Kees Floor, Zenit juliu/augustus 2013

Van vliegtuigen is algemeen bekend dat ze soms aanleiding geven tot de vorming van bewolking: de zogeheten vliegtuigstrepen of contrails. Verrassenderwijs kunnen ze in andere gevallen bewolking doen verdwijnen. Ze veroorzaken dan een gat in de bewolking of een langgerekt wolkenloos spoor. Het verschijnsel is zowel te zien vanaf de grond als op satellietbeelden.

Vliegtuigen die op 8-12 kilometer hoogte door een omgeving vliegen waar de temperatuur 40 graden onder nul is of lager, laten, tot verdriet en irritatie van getergde zonaanbidders en andere compromisloze liefhebbers van een strakblauwe hemel, vaak een spoor van bewolking achter. Als de lucht voldoende vocht bevat, kunnen de vliegtuigstrepen (Engels: condensation trails of contrails) breed uitwaaieren, urenlang blijven hangen en overgaan in niet meer van natuurlijk gevormde sluierbewolking te onderscheiden vliegtuigcirrus.
Minder bekend is dat vliegtuigen af en toe ook bewolking, althans een gedeelte daarvan, kunnen doen verdwijnen. Zo kan de warmte van de uitstoot van vliegtuigen onder sommige omstandigheden de wolkendruppeltjes doen verdampen, waarna er een 'omgekeerde vliegtuigstreep' (Engels: dissipation trail of distrail) ontstaat. Dit verschijnsel moet overigens niet worden verward met de schaduw van een vliegtuigstreep op eronder hangende bewolking; waar de schaduw zich bevindt, lijkt de bewolking door gezichtsbedrog soms afwezig.
Vliegtuigen kunnen ook volgens een heel ander mechanisme bewolking doen verdwijnen; daarover gaat het vervolg van dit artikel. De toestellen prikken dan bij het opstijgen of voorafgaand aan de landing een rond of ovaal gat in een overigens aaneengesloten wolkendek (Engels: hole punch cloud of punch hole cloud) of trekken in de bewolking een langgerekt, op een distrail lijkend, wolkenvrij spoor (Engels: canal cloud). De uitsparingen in de uit kleine waterdruppeltjes bestaande bewolking zijn overigens aanvankelijk voor een deel weer gevuld met /uit ijskristallen bestaande wolkensluiers, wat ze onderscheidt van de distrails.

1. Vliegtuiggat in een wolkendek met uit waterdruppeltjes bestaande schaapjeswolken, boven Mobile, Alabama, USA, 11 december 2003. In het gat zijn ijswolken ontstaan, die na verloop van tijd 'uitregenen', verdwijnen en een 'schoon' gat achterlaten. Foto: Alan Sealls, WKRG-TV / NCAR.	Vliegtuiggat in een wolkendek met uit waterdruppeltjes bestaande schaapjeswolken, boven Mobile, Alabama, USA, 11 december 2003. In het gat zijn ijswolken ontstaan, die na verloop van tijd 'uitregenen', verdwijnen en een 'schoon' gat achterlaten. Foto: Gary Beeler, National Weather Service Mobile, Alabama

Dunne, koude altocumuluslaag
De bewolking waar de gaten in vallen of waarin de lijnvormige uitsparingen zich vormen, bestaat doorgaans uit een dunne, koude laag schaapjeswolken, door meteorologen gewoonlijk aangeduid als altocumulus. Hoewel het op de hoogte waar deze middelbare bewolking zich bevindt, dan minstens 15 graden vriest, bevriezen de wolkendruppeltjes die de bewolking vormen, niet spontaan. Pas als zo'n waterdruppeltje verder afkoelt - tot -37 graden of een nog lagere temperatuur - verandert het in een ijskristal.
Als er eenmaal ijskristallen gevormd zijn, kunnen deze groter worden ten koste van verdampende waterdruppeltjes in de directe omgeving. De ijskristallen kunnen zo uitgroeien tot neerslagelementen die zwaar genoeg zijn om uit de wolk naar beneden te vallen. Zo ontstaan er valstrepen; tevens zijn er gevallen bekend waarbij er in samenhang met zo'n gat in de bewolking zelfs neerslag optrad die op de weerradar te zien was en die de grond bereikte.
De bevriezing van wolkendruppeltjes wordt in dit soort situaties meestal in gang gezet door vliegtuigen. De lucht achter de propellers en achter de vleugels zet uit en koelt daarbij soms wel zo'n 20 graden af, wat aanleiding geeft tot spontane bevriezing van sommige wolkendruppeltjes. Straalvliegtuigen kunnen eveneens gaten en langgerekte uitsparingen in bewolking veroorzaken, maar dan moet de temperatuur van de wolkenlaag lager zijn dan in het geval van propellervliegtuigen.

Vanaf de grond
Figuur 1 toont een mooi voorbeeld van een door een vliegtuig veroorzaakt gat in een wolkenlaag van schaapjeswolken. De relatief scherpe randen van de wolkenelementen (de 'schaapjes') duiden erop dat de bewolking uit waterdruppeltjes bestaat. Mocht zo'n druppeltje toevallig buiten de wolk terecht komen, dan verdampt het vrij snel, wat scherpe wolkenranden oplevert.
In de wolkenlaag zien we in het midden van de foto het door een vliegtuig veroorzaakte gat. De uitsparing is deels opgevuld met ijskristallen. De ijswolken in het gat hebben vage randen. Als een ijskristal om wat voor reden dan ook buiten de ijswolk terecht komt, zal het namelijk niet direct verdampen; denk maar aan het buiten trager drogen van de was bij luchttemperaturen onder nul. Daardoor hebben wolken die geheel uit ijskristallen bestaan, zoals sluierbewolking, altijd vagere randen.
Figuur 2 geeft een ander voorbeeld van een door een vliegtuig veroorzaakt gat in een wolkendek. De zon bevindt zich achter de bewolking rechts op de foto. In de ijswolk die in het vliegtuiggat is ontstaan, zien we een kleurrijk lichteffect, een zogeheten bijzon. Het is een van de vele varianten waarin haloverschijnselen zich kunnen manifesteren; de meest bekende halovariant is de kleine kring om de zon of kring van 22 graden. De bijzon op de foto, met zijn naar de zon gekeerde rode zijde, levert een extra bewijs dat er sprake is van ijswolken; in waterwolken komen halo's namelijk niet voor. Verderop zullen we zien dat ook satellietbeelden het optreden van ijswolken in vliegtuiggaten bevestigen.

Vanuit de ruimte
De gaten en de lijnvormige uitsparingen in de bewolking zijn niet alleen zichtbaar vanaf de grond. Ook op satellietbeelden zijn ze af en toe te zien. Een bekend en uitvoerig gedocumenteerd geval (zie literatuur) deed zich voor in de Verenigde Staten op 29 januari 2007 boven Mississippi, Louisiana, Texas, Arkansas en Alabama. Uit satellietmetingen van de infraroodscanner van de GOES-weersatelliet en uit radiosonde-oplatingen kon de temperatuur van de bovenkant van de wolkenlaag die zich over dat gebied uitstrekte, worden bepaald. Deze bedroeg -20 tot -35 graden, zodat de omstandigheden voor de vorming van gaten in de bewolking gunstig waren. Op satellietbeelden, gebaseerd op metingen van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) op de Amerikaanse satellieten Terra (figuur 3) en Aqua (niet afgebeeld), zijn dan ook talrijke gaten en verscheidene langgerekte uitsparingen te zien. De gaten worden hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door vliegverkeer dat afkomstig is van de luchthaven Dallas-Fort Worth in Texas of op weg is daarnaartoe. Op het satellietbeeld in natuurlijke kleuren is de bewolking wit, terwijl het land in gebieden waar het onbewolkt is of op plaatsen waar we door de gaten in de bewolking heen kijken, een bruine tint vertoont. Met wat goede wil zien we in sommige gaten en andere vliegtuiguitsparingen zelfs de uit ijskristallen bestaande wolkensluiers.

3. Satellietbeeld in natuurlijke kleuren van onder andere Texas, USA. In het wolkendek zijn verscheidene gaten (hole punch clouds) en langgerekte wolkenloze sporen (canal clouds) zichtbaar. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Datum: 29 januari 2007. Bron: NASA.	4. Satellietbeeld in oneigenlijke kleuren van onder andere West-Virginia, USA. In het uit waterdruppeltjes bestaande wolkendek zijn drie gaten en een langgerekt spoor zichtbaar, met daarin wolkensluiers van ijskristallen. De tint van de ijswolken verschilt markant van de kleur van de waterwolken. Instrument: TM. Satelliet: Landsat-5. Datum: 11 december 2009. Bron: NASA/USGS.

Water en ijs
Satellietmetingen maken het ook mogelijk een onderscheid te maken tussen waterwolken en ijswolken. Meetgegevens uit het zichtbaar licht worden dan gecombineerd met data uit het nabij infrarood en het kortgolvig infrarood. Water is een goede reflector in al deze golflengtegebieden; ijs daarentegen reflecteert weliswaar goed in het zichtbaar licht en het nabij-infrarood, maar absorbeert het licht in het kortgolvig infrarood. Op basis van dit verschil in eigenschappen is het mogelijk op satellietbeelden ijs en water in afzonderlijke tinten af te beelden, zodat ijswolken en waterwolken gemakkelijk uit elkaar gehouden kunnen worden. Op zulke beelden is dan - ook zonder goede wil - goed te zien dat de gaten en andere uitsparingen zich voordoen in waterwolken en dat de bewolking in zo'n gat uit ijs bestaat.
Figuur 4 geeft hiervan een voorbeeld. Het satellietbeeld toont een uitsparing en enkele gaten in een wolkendek boven West-Virginia, Verenigde Staten op 11 december 2009. De situatie is in beeld gebracht in oneigenlijke kleuren op basis van meetgegevens van de Thematic Mapper (TM) op de Amerikaanse satelliet Landsat-5. Waterwolken tonen een lichtblauwe of roze tint; de ijswolken in de drie gaten en in de langwerpige baan zijn helder blauw. Als de ijswolken zullen zijn uitgesneeuwd of uitgeregend, resteren er de gaten en de wolkenvrije sporen.

Hoe vaak?
De gaten en de wolkenvrije banen die soms in middelbare bewolking worden waargenomen, laten zien dat het vliegverkeer een rol speelt bij het al dan niet optreden van bewolking. Over de mate waarin dat gebeurt kunnen we geen harde conclusies trekken; we kennen alleen de gevallen die we zien. Situaties waarin wolkenlagen het verschijnsel aan het zicht onttrekken, kunnen niet worden beschreven. De wolkenlagen op andere niveaus dan waarop de verschijnselen zich voordoen, fungeren ook als achtergrond van de visuele waarnemingen of van de stralingsmetingen uit de satellieten; ze kunnen het contrast tussen de gaten in de bewolking en de wolkenlaag zelf zo sterk doen afnemen dat het effect van de gaten achterlatende vliegtuigen onopgemerkt blijft.
Wolkenfysici willen graag meer weten over de wisselwerking tussen het vliegverkeer en bewolking. Veel metingen in het kader van het wolkenonderzoek worden met vliegtuigen uitgevoerd; wat zijn de meetresultaten nog waard als de meetvliegtuigen zelf het gedrag van de bewolking mede bepalen? Wat zijn daarnaast de gevolgen van een verdere toename van het vliegverkeer wereldwijd op de omvang van het wolkendek en op de eigenschappen van bewolking? En wat zijn daarvan weer de effecten op het klimaat? Met deze vragen in het achterhoofd is het geen wonder dat de wetenschappers pleiten voor verder onderzoek naar de mechanismen die zich voordoen bij de vorming van de mysterieuze gaten en bij andere processen die zich in bewolking afspelen.

Literatuur
Heymsfield, A.J. et al., 2010: Aircraft-induced hole punch and canal clouds, inadvertent cloud seeding. Bulletin of the American Meterological Society, 91 (6), 753-766.