Kees Floor, Meteorologica maart 2010.
printversie 
Kees Floor, Meteorologica maart 2010.
printversie
Bij 'lake-effect snow' denken we in eerste instantie aan de Grote Meren van de Verenigde Staten en Canada. Het warmwatereffect treedt echter af en toe eveneens op boven de Noordzee. Met satellietbeelden in valse kleuren zijn de warmwatersneeuw en andere sneeuw goed te zien.
Vanuit de Verenigde Staten bereiken ons elk jaar in de late herfst en in de
winter weer berichten over zware sneeuwval in de buurt van de Grote Meren. De
sneeuwval doet zich voor als koude, uit de poolstreken afkomstige lucht over
de omvangrijke, nog relatief warme wateroppervlakken strijkt. Door convectie
ontstaan buien; deze organiseren zich in lijnen en kunnen zich vooral bij langere
trajecten over water sterk ontwikkelen. De topografie van het landschap geeft
de buien als ze het water achter zich hebben gelaten, vaak een extra impuls.
De overlast die de sneeuwbuien kunnen veroorzaken, is enorm en varieert sterk
van plaats tot plaats.
Het optreden van dit zogeheten 'lake-effect' blijft echter niet beperkt tot
het Grote-Merengebied in de Verenigde Staten en Canada. Boven de Japanse Zee,
de Gele Zee, de Oostzee, de Botnische Golf, de Finse Golf en zelfs onze eigen
Noordzee is het warmwatereffect tijdens koude perioden af en toe waar te nemen.
 |
 |
 |
| 1a*. Warmwatereffect boven de Noordzee, 17 december 2009. Satellietbeeld in natuurlijke kleuren. Instrument: MODIS, banden 1, 4 en 3. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response. |
|
1a**. Warmwatereffect boven de Noordzee, 17 december 2009. Sneeuw heeft een blauwgroene tint; ook bewolking met ijs wordt blauwgroen weergegeven. Vegetatie is groen; in de groene gebieden ligt dus geen sneeuw. Instrument: MODIS, banden 7 ,2 en 1. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response. Mouse on: Satellietbeeld in natuurlijke kleuren. |
Warmwatereffect
De ontwikkeling van de wolken- en buienstraten hangt af van verscheidene factoren.
Zo moet de opbouw van de onderste lagen van de atmosfeer onstabiel zijn. Als
maat voor die onstabiliteit geldt het temperatuurverschil tussen het water en
de luchttemperatuur op 850 hPa; dat verschil moet ten minste 13 graden bedragen.
Als de inversie niet hoger ligt dan 1000 meter, is de grenslaag te ondiep voor
de vorming van fikse buien. Is de grenslaag dieper dan 2500 meter, dan valt
er gewoonlijk een dik pak sneeuw.
Verder moet er voldoende wind staan om de arctische lucht over water te kunnen
doen uitstromen en om de lucht de tegenoverliggende oever of kust op te voeren.
Bij meer wind is de uitwisseling tussen het relatief warme water en de koude
lucht die eroverheen strijkt, effectiever. Het mag ook weer niet te hard waaien;
als de arctische lucht te snel over het water van de Grote Meren, of in ons
geval het Noordzeewater, wordt gejaagd, is er te weinig tijd om vocht en warmte
op te pikken.
De windrichting op 850 hPa bepaalt waar de sneeuwbuien zullen toeslaan. De windrichting
legt ook de zogeheten strijklengte (Engels: fetch) vast, de afstand waarover
de koude lucht in contact is met het relatief warme water van meren of zeeën.
Hoe groter de afstand die de arctische lucht over het warme water aflegt, des
te actiever worden de sneeuwbuien. Om flinke convectie te krijgen, moet de strijklengte
ten minste 80 km bedragen. Duidelijke, goed georganiseerde wolken- en buienstraten
blijken zich alleen voor te doen als het verschil in windrichting tussen het
aardoppervlak en 700 hPa niet meer dan 30 booggraden bedraagt.
De vochtigheid van de lucht is eveneens van belang. In vochtige lucht komt het
eerder tot condensatie en krijgen de buien meer 'voeding'. Als de lucht die
over een wateroppervlak strijkt, ook eerder al over een meer met relatief warm
water is gevoerd, kunnen door het 'meer-op-meer-effect' de wolken- en buienstraten
zich opnieuw ontwikkelen of verder activeren. De synoptische situatie kan tevens
een rol spelen. De eigenschappen van het terrein aan de overliggende oever of
kust zijn eveneens van belang. Hoe ruwer daar het landschap, des te meer wordt
de luchtstroming afgeremd. De nieuw aanstromende lucht moet dan naar boven uitwijken,
wat eventuele buien een extra stimulans geeft. Als de oevers enkele honderden
meters boven het niveau van het meer of de zee liggen, krijgen buien ook nog
eens een impuls doordat de lucht gedwongen wordt tegen de bergen of heuvels
op te stijgen.
Wanneer later in het winterseizoen de Grote Meren in de Verenigde Staten zijn
dichtgevroren, is het daar doorgaans met het lake-effect gedaan. Hetzelfde geldt
voor de Oostzee, de Botnische Golf en de Finse Golf. Het dichtvriezen van het
gedeelte van de Noordzee waar het warmwatereffect kan optreden, is vooralsnog
geen reële optie.
 |
 |
 |
|
|
|
MODIS
Boven de Noordzee konden we het warmwatereffect de afgelopen winter weer eens
waarnemen (figuur 1). Met de satellietdata van de Moderate Resolution Imaging
Spectroradiometer (MODIS) op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua is het
verschijnsel goed in kaart te brengen. Het instrument, dat nu tien jaar in de
lucht is, neemt de aarde waar in 36 golflengtegebieden of banden, waarvan er
voor de constructie van de beelden veelal drie worden gebruikt. Zichtbaarlichtbeelden,
zoals figuur 2, tonen de meeste overeenkomst met een gewone foto; ze laten de
aarde zien zo ongeveer als we die ook zelf vanuit de satelliet zouden waarnemen.
Ze zijn gebaseerd op waarnemingen in de banden 1, 4 en 3, die rood, groen en
blauw door de aarde gereflecteerd zonlicht registreren (zie tabel). Door de
meetgegevens op de voor de hand liggende manier door te sluizen naar de RGB-ingang
van een beeldscherm, beamer of printer, ontstaan de fraaie kleurenbeelden van
delen van het aardoppervlak en de bewolking daarboven.
|
MODIS band
|
Golflengte (in micrometers)
|
'Kleur'
|
| 1 | 0,670 | Rood |
| 2 | 0,876 | Nabij IR (IR-A) |
| 3 | 0,479 | Blauw |
| 4 | 0,565 | Groen |
| 6 | 1,652 | Kortgolvig IR (SWIR, IR-B) |
| 7 | 2,155 | Kortgolvig IR (SWIR, IR-B) |
Bij het genereren van de figuren 1a en 1b zijn de MODIS-banden
3, 6 en 7 gebruikt. Band 3 meet zoals we reeds zagen blauw zichtbaar licht;
banden 6 en 7 registreren straling in het kortgolvig infrarood (IR-B). In de
uiteindelijke beelden is de kleur rood toegewezen aan informatie uit band 3,
terwijl band 6 en 7 respectievelijk de kleuren groen en blauw van de monitor
aansturen. Sneeuw en ijs reflecteren zeer goed in het zichtbaar licht en absorberen
licht in het kortgolvig infrarood. Doordat band 3 de enige is die gereflecteerd
zichtbaar licht toont, komt een sneeuwdek in beeld met een opvallende rode kleur.
Water van zeeën, meren en rivieren stuurt in geen van de drie genoemde
banden licht terug naar de sensoren op de satelliet en is daardoor donker van
tint. De kleine waterdruppeltjes waaruit bewolking bestaat, verstrooien het
licht in alle drie de banden en zijn daardoor wit. Het kleurcontrast tussen
de witte wolken en de kunstmatig roodgekleurde sneeuw is dan ook groot. Alleen
als de bewolking zeer koud is en ook ijs bevat, komen er rode tinten in voor.
Vegetatie reflecteert in band 6; in de beide andere banden absorbeert ze. Doordat
band 6 het groen in het beeld aanstuurt, overheersen bij vegetatie, en meestal
dus ook bij een sneeuwvrije bodem, de groene tinten.
Voor het uit elkaar houden van sneeuw en bewolking zijn ook nog beelden uit
een combinatie van banden 7, 2 en 1 geschikt. Bij het construeren van de satellietbeelden
van de figuren 3a en 3b zijn deze banden gebruikt. Ze sturen weer respectievelijk
het blauw, het groen en het rood aan bij de samenstelling van het digitale beeld.
Band 1 meet straling in het rood zichtbaar licht. Band 2 registreert gereflecteerde
straling in het nabij-infrarood (IR-A). Water is, net als bij een op de kanalen
3, 6 en 7 gebaseerd beeld, donker. Vegetatie reflecteert sterk in het nabij-infrarood
en absorbeert in de beide andere kanalen; daardoor heeft het een heldere groene
kleur. Sneeuw en ijs reflecteren goed in band 1 en 2, maar absorberen het licht
in het kortgolvig infrarood (IR-B) van golflengteband 7. Op die manier krijgt
het sneeuwdek op deze beelden een markante blauwgroene tint.
We kunnen de MODIS-beelden dus goed gebruiken om de situatie te bekijken en
te bepalen of het warmwatereffect (lake-effect) inderdaad heeft geleid tot de
vorming van warmwatersneeuw (lake-effect snow).
 |
 |
|
|
|
|
Noordzee
Het satellietbeeld van figuur 1a geeft de weersituatie op 17 december aan het
eind van de ochtend. Tussen een hogedrukgebied boven Scandinavië en een
actieve sneeuwstoring boven onze omgeving stond op dat moment een strakke noordoostelijke
stroming, zoals de weerkaart van die ochtend laat zien (figuur 4). De temperatuur
van het zeewater bedroeg rond die tijd in het noordelijk deel van de Noordzee
ongeveer 7 graden. Ekofisk rapporteerde tegelijkertijd een temperatuur op 850
hPa van -12,7 graden (figuur 5), dus aan het criterium voor voldoende onstabiliteit
werd ruimschoots voldaan. Ook de dikte van de grenslaag werkte goed mee; deze
bedroeg ruim 3 kilometer. Er stond een stevige wind: 35 knopen op 29 meter hoogte.
De windrichting aan de grond was 70 graden; op 700 hPa was de windrichting 40
graden, dus de windschering was net binnen de toegelaten grens.
Boven het relatief warme water ontstonden wolkenstraten, overgaand in buienstraten
en in celvormige patronen met bewolking en buien, zoals op het satellietbeeld
van 17 december (figuur 1a) is te zien. De zwaarste buien zaten bij de oostkust
van Noord-Engeland. De lucht heeft daar het langste traject over zee afgelegd.
Deze wolkenstraten zijn terug te traceren tot in de Oslofjord en het aansluitend
deel van de Noorse en Zweedse kustwateren van het Skagerrak. De meest zuidelijke
van de wolkenstraten die ten noorden van Jutland langslopen, lijken nog weer
iets beter ontwikkeld dan de overige. Ze liggen in het verlengde van andere
wolkenstraten die zich eerder ontwikkelden boven Vänern, het grootste meer
van Zweden en in omvang het derde meer van Europa (figuur 2). Het verschijnsel
is dus op te vatten als een voorbeeld van het 'meer-op-meer-effect' De strijklengte
van de lucht over het meer bedroeg meer dan 80 kilometer, zodat ook daar werd
voldaan aan een van de voorwaarden voor het optreden van het warmwatereffect.
Meer zuidelijk op de Noordzee begint het voor het warmwatereffect karakteristieke
wolkenpatroon bij de westkust van Jutland. De buien stroomafwaarts zijn door
de kortere strijklengte minder actief, maar hebben desondanks ongetwijfeld ook
sneeuw in petto. Op het satellietbeeld van 24 uur later (figuur 1b) is die sneeuw
boven Engeland inderdaad te zien; ter herinnering: de sneeuw heeft op de beelden
een rode tint. Ook Nederland, België en Scandinavië zijn grotendeels
bedekt met sneeuw; Luxemburg en delen van de Belgische Ardennen zijn sneeuwvrij.
In de figuren 3a en 3b, eveneens van respectievelijk 17 en 18 december, is meer
ingezoomd op de sneeuw in Engeland. De meetgegevens zijn omgezet naar een standaard
kaartprojectie en er is informatie gebruikt van MODIS-banden 7, 2 en 1. Vegetatie,
en daardoor ook de sneeuwvrije gebieden, zijn weliswaar weer groen, maar het
sneeuwdek is nu blauwgroen. De door het warmwatereffect veroorzaakte sneeuwval
langs de kust van Noord-Engeland is weer goed te zien. In gebieden langs de
oostkust van Engeland en Schotland ligt namelijk sneeuw (blauwgroen) op plaatsen
waar een dag eerder de groene tinten van sneeuwvrije vegetatie nog domineerden.
Overigens kan alleen de sneeuwval in het noorden van Engeland worden toegeschreven
aan het 'lake-effect' of warmwatereffect. De sneeuw op Zuidoost-Engeland, Nederland
en België, die ook boven de Noordzee was 'voorgekookt', heeft een andere
oorzaak.
 |
 |
 |
2. Satellietbeeld van het Kattegat, de Oslofjord en delen van Denemarken, Noorwegen en Zweden, 17 december 2009. Boven Vänern, het grootste meer van Zweden en in omvang het derde meer van Europa, treedt het zogeheten 'lake-effect' of warmwatereffect op. De wolken- en buienstraten vinden een voortzetting boven het Kattegat en - zoals zichtbaar op figuur 1 - de Noordzee: het meer-op-meer-effect. Instrument: MODIS, banden 7, 2en 1. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response. Mouse on: Satellietbeeld in natuurlijke kleuren, MODIS, banden 1, 4 en 3. |
|
5. TEMP van Ekofisk (01400), 17 december
2009, 12 UTC. Bron: DMI/University of Wyoming.
(groter)
|
Aanvullingen
|
Meer satellietbeelden van 17 en 18 december 2009
|
|
 6. METEOSAT Satellietbeeld 17 december 2009, 12UTC. Bron: FValk/EUMETSAT. |
 7. NOAA Satellietbeeld 18 december 2009, 09.12 UTC. Bron: DLR. |
|
Beelden van eerdere situaties
|
|
 |
 |
| 8. Warmwatereffect boven de Noordzee, 6 januari 2003. Het beeld is afkomstig van de Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) van de Amerikaanse operationele weersatelliet NOAA 16. Het beeld is samengesteld uit stralingsmetingen in verschillende kanalen of golflengtegebieden: zichbaarlichtkanalen 1 en 2 en infraroodkanaal 4. De beeldbewerking vond plaats op het Institut für Meteorologie van de Freie Universität van Berlijn. (groter) |
|
|
Meer satellietbeelden in
kanalen 3, 6 en 7. |