Kees Floor, Het Weer Magazine, december 2008

Net als vliegtuigen kunnen schepen langgerekte, lijnvormige wolkensporen achterlaten. Ze zijn meestal te vinden in de buurt van hogedrukgebieden boven de oceaan. Incidenteel duiken ze op boven onze eigen Noordzee. Verwar deze scheepswolken niet met de vrijwel gelijknamige scheepsgolven, die soms achter afgelegen eilanden te zien zijn.

Scheepswolken boven de Stille Oceaan voor de Amerikaanse westkust.	Scheepswolken boven de Stille Oceaan, 29 april 2002. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.

Amerikaanse marineschepen hielden zich in de jaren zestig van de vorige eeuw nog wel eens schuil onder laaghangende bewolking. Dergelijke uitgestrekte stratus- en stratocumulusvelden. doen zich vaak voor boven de oceaan in de buurt van omvangrijke hogedrukgebieden. Op die manier probeerden de Amerikanen zich aan het zicht te onttrekken. Vijandige spionagesatellieten konden namelijk elk moment over komen en zo de posities van de vlooteenheden vastleggen en de vlootbewegingen volgen. Wat men toen nog niet wist, was dat zo'n wolkenlaag minder bescherming biedt tegen gluurders vanuit de ruimte dan aanvankelijk werd gedacht. Varende schepen laten af en toe namelijk sporen achter in het wolkendek. Die zijn van bovenaf zichtbaar. Het gaat om langgerekte, enigszins pluimvormige, soms wat zigzaggende wolkensporen, die zich een tot twee dagen kunnen handhaven. Al die tijd kunnen ze de aanwezigheid van de schepen verraden.

Ongericht
De wolkensporen van schepen werden midden jaren zestig voor het eerst gezien op beelden van weersatellieten. Men noemde ze destijds 'anomale wolkenlijnen', omdat er geen duidelijk verband bestond tussen de richting van de langgerekte wolkenpatronen en de windrichting op de hoogte in de atmosfeer waar ze zich voordeden. Meestal liggen wolken evenwijdig aan de windrichting of loodrecht erop; andere oriëntaties zijn veel minder gebruikelijk. In dat opzicht was er een zekere overeenkomst met vliegtuigstrepen; die laten zich namelijk ook niets gelegen liggen aan de twee voorkeursrichtingen voor wolkenpatronen in de atmosfeer. Dat komt doordat de richting waarin het vliegtuig zich verplaatst, mede bepalend is voor het uiteindelijk resultaat.

De vorming van scheepswolken in zijaanzicht (boven) en achteraanzicht (onder): a. De verbrandingsgassen van scheepsmotoren zijn warmer dan de omringende lucht en stijgen langzaam op naar de bovenkant van de maritieme grenslaag. b. De verbrandingsproducten van de scheepsmotoren bevatten onder andere zwaveldioxide, dat hygroscopische sulfaatdeeltjes kan vormen. De sulfaatdeeltjes fungeren als werkzame condensatiekernen. Het aantal druppeltjes in de wolk neemt daardoor toe en de wolk gaat meer zonlicht terugkaatsen c. Verdere uitbreiding en uitdunning van het wolkenspoor naar boven toe wordt tegengegaan door de subsidentie-inversie, die als een deksel op de maritieme grenslaag ligt. Soms ontstaan aan beide zijden van het wolkenspoor neerwaartse bewegingen die de eventueel aanwezige bewolking naast de scheepswolken doen verdwijnen. d. Als het proces van wolkenvorming enige tijd heeft geduurd, is het schip zo ver weg dat geen nieuwe uitlaatgassen de wolk nog kunnen bereiken. Het wolkenspoor dijt uit en wordt breder dan een jonger gedeelte van dezelfde scheepswolk.

Scheepswolken
Al gauw rees het vermoeden dat de anomale wolkenlijnen samenhingen met scheepsbewegingen. Zekerheid werd pas verkregen nadat men er vliegtuigen op af had gestuurd. De piloten troffen op de posities waar de wolkensporen volgens satellietbeelden begonnen, inderdaad schepen aan. Dat maakte de weg vrij voor het zoeken naar een verklaring. Die werd gevonden in de toename van het aantal zogeheten condensatiekernen in de lucht achter de schepen.
Condensatiekernen zijn stof-, zeezout-, vuil- of roetdeeltjes in de lucht, die noodzakelijk zijn om druppelvorming in de atmosfeer op gang te brengen. De lucht is boven de oceaan, de plek waar de scheepswolken doorgaans optreden, meestal erg zuiver en bevat daardoor weinig condensatiekernen. Het aantal druppels dat zich onder die omstandigheden kan vormen, is dan ook relatief klein. De druppels zelf zijn naar verhouding groot.
De verbrandingsproducten van de scheepsmotoren brengen extra condensatiekernen in de lucht. Ze bevatten onder andere zwaveldioxide, dat sulfaatdeeltjes kan vormen. Deze sulfaatdeeltjes trekken als het ware waterdamp uit de atmosfeer naar zich toe. Daardoor zijn ze zeer sterk werkzaam als condensatiekern. Als gevolg daarvan is het aantal druppeltjes in het spoor van uitlaatgassen veel groter dan daarbuiten. Het reeds in de oceaanlucht aanwezige vocht verdeelt zich in de rookpluim van schepen dan ook over een veel groter aantal condensatiekernen.

Scheepswolken boven de Stille Oceaan voor de Amerikaanse westkust. (MODIS)	Scheepswolken boven de Golf van Biskaje en de Atlantische Oceaan; 27 januari 2003. Rechts is de Franse westkust in beeld, rechtsonder de Spaanse noordkust. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team. (Animatie)	Rook van branden in Oregan en Californië is weggedreven naar de Stille Oceaan en steekt geel-bruin af tegen de overige bewolking. Ten noorden en ten westen van de rookpluim zijn scheepswolken te zien. Ten zuiden van de rook ligt de tropische cycloon Elida. Datum: 29 juli 2002. Satelliet: Seastar. Bron: NASA/GSFC SeaWiFS Project.

Satellietbeelden
Om te begrijpen hoe die grote aantallen kleine wolkendruppeltjes leiden tot de langgerekte, relatief heldere sporen op satellietbeelden, is het volgende nog van belang. Wolken met veel kleine druppeltjes reflecteren het daarop vallend zonlicht sterker dan andere wolken met evenveel water erin, maar verdeeld over een kleiner aantal grotere druppels. Op die manier worden de wolkensporen van schepen op zichtbaarlichtbeelden van weersatellieten, die in feite gereflecteerd zonlicht weergeven, duidelijk herkenbaar. De illustraties bij dit artikel laten zien hoe de instrumenten op die weersatellieten de scheepswolken in beeld brengen.
De voorwaarde van zuivere lucht met relatief weinig condensatiekernen verklaart dat de scheepswolken uitsluitend voorkomen op oceanen. Boven door land omsloten zeeën als de Oostzee en de Middellandse Zee worden ze niet aangetroffen. De lucht boven deze en vergelijkbare zeeën heeft boven het omringende land al zoveel condensatiekernen opgepikt, dat aan het 'reinheitsgebot' niet langer is voldaan. De Noordzee neemt kennelijk een uitzonderingspositie in (zie satellietbeelden hieronder); hij is omsloten door land, behalve bij een stroming uit noord tot noordwest. Bij die windrichting zijn ook hier scheepswolken mogelijk.

Vliegtuigstrepen.
Hoewel de scheepswolken overeenkomsten lijken te vertonen met de condensatiesporen van vliegtuigen, zijn er ook verschillen. Zo komen de scheepswolken voor op hoogtes tot ongeveer 1 kilometer. Aan de bovenkant worden ze begrensd door de top van de zogeheten maritieme grenslaag, de onderste honderden meters boven de oceaan waar de lucht vrijwel geen uitwisseling heeft met de lucht in de lagen erboven, Vliegtuigstrepen zitten veel hoger en wel op vlieghoogte, ruim 10 kilometer.
Verder is bij de vorming van scheepswolken vooral de injectie van condensatiekernen van belang; bij de vorming van contrails gaat het juist om de waterdamp in de uitstoot van de motoren.
Scheepswolken vereisen daarnaast schone oceaanlucht. Vliegtuigwolken zijn minder kieskeurig op het gebied van luchtkwaliteit; bovendien ontstaan ze zowel boven zee als boven land. Wel vragen de contrails om een omgevingstemperatuur van min 40 graden of lager. Door die lage temperaturen zijn de temperatuurverschillen tussen wolk en aardoppervlak groot en zijn de vliegtuigstrepen het best te zien op infraroodbeelden. De temperatuurverschillen tussen de laaghangende scheepswolken en het onderliggende oceaanoppervlak zijn klein, zodat die bewolking op infraroodbeelden nauwelijks zichtbaar is. Op zichtbaarlichtbeelden zijn de rollen omgedraaid. De ijle, deels doorzichtige vliegtuigwolken kaatsen veel minder zonlicht in de richting van de sensoren op de satelliet dan de uit talrijke kleine waterdruppeltjes bestaande, sterk reflecterende scheepswolken.

Invloed op klimaat
De scheepswolken vormen een dankbaar onderzoeksobject voor klimaatwetenschappers. Ze willen weten hoe uitstoot van menselijke bedrijvigheid de wolkenvorming - en daarmee het klimaat - beïnvloedt. De meeste uitstoot vindt plaats boven land, waar de atmosfeer veel turbulenter is en het aantal bronnen veel groter; dat maakt het moeilijker om de uitstoot van een bepaalde bron te volgen en de effecten ervan te bepalen. Boven zee zijn de door de mens in de atmosfeer gebrachte verontreinigingen in de gelijkmatiger waaiende wind veel gemakkelijker te volgen. De wolken achter een schip ontstaan uit een eenvoudig te lokaliseren, enkelvoudige bron van verontreiniging en onderscheiden zich bovendien duidelijk van de 'gewone' bewolking, wat het bestuderen ervan vereenvoudigt.
Uit het onderzoek heeft men kunnen afleiden dat door menselijke invloed gevormde wolken helderder zijn en dus meer zonlicht terugkaatsen. Dat heeft een matigend effect op de opwarming van de aarde. Ook valt er uit wolken die uit kleinere waterdruppeltjes bestaan in sommige gebieden vermoedelijk minder regen. In vochtige en warme klimaatzones kan de luchtverontreiniging juist leiden tot meer regen, door het activeren van zware onweersbuien.

Scheepsgolven
Satellietbeelden tonen naast scheepswolken soms ook scheepsgolven. Ondanks de overeenkomst in de naam, gaat het om totaal verschillende verschijnselen. De scheepsgolven in de atmosfeer worden niet opgewekt door schepen, maar door verafgelegen eilanden in de oceaan. Wanneer de lucht over en langs die eilanden stroomt, kan zich daarachter een patroon vormen dat als twee druppels water lijkt op de V-vorm van het kielzog van een schip. Vandaar de naam scheepsgolven, ook al trekken bijvoorbeeld eenden en andere watervogels eenzelfde spoor. De hoek tussen de beide benen van de V is steeds dezelfde: krap 39 graden.
De overeenkomst tussen de golfpatronen is niet toevallig. Stromende lucht gedraagt zich als een vloeistof. Of het obstakel nu een varend schip is, een zwemmende eend of een stilliggend vulkanisch eiland, maakt niet uit.

Scheepsgolven achter de Bouveteilanden in de Zuidelijke Atlantische Oceaan, vastgelegd door de Europese weersatelliet METEOSAT op 27 maart 2000. © EUMETSAT 2000.	Scheepsgolven achter de Prince Edward Islands in de zuidelijke Indische Oceaan. Datum: 16 oktober 2008. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Bron: NASA/Earth Observatory.

Bovenaanzicht
Het patroon van scheepsgolven is het indrukwekkendst wanneer het van boven af wordt bekeken. Op de foto is dat vanaf de hooggelegen zijwanden van een Noorse fjord, en in het geval de atmosfeer achter eilanden in de oceaan vanuit een satelliet. De golven zijn meestal gemakkelijker te zien dan het schip of het eiland, dat het patroon opwekt. Het golfpatroon in de atmosfeer is verder alleen zichtbaar als de omstandigheden meewerken. Vooral de vochtigheid van de lucht is belangrijk. Deze moet zodanig zijn dat de lucht in de stijgende delen van de golf oververzadigd raakt, wat leidt tot wolkenvorming. In de dalende takken moet de luchtvochtigheid teruglopen tot onder de 100%, zodat het er onbewolkt is of eventueel aanwezige bewolking snel weer verdwijnt. Alleen dan ontstaat een ribbelpatroon zoals te vinden op het satellietbeeld. De door gereflecteerd zonlicht witgetinte bewolking markeert de golftoppen; de donkere delen, waar de achtergrond van donker oceaanwater zichtbaar is, geven de posities van de golfdalen.
Het golfpatroon op de satellietbeelden hierboven wordt veroorzaakt door het onder Frans bestuur vallende Îsle Amsterdam (links) en het tot Zuid-Afrika behorende Prince Edward Islands, alle gelegen in het zuidelijk deel van de Indische Oceaan. Ook achter andere eilanden is het echter geregeld te zien.

Lord Kelvin.	V-vormig kielzog achter schepen. Foto: René van der Weerden	Computersimulaties van het kielzoch achter schepen. Bron: www.phy.bris.ac.uk/people/berry_mv/gallery.html