Hagel zorgt ervoor dat de ‘reguliere’ windstoten van een bui versneld worden. Bij hagel worden de windstoten dus zwaarder.
• Hangt er een droge luchtlaag? Het kan gebeuren dat het in een luchtlaag aan de onderkant van de bui erg droog is. Wat er vervolgens gebeurt is dat de regen verdampt voordat deze de grond bereikt. Ken je iemand die ooit vertelde dat het als hij stond wel regende, maar als hij op de grond zat niet? Boven hele warme oppervlakten, zoals asfalt op een zomerse dag, kan dat gebeuren als er een bui overtrekt! Maar verdamping kost energie. Daardoor koelt de lucht nog net iets verder af. Hoe koeler de lucht is, hoe sneller hij zakt. Doordat de lucht condenseert neemt de kracht van de daalstroom dan alleen maar toe. Windstoten kunnen als er een droge luchtlaag is dus nog veel verder toenemen.

Valwind of downburst

Vaak horen we in het nieuws dat een bepaald dorp getroffen is door een valwind. Zo ging het in 2007 flink tekeer in Hoogeveen:

Het gebeurt soms dat de downdraft ineens érg krachtig wordt. Dat gebeurt bijvoorbeeld als de bui beweegt en in een gebied met drogere lucht op hoogte terecht komt. En zo zijn er nog veel meer mogelijke oorzaken. Maar wat is het gevolg van zo’n plotselinge veel fellere downdraft, die we ook wel downburst noemen?

De schematische weergave van een microburst/downburst. Te zien is de downdraft met regen en de uitspreiding over het aardoppervlak. De krachtige windstoten komen vooral aan de rechterkant voor. De horizontal vortex zie je ook op de volgende foto. Auteur en licentie: FAA, Public Domain.

• Enorm krachtige regenval en windstoten. Die windstoten zijn zo krachtig dat er op grote schaal bomen worden ontworteld. Dat is op de video uit Hoogeveen goed te zien.
• Het is een gevaar voor vliegtuigen. In de jaren ’70 en ’80 zijn er wel eens vliegtuigen neergestort omdat een onweersbui die over de aanvliegroute heen trok zorgde voor een downburst. Het vliegtuig wordt dan binnen een aantal seconden tientallen meters naar beneden gestuwd. Dat gaat zo snel dat de piloten vaak geen tijd meer hadden om het toestel ‘omhoog’ te krijgen voordat het de grond raakte. Dat gevaar is natuurlijk heel erg groot als je al laag vliegt omdat je van plan bent te landen. Gelukkig zijn de regels sindsdien aangepast en moeten vliegtuigen ‘on hold’, dus wachten met landen, totdat de onweersbui weggetrokken is.

Ook onderscheiden we verschillende soorten downbursts:

• Een microburst is een downburst in het klein. Het voorkomen van de zware windstoten gebeurt op een hele kleine schaal (het getroffen gebied is vaak minder dan 4 kilometer breed). Ook duurt zo’n microburst maar kort: het kan zomaar zijn dat een stad een aantal kilometers verderop niet getroffen wordt. Hij duurt namelijk vaak maar 10 minuten. Er kunnen windstoten voorkomen van 160 kilometer per uur.
• Een macroburst is een valwind op een veel grotere schaal: vaak is het getroffen gebied meer dan 4 kilometer breed. Verder lijkt het heel sterk op een microburst.
  

  De ‘horizontal vortex’ uit het diagram hierboven op beeld. Auteurs en licentie: OAR/ERL/NSSL/NOAA, public domain

Hoewel downbursts gebruikelijk zijn in de Verenigde Staten komen ze ook in Nederland voor. Dat gebeurt een aantal keer per jaar en dan met name als er gewaarschuwd wordt voor zware regen- en onweersbuien. Het is belangrijk om je te realiseren dat dergelijk zware windstoten vaak op lokale schaal voorkomen: het gaat om een aantal kilometer.

De kans dat er dus één over jouw woonplaats trekt als er gewaarschuwd wordt voor zwaar onweer is dan ook klein. Desondanks moet een instantie zoals het KNMI de waarschuwing uitgeven, want wat als hij net wel over jouw woonplaats trekt en er is niet gewaarschuwd? Dan zou het hek van de dam zijn.

We hopen dat je weer wat nieuws geleerd hebt over windstoten bij onweersbuien! 🙂 Heb je nog vragen? Laat dan gerust hieronder een reactie achter. We gaan graag met je in gesprek.

Vaak zien we veel omgevallen bomen na een downburst. Auteurs en licentie: Todd Shea/NOAA, public domain