Westland's broeikaseffect, inwendige oceaangolven en Zeeuwse zandbanken.

Kees Floor, Meteorologica maart 2004.


Geregeld tonen satellietbeelden weerspiegelingen van zonlicht op het aardoppervlak en dan met name in het water van zeeën en oceanen. In de zomermaanden zijn dergelijke weerspiegelingen ook zichtbaar op NOAA-beelden van onze omgeving, bijvoorbeeld op de Noordzee (figuur 1) of in de Nederlandse oppervlaktewateren (figuur 2). In de zones met zonneglinstering komen soms zaken naar voren, die onder normale omstandigheden aan het oog ontsnappen of onzichtbaar zijn.

1. Nederland en omgeving, 10 augustus 2003. In de zone met zonneglinstering boven de Noordzee zijn voor de Zeeuwse kust ondiepten zichtbaar. In het Westland lichten broeikassen op; in Frankrijk contrasteert de Seine goed met de omgeving. Satelliet: NOAA, middagbaan. Instrument: AVHRR. Beeldbewerking: DLR, Oberpfaffenhofen, Duitsland.

2. Nederland en omgeving, 7 juni 1983. In de Nederlandse oppervlaktewateren treden felle reflecties van zonlicht op. Minder lichtsterke zonneglinstering is zichtbaar boven de Noordzee en doet de Grote Rivieren duidelijk oplichten. In het Westland is opnieuw het broeikaseffect zichtbaar. Satelliet: NOAA 8, ochtendbaan. Instrument: AVHRR. Beeldbewerking: KNMI, De Bilt.

Spiegelgladde zee
De weerspiegelingen van zonlicht op satellietbeelden manifesteren zich als heldere plekken of banen tegen een donkere achtergrond. Deze achtergrond is boven zeeën en oceanen donker doordat water slechts ongeveer 10 procent van het opvallende zonlicht terugkaatst; dat resulteert in een donkere, haast zwarte tint zoals bijvoorbeeld op figuur 1 in het Skagerrak of op figuur 7 in Humber en de Duitse Bocht. Heldere plekken ontstaan alleen als aan de voorwaarde is voldaan dat satelliet en zon de juiste positie hebben ten opzichte van het wateroppervlak om de zonnestralen zo van richting te veranderen dat ze de sensor van de satelliet kunnen bereiken.
Een volkomen gladde zee fungeert als een perfecte spiegel; in dat geval beslaan de reflecties van het zonlicht op de NOAA-beelden een langgerekt, ovaal gebied en zijn ze uitzonderlijk helder. We zien dergelijke lichtsterke weerspiegelingen in figuur 1 optreden in het water van het oostelijke deel van Het Kanaal en van het zuidelijk deel van de Noordzee voor de Vlaamse en Zeeuwse kust. Ook in rustig oppervlaktewater treden identieke, felle weerkaatsingen op, zoals bijvoorbeeld boven West-Nederland in de situatie van figuur 2. De langgerekte lichtvlek heeft een zelfde oriëntatie als de baan van de overkomende satelliet (Floor 2004a).

Golvend wateroppervlak
Meestal is het wateroppervlak gerimpeld, wat er in de praktijk op neerkomt dat er niet één aaneengesloten spiegelend oppervlak is, maar dat in een bredere strook op het zeeoppervlak van elke golf een deel de juiste stand kan hebben om reflecties in de richting van de satellietsensor mogelijk te maken. Binnen het ovale gebied waar bij windstil weer een felle reflectie op zou treden, resulteert dit in een afname van de intensiteit van het weerkaatste zonlicht, al kan de weerspiegeling daar nog steeds erg fel zijn. Buiten het weerkaatsingsgebied-bij-spiegelgladde-zee bevinden zich nu echter eveneens golven die maken dat een deel van het wateroppervlak de juiste oriëntatie heeft om reflecties op het satellietbeeld te veroorzaken. Overigens moet het wel rustig weer zijn; als het zeeoppervlak te ruw is, blijven duidelijk zichtbare weerspiegelingen uit.
Uiteindelijk toont het satellietbeeld daardoor bij rustig, maar niet geheel windstil weer een minder felle, maar bredere witte band: de zone met zonneglinstering. Dit effect treedt in figuur 1 op in het westelijk deel van Het Kanaal, de Zeeuwse wateren en de Noordzee voor de Hollandse kust en bij de Waddenkust. In figuur 2 ligt het gedeelte van de Noordzee dat in beeld is eveneens in deze zone; de Grote Rivieren steken door hetzelfde effect duidelijk af tegen het land waardoorheen ze water naar de zee dragen. Overigens is in figuur 1 de Seine ook extra markant door zonneglinstering.
De hierboven beschreven verschijnselen zijn op zich niet zo uitzonderlijk; wie vaak satellietbeelden bekijkt zal ermee vertrouwd zijn en in Meteorologica werden eerder voorbeelden geplaatst (Floor 1995a, 1995b, 2004c). Veel zeldzamer zijn drie andere effecten, - twee boven zee, het andere boven land, - die op 10 augustus optraden en waarvoor we, om ze beter zichtbaar te maken, het oorspronkelijke beeld van figuur 1 moeten uitvergroten (figuur 3). We bespreken eerst in deze en de volgende paragraaf het golfpatroon dat zich boven de zuidelijke Noordzee voordoet voor de Zeeuwse Eilanden. Vervolgens gaan we in op andere verschillen in lichtsterkte binnen het gebied met zonneglinstering. De witte stippen in het Westland komen aan bod aan het eind van dit artikel.

3. Uitvergroting van figuur 1. Voor de Zeeuwse kust is nu een golvenpatroon zichtbaar.

4. Inwendige golven in het overgangsgebied tussen de Golf van Oman en de Indische Oceaan, zichtbaar gemaakt door zonneglinstering. Datum: 27 augustus 2003. Satelliet: Aqua, middagbaan. Instrument: MODIS. Bron: NASA Earth Observatory. Linksonder de noordoostpunt van Somalië; de eilanden horen bij Jemen.

Inwendige golven
Het 'golfpatroon' voor de Zeeuwse kust doet sterk denken aan zogeheten inwendige golven, die op radarbeelden van satellieten en - in situaties met zonneglinstering - soms ook op zichtbaarlichtbeelden, te zien zijn (figuur 4). Inwendige golven treden niet op aan het wateroppervlak, maar aan een grensvlak onder water tussen lagen met verschillende dichtheden (figuur 5). De dichtheidsverschillen kunnen samenhangen met verschillen in temperatuur of in zoutgehalte. Gewone oppervlaktegolven krijg je als je een steen in het water gooit of als het gaat waaien. Bij inwendige golven wordt de verstoring meestal veroorzaakt door het getij. De waterbeweging is in situaties met inwendige golven het grootst aan het grensvlak waarlangs de golven zich voortplanten en neemt zowel naar boven als naar onderen toe af. In eerste benadering veroorzaken de inwendige golven daardoor geen op- en neergaande bewegingen van het water aan het oppervlak. Wel treden er in horizontale richting stromingen op langs het oppervlak; in wisselwerking met de oppervlaktegolven veroorzaken deze stromingen verschillen in de ruwheid van de zee. Als de golven zich voordoen in een gebied waar toevallig net weerspiegelingen van zonlicht optreden in het zeeoppervlak, zijn deze ruwheidsverschillen zichtbaar. In sommige gebieden heeft de zee op het satellietbeeld dan een grijze tint; dat is het geval op plaatsen waar de zee ruwer is door de wisselwerking van de door inwendige golven in gang gezette stromingen aan het wateroppervlak en de oppervlaktegolven zelf. Boven rustiger, maar niet spiegelglad water is de tint lichter. Op die manier worden de inwendige golven in het overgangsgebied tussen de Golf van Oman en de Indische Oceaan op figuur 4 zichtbaar; het beeld is afkomstig van de MODIS op de polaire satelliet Aqua. Andere voorbeelden van situaties met door zonneglinstering zichtbaar gemaakte inwendige golven in de oceaan geeft Floor (2004b).

 

5. Inwendige golven doen zich voor onder het wateroppervlak aan het grensvlak tussen lagen met verschillende dichtheden. De dichtheidsverschillen kunnen samenhangen met verschillen in temperatuur of in zoutgehalte.

6. Patroon van banken en ondiepten voor de kust van Zeeland en Vlaanderen.

 

Zandbanken
Hoewel het golfpatroon voor de Zeeuwse kust op figuur 3 veel weg heeft van een patroon met inwendige oceaangolven als in figuur 4, zijn dergelijke golven in dit geval niet de veroorzakers. Zo komt de Noordzee in de 'Global Atlas of Ocean Internal Waves' niet voor als locatie waar het verschijnsel is waargenomen. Deze atlas bevat (of gaat bevatten) alle gevallen waarin astronauten in het ruimtelaboratorium het verschijnsel met digitale camera hebben vastgelegd (Klemas et al., 1999). Ook treedt de gelaagdheid die voor het optreden van inwendige golven vereist is, in de zuidelijke Noordzee niet of vrijwel niet op (Bouws 2004).
Een aanwijzing voor de oorzaak van het patroon in het geval van figuur 3 kan worden verkregen door het te vergelijken met het patroon van banken en ondiepten voor de kust (figuur 6). De oriëntaties van de beide patronen tonen een grote overeenkomst. Kennelijk beïnvloeden de ondiepten de golfhellingen die ter plekke optreden. Dit effect treedt inderdaad op en is onderzocht door Van Gastel (1987). Zij schrijft dat ondiepten soms een 'gladheid' van het wateroppervlak teweeg brengen, die het ervaren vissers mogelijk maakt de banken op zee te herkennen. Het effect treedt enorm versterkt op bij rustig weer en is ook te zien op radarbeelden van het zeeoppervlak die zijn gemaakt vanuit satellieten. Golfmetingen uit het gebied voor de Zeeuwse en Hollandse kust laten zien dat er op 10 augustus 2003, de dag waarop het satellietbeeld van figuren 1 en 4 betrekking heeft, inderdaad sprake was van rustig weer. De golven, - voor zover nog aanwezig, - van de gladde zee boven de zandbanken, bezitten onvoldoende hellingen om nog zonlicht naar de satelliet te kunnen weerkaatsen. De ondiepten hebben daardoor een tint die donker afsteekt tegen de omgeving, waar wél reflecties vandaan komen. Zo blijken we, net als bij de inwendige golven, met ondiepten samenhangende verschijnselen aan het zeeoppervlak niet alleen met radar te kunnen vastleggen; ze zijn onder 'sunglintcondities' ook 'met het blote oog' zichtbaar.
Als een spiegelglad zeeoppervlak wordt veroorzaakt door een windstille zone, - bijvoorbeeld onder een as van een hogedrukgebied, zijn er eveneens geen geschikte golven om zonlicht te weerspiegelen naar een satellietsensor. Daardoor zijn zulke windstille plekken, op dezelfde manier als de ondiepten voor de Zeeuwse kust in figuur 3, zichtbaar als donkere zones in een overigens door zonneglinstering relatief helder gebied. Dit effect is zichtbaar in figuur 7 op Het Kanaal en in de Ierse Zee.

Uitstroom rivieren
De Zeeuwse en Vlaamse zandbanken zijn niet de enige veroorzakers van effecten in het patroon van zonneglinstering in figuren 1 en 3. De uitstroom van rivieren lijkt ook invloed te hebben op de ruwheid van het zeeoppervlak en daarmee op de totale helderheid van de reflecties van zonlicht. We zien beïnvloeding van de zonneglinstering bij de uitstroom van de Nieuwe Waterweg, de Schelde en in mindere mate de Thames. De uitstroom van de Nieuwe Waterweg is aan de noordzijde vrij schep begrensd. Linksboven in figuur 3 bevindt zich een mistveld dat de zonneglinstering aan het oog onttrekt.

Broeikaseffect
Figuur 3 toont nog een ander interessant detail. Boven Zuid-Holland, en dan vooral in het Westland, zijn enkele markante witte vlekken zichtbaar. Ongetwijfeld gaat het hier weer om weerspiegelingen van zonlicht, ditmaal in daar overvloedig aanwezige glazen kassen. Evenals delen van golven op een wateroppervlak de juiste helling kunnen bezitten om zonlicht te weerkaatsen naar de satellietsensor, kan dat het geval zijn bij de glazen daken van broeikassen. We kunnen dan ook spreken van een broeikaseffect op satellietbeelden (Floor 1984a). Bij zorgvuldige inspectie van het Westland in de satellietbeelden van figuur 2 en figuur 7, blijkt het broeikaseffect eveneens aanwezig.

7 (links). Weerspiegeling van zonlicht in onder andere Het Kanaal. Rug-assen en andere windstille zones tekenen zich donker af. Datum: 16 april 2003. Satelliet: NOAA-12, middagbaan. Instrument: AVHRR. Beeldbewerking: Université Louis Pasteur de Strasbourg (Frankrijk). Hieronder een uitvergroting van het Westland en Zeeland.

 

 

 

Dankbetuiging
Ik dank Evert Bouws (KNMI) voor zijn hulp bij het interpreteren van het golfpatroon voor de Zeeuwse kust op figuur 3.

Literatuur:
Bouws, E., persoonlijk contact.
Floor, C., 1984a: Greenhouse effect and other reflections on satellite imagery; Weather January 1984.
Floor, K., 1995a: Zonnespiegelingen en mist op de Noordzee; Meteorologica september 1995
Floor, K., 1995b: Erin en zonneglinstering : satellietfoto vol contrast; Meteorologica december 1995
Floor, K., 2004a: Zonnespiegeling vormt afspiegeling van satellietbaan, Zenit maart 2004.
Floor, K., 2004b: Zonneglinstering maakt interne oceaangolven zichtbaar, Zenit maart 2004.
Floor, K., 2004c: Satellietbeelden leveren aanwijzingen voor Levanter, Meteorologica april 2004.
Gastel, K. van, 1985: Ondieptes vanuit de lucht en vanaf de brug, NTT/De Zee, mei 1985.
Gastel, K. van, 1987: Surface marks of the sea bed (Tekenen van de zeebodem aan het wateroppervlak). Proefschrift Rijksuniversiteit Utrecht.
Klemas, V.V. et al., 1999, Global Atlas of Ocean Internal Waves, URL: www.onr.navy.mil/sci_tech/ocean/reports/docs/po/99/pokvv.pdf