Kees Floor, Meteorologica juni 2014.
Kees Floor, Meteorologica juni 2014.
In 1915 werd in de Italiaanse Alpen in Zuid-Tirol voor het eerst een vliegtuigstreep
waargenomen (Gosnell 2007) 1). Aanvankelijk bleven
de contrails een zeldzame verschijning. Met de toename van het vliegverkeer
ging het bijzondere er echter snel af en inmiddels is het verschijnsel algemeen
bekend.
Pas in de jaren tachtig van de vorige eeuw bleek dat vliegtuigen bewolking niet
alleen kunnen veroorzaken, maar ook kunnen laten verdwijnen (Hobbs 1985). Als
ze tijdens het opstijgen of het landen een uit onderkoelde druppels bestaande
wolkenlaag doorkruisen, laten ze daarin soms een rond of ovaal gat achter (figuur
1). Vliegt men op min of meer constante hoogte door de bewolking, meestal dunne
lagen altocumulus, dan ontstaat onder dergelijke omstandigheden een langgerekt
spoor (figuur 2). De gaten zijn doorgaans deels gevuld met cirrusbewolking met
valstrepen (virga).
Vliegtuiggaten in bewolking werden voor het eerst waargenomen in 1939 (Schumann
1940) 2); de eerste Nederlandse waarneming van het
verschijnsel komt uit 1942 (Zwart 1969) 3). Een verband
met het vliegverkeer werd echter pas voor het eerst geopperd door de uitsluitend
met zijn initialen aangeduide R.M.P. (1948). In de periode 1940-1985 deden talrijke
mogelijke verklaringen de ronde, soms plausibel, maar veelal ook ronduit bizar
(Hobbs 1985). Als mogelijke oorzaken werden naast natuurlijke of kunstmatige
cloud seeding onder meer genoemd: atoomproeven, meteoren, vliegende schotels,
restanten van tropische cyclonen en uit vliegtuigen gegooide ballast.
 |
 |
 |
|
Vliegtuiggat boven Jay, Florida. Foto:
Vicki Harrison.
(Meer voorbeelden van vliegtuiggaten) |
|
Onderkoeld water
De temperatuur van de wolkenlaag waarin de verschijnselen zich voordoen bedraagt
doorgaans min 10 tot min 20 graden; ter vergelijking: vliegtuigstrepen ontstaan
bij temperaturen van min 40 graden. De gaten worden pas 10-20 minuten na de
doorkomst van een vliegtuig zichtbaar; dat is ook de reden dat het verband met
het vliegverkeer niet vanaf de eerste waarnemingen werd gelegd. Na het ontstaan
breiden de gaten zich nog ongeveer een half uur geleidelijk uit om een maximale
diameter in de orde van 5 kilometer te bereiken; na een tot twee uur zijn ze
meestal weer opgevuld en verdwenen, al zij er ook vliegtuiggaten gerapporteerd
met een levensduur van 3 uur.
Aanvankelijk is het gat of het spoor deels gevuld met cirrusbewolking; de ijskristallen
in die bewolking maken middels het Findeisen-Bergeronproces korte metten met
de eventueel nog aanwezige onderkoelde waterdruppels. Het bevriezingsproces
van de onderkoelde waterdruppels wordt in gang gezet door adiabatische expansie
van de lucht achter de propellers en - bij straalvliegtuigen - achter de vleugels;
daarbij kan de lucht soms wel 20 graden afkoelen en koud genoeg worden om spontane
nucleatie te doen optreden. De uitstoot van waterdamp en condensatiekernen speelt
geen rol (Heymsfield et al., 2010). De bevriezingswarmte die vrijkomt, verwarmt
de lucht, die vervolgens gaat opstijgen. Tegen wat je zou verwachten in zijn
de waterwolken rond het gat daardoor kouder dan de cirrus binnenin. Ter compensatie
van de opstijgende luchtbewegingen ontstaan rondom of aan weerszijden ervan
daalbewegingen, die het door het vliegtuig veroorzaakte gat of spoor doen groeien
en de randen scherp maken (Heymsfield et al., 2011).
Als de cirrus is 'uitgesneeuwd', resteert een wolkenloos gebied, dat geleidelijk
opvult.
Foto's
Vliegtuiggaten worden tegenwoordig in de wijde omgeving van grotere vliegvelden
geregeld waargenomen en gefotografeerd. Verscheidene foto's van enthousiaste
weerwaarnemers en wolkenfotografen belandden op internet, zij het onder uiteenlopende
namen. In het Nederlands kun je het beste zoeken onder 'pilotengat', in het
Engels worden 'punch hole cloud', 'hole punch cloud' en 'fallstreak hole' gebruikt
om de door het vliegverkeer veroorzaakte gaten in de altocumuluslaag aan te
duiden. De verwante langgerekte sporen worden 'canal cloud' genoemd; hieronder
houden we het op 'vliegtuigstraten'. De genoemde Engelse zoektermen komen overigens
geen van alle voor in de Glossary of Meteorology (AMS, z.j.) Ze moeten niet
verward worden met de wél in de glossary vermelde 'dissipation trails'
of kortweg 'distrails', het tegenovergestelde van een vliegtuigstreep. Een distrail
is een wolkenloos spoor dat soms ontstaat als de verbrandingswarmte van de vliegtuigmotoren
leidt tot verdamping van de bewolking erachter. Er vindt bij de vorming van
distrails geen ijsvorming plaats en sluierbewolking laat zich niet zien. Overigens
heeft het toch zin om op 'distrails' te googelen, omdat lang niet iedereen,
mogelijk bijna niemand, de definitie uit de glossary of de terminologie van
Heymsfield et al. (2010) kent en aanhoudt.
Figuur 1 geeft een voorbeeld van een vliegtuiggat. Het gat is gevuld met cirrusbewolking,
wat niet alleen blijkt uit de vage randen en structuren, maar ook uit de aanwezigheid
van een bijzon. Bijzonnen en andere haloverschijnselen zijn namelijk alleen
te zien in bewolking die uit ijskristallen bestaat. De cirrus bevindt zich op
dezelfde hoogte of bij uitsneeuwen zelfs lager dan de altocumulus. Dat botst
dus enigszins met de klassieke indeling van wolkengeslachten, die cirrus situeert
in de bovenste wolkenetage met op gematigde breedten een hoogte van 5-12 kilometer,
terwijl altocumulus wordt gerekend tot de middelbare bewolking op 2-7 kilometer
hoogte (KNMI, 1980).
Figuur 2 laat een vliegtuigstraat zien, gefotografeerd in de omgeving van Manchester.
3. Satellietbeeld van vliegtuiggaten en -straten boven Nederland,
de Noordzee en Engeland, 6 november 2013. Instrument: MODIS, banden 3, 6 en
7. Satelliet: Terra. Bron: NASA's Worldview.
Bekijk ook de wisselbeelden
van een groter gebied.
MODIS-beelden
Vliegtuiggaten en -straten zijn zo nu en dan ook te zien op MODIS-beelden. Dat
is overigens geen vanzelfsprekende zaak. Zo is het niet altijd duidelijk of
je een gat in de bewolking zo maar mag toeschrijven aan een wisselwerking met
het vliegverkeer. Daarnaast kan andere bewolking in de weg zitten: ze kan op
de voorgrond het effect afschermen of op de achtergrond het contrast tussen
het gat en de bewolking waarin het gat zit, verkleinen. Verder is het verschijnsel
niet zo groot, zodat je je eigenlijk een hogere resolutie zou wensen dan de
250 meter waarover MODIS beschikt. Overigens is het verschijnsel toch ook al
waargenomen op GOES-beelden met een resolutie van slechts 1 kilometer (Corfidi
and Brandli 1986; Duda and Minnis 2002). Tenslotte hebben zowel waterwolken
als ijswolken op zichtbaarlichtbeelden een witte tint, zodat een gat of een
spoor in witte waterwolken, zeker in de beginfase, deels is opgevuld met witte,
niet contrasterende cirrus.
Oneigenlijke kleuren
Aan dat laatste is overigens wel wat te doen: we kunnen onze toevlucht nemen
tot beeldpresentaties die een duidelijk onderscheid laten zien tussen waterwolken
en ijswolken. Dat is bijvoorbeeld het geval bij de beelden in oneigenlijke kleuren
die zijn gebaseerd op stralingsmetingen in de MODIS-banden 3 (blauw; 0,479 micrometer),
6 (kortgolvig infrarood; 1,652 micrometer) en 7 (kortgolvig infrarood; 2,155
micrometer). 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, krijgen sneeuw en ijs een opvallende
rode kleur. De kleine druppeltjes van waterwolken verstrooien het licht in alle
drie de banden en zijn daardoor wit. Het kleurcontrast tussen de witte altocumulus
rond de vliegtuiggaten en aan weerszijden van de vliegtuigstraten enerzijds
en de roodgekleurde cirrus erin anderzijds is dan ook groot.
Figuur 3 geeft een voorbeeld van hoe vliegtuiggaten en -straten er op MODIS-367-beelden
uit zien. Deze situatie van 6 november 2013 werd eerder beschreven op basis
van satellietbeelden van METEOSAT en Suomi NPP door Kerkmann et al. (2013),
die overigens het onderscheid tussen vliegtuigstraten (canal clouds) en distrails
niet maken. Het MODIS-beeld is opgebouwd uit twee opeenvolgende overkomsten
van de Terra-satelliet. We zien onder andere een vliegtuiggat boven de Achterhoek
(rechtsonder) en een tweede meer naar het noorden boven Zuid-Drenthe (zie ook
de uitvergroting van de bewolking boven Nederland in figuur 4). Ten westen daarvan
bevindt zich boven Utrecht en Het Gooi een vliegtuigstraat; een kleiner exemplaar
ligt boven Noord-Holland. Boven Engeland en de Noordzee bevinden zich nog talrijke
andere vliegtuiggaten en -straten; ze zijn op het MODIS-367-beeld veel makkelijker
terug te vinden dan in figuur 5 en andere MODIS-143-beelden in natuurlijke kleuren,
gebaseerd op data uit de banden 1 (rood; 0,670 micrometer), 4 (groen; 0,565
micrometer) en 3.
 |
 |
 |
|
|
|
 |
 |
 |
5. Satellietbeeld van vliegtuiggaten en -straten boven de Noordzee en Engeland, 6 november 2013, op drie verschillende manieren weergegeven. Vergelijk deze beelden met het gedeelte linksboven in figuur 3. Instrument: MODIS, banden 1, 4 en 3. Satelliet: Terra. Bron: NASA's Worldview
MODIS-721
Het verschil tussen waterwolken en ijswolken is ook goed zichtbaar op MODIS-beelden
in oneigenlijke kleuren gebaseerd op data uit de banden 7, 2 (nabij-infrarood;
0,876 micrometer) en 1. In de uiteindelijke beelden is de kleur rood toegewezen
aan informatie uit band 7, terwijl band 2 en band 1 respectievelijk de kleuren
groen en blauw van de monitor aansturen. De kleine druppeltjes van waterwolken
verstrooien het licht weer in alle drie de banden en zijn daardoor wit. Sneeuw
en ijs reflecteren goed in band 1 en 2, maar absorberen het licht in het kortgolvig
infrarood (IR-B) van golflengteband 7; ze krijgen daardoor op deze beelden een
markante blauwgroene tint.
Een voorbeeld van een MODIS-721-beeld met vliegtuiggaten en -straten is afgebeeld
als figuur 6. De situatie is van 29 november 2013, is ontleend aan het WDR-weerbericht
van die dag en toont het verschijnsel boven Beieren in de omgeving van München.
De noordzijde van de besneeuwde en daardoor in blauwgroene tinten weergegeven
Alpen is onderin het beeld nog net te zien. Vergelijking van de hier getoonde
weergave met de zichtbaarlichtbeelden in het TV-weerbericht van de WDR (2013)
toont weer de meerwaarde van de hier gekozen presentatie.
 |
 |
 |
|
|
|
Frequenties
Om gevoel te krijgen voor hoe vaak vliegtuiggaten en -straten op satellietbeelden
voorkomen, verzamelde ik via zoekopdrachten op internet dagen waarop ze zich
hadden voorgedaan boven Nederland of een van de ons omringende landen. De zoektocht
leverde uiteindelijk 30 dagen op in de periode oktober 2003 - februari 2014.
De meeste gevallen (25) zijn van 2011 of later. In de jaren daarvoor was het
op internet plaatsen van weerfoto's kennelijk minder algemeen dan tegenwoordig;
ook kunnen oudere opnamen weer verwijderd zijn. Sommige fotografen beschouwen
het verschijnsel of hun foto daarvan als uniek; andere, vermoedelijk ervarener
of beter geïnformeerde waarnemers, vermelden dat ze het verschijnsel geregeld
zien. Hobbs (1985) voert een Californische waarnemer op, die vier maal een vliegtuiggat
zag binnen zes maanden.
Van 6 van de 30 op de hier beschreven manier verzamelde dagen waren geen MODIS-beelden
beschikbaar. In de helft van de 24 resterende gevallen was er niets te zien.
Naast de genoemde factoren die de zichtbaarheid van het verschijnsel op satellietbeelden
bemoeilijken, speelt ook een rol dat de vliegtuiggaten en -straten in sommige
gevallen pas ontstaan na overkomst van de satelliet of ervoor al weer zijn opgevuld.
Op de overige 12 dagen was het verschijnsel op MODIS-beelden te zien, zij het
meestal lang niet zo duidelijk als op de bij dit artikel geplaatste satellietbeelden.
Heymsfield et al. (2011) gingen na hoe vaak de omstandigheden in de atmosfeer
in een straal van 100 kilometer rond een aantal grote vliegvelden geëigend
waren voor het optreden van vliegtuiggaten en -straten. Schiphol zat er niet
bij, maar Londen Heathrow, Frankfurt en Parijs Charles de Gaulle wel. Ze kwamen
voor de genoemde luchthavens uit op ongeveer 4 procent van de tijd, een getal
dat vermoedelijk ook voor Schiphol van toepassing is. Het heeft dus, gezien
deze schatting en gezien de ruime aanwezigheid van in Nederland genomen foto's
van het verschijnsel op internet, zin om bij de aanwezigheid van dunne lagen
altocumulus uit te kijken naar vliegtuiggaten en -straten.
Literatuur
Duda, D. P., and P. Minnis, 2002: Observations of aircraft dissipation trails
from GOES. Mon. Wea. Rev., 130, 398-406.
Gosnell, M., 2007: Flight Lines, Why contrails hang around. Air and Space Magazine,
juli 2007.
Heymsfield, A.J. et al., 2010: Aircraft-induced hole punch and canal clouds:
Inadvertent cloud seeding. Bull. Americ. Meterol. Soc., 91 (6), 753-766.
Heymsfield, A.J. et al., 2011: Formation and Spread of Aircraft-Induced Holes
in Clouds. Science 333, 1 July.
Hindman, W., 2013: Comments on "Aircraft-Induced Hole-Punch and Canal Clouds:
Inadvertent Cloud Seeding", Bull. Americ. Meterol. Soc., 94 (9), 1407.
Hobbs, P.V., 1985: Holes in clouds, a case study of scientific amnesia, Weatherwise
oktober 1985, 254-258.
KNMI, 1980: Wolkenatlas, 's-Gravenhage.
Pedgley, D.E., 2008: Some thoughts on fallstreak holes, Weather 63 (12), 356-360.
R.M.P. 1948: Man made cirrus? Weather 3, 232.
Schumacher, V. C., 1940: Beobachtungen an einer Altokumulusdecke. Z. Angew.
Meteor 57, 214-220.
Zwart, B., 1969: Door vliegtuigen veroorzaakte gaten in wolkenbanken. Hemel
en Dampkring 67, 242-249.
Internet
AMS, z.j.: Dissipation trail,
Glossary of Meteorology.
Kerkmann, J. et al., 2013: Distrails
over Central Europe.
NASA, z.j.: Worldview.
WDR, 2013: Weerbericht
van 29 november 2013.
Voetnoten
1. Verscheidene Amerikaanse auteurs houden 1919 aan, het jaar waarin de waarneming
uit 1915 werd gepubliceerd.
2. Volgens Hobbs (1985) bevat Cave (1926) al een foto van een vliegtuiggat.
Pedgley (2008) schrijft echter dat de verzamelingen wolkenfoto's uit de jaren
20 van de vorige eeuw, waaronder de expliciet genoemde van Cave (1926), geen
voorbeelden bevatten van vliegtuiggaten. Cave 's boek [Cave, C.J.P., 1926: Clouds,
Cambridge] kon ik niet vinden in de KNMI bibliotheek; daarom houd ik hier, net
als de meeste geraadpleegde auteurs, Schumacher (1940) aan als oudste bron.
3. Een van de eerste Nederlandse waarnemers die een vliegtuiggat beschreef,
karakteriseerde het verschijnsel als een wak in de bewolking. Doordat 'wolkenwak'
in 2013 met een andere betekenis werd gekozen tot weerwoord van het jaar, heb
ik het woord wak in de tekst vermeden.
|
|
|
||
 |
 |
 |
|
|
|
 |
||
|
Vliegtuigstraat, Seattle, 16 maart
2010. Foto: Liem/Flickr
|
||
