Onweer: waarom vocht belangrijk is

Water ligt aan de grondslag van het weer. Zonder water geen wolken, bijvoorbeeld; zonder wolken, geen onweer. De studie naar water, of vocht in het algemeen, is daarom erg belangrijk in het opstellen van een onweerverwachting. In deze les gaan we in op het belang van vocht tijdens een onweersituatie.

« Vorige les: Meer onweerparameters | Lesoverzicht

We behandelen eerst een korte recap van hoe buien zich nu eigenlijk vormen. Daarna gaan we in op de relatie tussen vocht en de temperatuur van een stijgend luchtdeeltje, gevolgd door de consequenties hiervan voor de atmosfeer.

Een korte recap: buienvorming

Uit de les over updraft en downdraft weten we dat condensatie en wolkenvorming optreedt zodra omhooggetilde lucht op of boven het LCL uitkomt. Zodra deze lucht verder omhoog wordt getild naar het LFC, kan deze vrij verder stijgen tot aan het EL. Op deze manier vormen eerst stapelwolken (mooiweerwolken), die kunnen uitgroeien tot enorme bloemkolen (cumulonimbus, de onweerswolk) die regen, hagel, onweer, zware windstoten, en zelfs tornado’s kunnen produceren.

Hiervoor zijn vier dingen nodig: energie (onstabiliteit die met de CAPE wordt aangegeven), vocht (daar is ‘ie dan!), een trigger (de lucht moet immers naar het LCL gebracht worden) en dynamiek (zodat reeds ontstane onweersbuien kunnen gaan draaien, waarna ze grote hagel en/of tornado’s kunnen produceren).

Mocht je dat nog niet helemaal volgen, dan raden we je aan eerst te kijken naar de updraft- en downdraft-les.

Vocht en temperatuur

Uit de les over CAPE weten we dat warme lucht wil stijgen doordat deze minder zwaar is. Het is dus van belang om een stijgend luchtdeeltje zo lang mogelijk warm te houden. Als een deeltje vanaf de grond gaat stijgen en we onweersbuien willen, dan moet het deeltje dus tot hoog in de atmosfeer warmer gehouden worden dan zijn omgeving. Stel: we nemen twee scenario’s. In het ene is er onderin de atmosfeer weinig vocht aanwezig, in het andere juist veel vocht. Als we op een vaste hoogte – zeg 750 meter – de temperatuur van een stijgend deeltje in beide scenario’s meten, dan zien we dat over het algemeen de temperatuur in het tweede scenario (met veel vocht onderin de atmosfeer) hoger ligt. Het zal waarschijnlijk hoger in de atmosfeer uitkomen dan het andere deeltje.

We kunnen dus zeggen dat bij veel vocht onderin de atmosfeer, een deeltje wat warmer blijft tijdens het stijgen. Hoe dit kan, leggen we hieronder uit. Daar moeten we eerst de chemische structuur van een watermolecuul behandelen en wat er gebeurt bij de overgang van gas (waterdamp) naar vloeibare waterdruppeltjes (condensatie dus).

De chemische structuur van een watermolecuul

De molecuulformule van water is H₂O. Die is je vast wel bekend. Water bestaat uit twee atomen waterstof en één atoom zuurstof. Middels diverse verbindingen vormen deze atomen het watermolecuul. Ieder afzonderlijk watermolecuul kan bewegen. Dat kan het op drie manieren doen: door te vibreren, roteren of transleren.

Afhankelijk van de fase waarin het water zich bevindt (dus of het ijs, water of gas is) bewegen de moleculen meer of minder. Watermoleculen in de ijsfase bewegen het minst; in de waterfase al wat meer en de gasfase het meest. In onderstaande illustratie bewegen de moleculen waarbij de onderlinge afstand het grootst is, het meest.

Energie erbij, energie eraf

Als je het water van fase wilt veranderen, dan moet je energie toevoegen of weghalen uit het water. Dit gebeurt middels het veranderen van temperatuur. Zoals je weet wordt water ijs bij een lage temperatuur, m.a.w. als er energie uit het water wordt weggehaald. Als er juist energie aan water wordt toegevoegd gaat het bij 100 graden Celcius over in de gasfase.

Latente warmte en onweersbuien

Als we de gebeurtenissen rondom het LCL (zie de les over updraft en downdraft) analyseren, dan weten we dat een stijgend luchtdeeltje daar condenseert. Dat betekent dat het water overgaat van de gasfase naar de vloeibare fase. Kortom, de watermoleculen gaan minder hard bewegen en komen dichter bij elkaar te liggen. Daarbij komt energie vrij in de vorm van warmte. Dat wordt latente warmte genoemd. In de atmosfeer komt deze latente warmte dus vrij op het moment dat waterdamp condenseert – bij de vorming van wolken dus!

We weten nu dus dat als er condensatie optreedt, het luchtdeeltje minder snel afkoelt tijdens het stijgen. Daardoor is het van belang dat onderin de atmosfeer een boel vocht aanwezig is. Als dat niet zo is, dan kan een onweersituatie compleet floppen. Dat is in het verleden al meerdere malen voorgekomen, terwijl de kaarten nog wel zoveel beloofden.

» VOLGENDE LES: Inversies die onweersbuien tegenhouden