Hoofdstuk 11: Neerslag en vocht op de weg.
Laatste wijziging: 2 juli 2004

Een van de belangrijkste oorzaken van het optreden van gladheid is neerslag in de vorm van sneeuw, ijsregen, of hagel. Maar ook regen en dauw kunnen op een koude ondergrond aanleiding geven tot gladde wegen. In dit hoofdstuk wordt besproken hoe neerslag gevormd wordt en onder welke omstandigheden de verschillende typen ontstaan. Verder komt aan bod hoe een wegdek nat kan worden zonder dat er neerslag valt of is gevallen. Tenslotte wordt ingegaan op het gebruik van radar voor het verkrijgen van een gedetailleerd beeld van de neerslag in Nederland. Zichtbelemmering door neerslag komt elders aan de orde.

11.2 Ontstaan van neerslag
In het hoofdstuk over wolken is besproken dat wolken bestaan uit waterdruppeltjes, onderkoelde waterdruppeltjes, ijskristallen of combinaties daarvan. Van neerslag is pas sprake als deze wolkenelementen groot genoeg groeien om naar beneden te kunnen vallen en het aardoppervlak te kunnen bereiken. Er zijn twee processen die in de wolk de groei van wolkenelement naar neerslagdeeltje kunnen veroorzaken: het coalescentieproces en het Wegener-Bergeron proces.

- het coalescentieproces In horizontaal uitgestrekte, gelaagde bewolking (stratus, stratocumulus en altocumulus; zie hoofdstuk 9) vallen wolkenelementen aanvankelijk nauwelijks naar beneden. Doordat wolkendruppeltjes niet alle even groot zijn, vallen ze bovendien niet alle even snel; de grotere druppels kunnen de kleinere inhalen en invangen, waardoor ze geleidelijk groeien. Uiteindelijk gaan ze zo sneller vallen en mogelijk vallen ze na herhaald samensmelten als regen- of motregendruppeltje uit de wolk. Dit proces heet het 'coalescentieproces'.

- het Wegener-Bergeron proces Een tweede proces om wolkenelementen om te vormen tot neerslag is het Wegener-Bergeron proces, genoemd naar de ontdekkers. Hierbij speelt het verschil in dampspanning tussen water en ijs een rol. In de temperatuurzone tussen -10 en -23 graden (zie het hoofdstuk over wolkenvorming), komen zowel onderkoelde waterdruppels als ijskristallen voor. De dampspanning is boven ijs lager dan boven water. Het verschil in dampspanning brengt een waterdamptransport op gang van de waterdruppeltjes (hoge dampdruk) naar de ijskristallen (lage dampdruk). Met andere woorden: de waterdruppeltjes verdampen en de ijskristallen groeien aan ten koste van de waterdruppeltjes. De ijskristallen worden groter en zwaarder en vallen als sneeuw of motsneeuw naar beneden. Het Wegener-Bergeron proces is voor de neerslag die in Nederland en in andere gebieden op gematigde breedten valt, verreweg het belangrijkst. De meeste neerslag in Nederland is dan ook begonnen als sneeuw; dit geldt ook voor de zomer! Doordat de temperatuur van de lucht aan het aardoppervlak en in een dikke laag daarboven gewoonlijk boven nul is, heeft de sneeuw voldoende gelegenheid te smelten en als regen op de grond terecht te komen. Soms is de lucht tussen wolk en aardoppervlak zo droog, dat alle neerslag verdampt voor ze de grond kan bereiken. Desondanks geeft de radar in zulke gevallen echo's en wekt het radarbeeld de indruk dat er ook op de grond regen valt. Afhankelijk van de temperatuur en van eventuele op- en neerwaartse bewegingen in en onder een wolk ontstaan verschillende neerslagvormen. Vooral bij temperaturen rond nul graden is er een grote variëteit. De verschillende neerslagsoorten worden besproken in de volgende paragrafen van dit hoofdstuk.

Het Wegener-Bergeron proces: ijskristallen (ice crystal) groeien aan tot sneeuwkristallen (snow crystal) ten koste van (onderkoelde) wolkendruppeltjes (cloud droplets).

11.3 Regen en motregen
Als de temperatuur van de wolk en van de lucht daaronder boven nul is, bestaat de wolk geheel uit water. Indien de wolk dik genoeg is, doet het coalescentieproces de waterdruppeltjes in horizontaal uitgestrekte bewolking aangroeien tot ze groot en zwaar genoeg zijn om uit de wolk naar beneden te vallen. De bewolking is gewoonlijk niet dik genoeg om grote regendruppels te kunnen opleveren; daardoor valt de neerslag met geringe intensiteit en de druppeltjes zijn klein: motregen. Soms toont het radarbeeld in dit soort gevallen zelfs helemaal geen neerslag. De diameter van motregendruppeltjes is kleiner dan 0.5 mm, de neerslagintensiteit bedraagt minder dan 1 mm per uur. Zijn de waterdruppeltjes groter, dan valt er lichte regen met geringe intensiteit.
Anders wordt het, als de wolk grotere verticale afmetingen heeft en een belangrijk deel van de wolk zich op de hoogte in de atmosfeer bevindt waar de temperatuur onder nul is. Er komen dan hoger in de wolk, waar het meer dan 10 graden vriest, naast onderkoelde waterdruppeltjes ook ijskristallen voor. Nu kan het Wegener-Bergeron proces zijn werk doen en de ijskristallen laten aangroeien ten koste van de wolkendruppeltjes. De neerslagelementen worden zo voldoende groot en talrijk om grotere neerslagintensiteiten mogelijk te maken, zodat de buien doorgaans pittiger zijn en het harder sneeuwt of regent. Regen doet zich voor als de neerslag volledig smelt tijdens de val naar het aardoppervlak; anders valt er (natte) sneeuw (vergelijk figuur).

Sneeuw

IJsregen.

Onderkoelde regen.

. Regen.

Sneeuw, ijsregen, onderkoelde regen en 'gewone' regen.

11.4 Onderkoelde regen en ijsregen
In de winter is de temperatuur van de lucht in de onderste laag van de dampkring bij het aardoppervlak soms onder nul, terwijl tegelijkertijd daarboven een warmere laag zit, waarin de als sneeuw ontstane neerslagelementen omgesmolten zijn tot regen- of motregendruppels. Valt de regen of motregen door deze onderste koude laag, dan bevriest ze geheel of gedeeltelijk. De regen en motregen gaan over in ijsdeeltjes, al dan niet omringd door water, die tenslotte het aardoppervlak bereiken als ijsregen en daar direct een laagje ijs vormen. Het gevolg laat zich raden: een grote kans op gladde wegen. Als de wegdektemperatuur boven het vriespunt is, dan zullen de ijsdeeltjes aanvankelijk smelten. Het smeltproces kost echter veel energie, die door het wegdek geleverd moet worden. De temperatuur ervan daalt dan ook snel tot het vriespunt of zelfs daaronder. De ijsregen blijft tenslotte als ijzel op het wegdek, op auto's en op andere voorwerpen achter.

11.5 IJzel
IJzel ontstaat wanneer regen, motregen of gedeeltelijk uit vloeibaar water bestaande ijsregen op een weg valt waarvan de temperatuur onder nul is. De regen of motregen, die soms onderkoeld is, bevriest dan zodra hij in aanraking komt met de grond of met voorwerpen die kouder zijn dan nul graden; de ijsregen vriest erop vast. IJzel treedt veelal op tijdens de inval van de dooi na een vorstperiode, dus als de vorst nog in de grond zit. De regen van het warmtefront dat de dooiaanval inzet, bevriest op het wegdek. Veel regen hoeft er niet te vallen: een beetje motregen is zelfs al voldoende om de weg spekglad te maken. Meestal duurt een ijzelperiode niet langer dan enkele uren; na het passeren van het warmtefront stijgt de temperatuur gewoonlijk namelijk sterk tot enkele graden boven nul en daardoor smelt het ijs. Soms echter trekt zo'n warmtefront tergend langzaam over of stagneert het zelfs, waardoor een ijzelperiode veel langer kan duren. Ook kan het voorkomen dat de koude lucht zich niet laat verdrijven; koude lucht is namelijk zwaarder dan warme lucht en wanneer continentale zuidoostenwinden koude lucht blijven aanvoeren kan de warme lucht alleen op enige hoogte verder oprukken. Door het gedwongen opstijgen van de zachte lucht wordt bovendien het ontstaan van neerslag verder in de hand gewerkt. IJzel kan vooral op ZOAB problemen veroorzaken. Bij ZOAB ligt een deel van het gestrooide zout op het wegdek; de rest zit in de poriën van het asfalt. De onderkoelde regen valt op het wegdek en de zoutoplossing verdwijnt in de poriën; zij kan daardoor geen bijdrage meer leveren aan het smeltproces op het wegdekoppervlak. Bovendien daalt de temperatuur in het ZOAB-materiaal nog iets, doordat de reactie tussen zout (NaCl) en ijs een zogeheten endotherme reactie is die energie kost. Het wegdek moet die energie leveren en koelt daarbij verder af.

11.6 Sneeuw
De meeste neerslag die in Nederland valt, ontstaat als sneeuw, zoals onder het kopje Wegener-Bergeron proces reeds ter sprake kwam. Neerslag die ontstaat volgens het coalescentieproces kan bij lage temperaturen weliswaar in vaste vorm naar beneden komen, maar de sneeuwvlokken zijn dan niet groot en de neerslagintensiteit blijft klein. Er valt dan zogeheten motsneeuw. Vaak is er op het radarbeeld niets te zien. Motsneeuw bestaat uit zachte, ondoorzichtige, witte, langwerpige korrels met een kleinste diameter van hooguit 2 mm. Op de grond gevallen, springen ze niet op.
Gewone sneeuw bestaat uit sterk vertakte ijskristallen die samengeklonterd zijn tot vlokken; om grote sneeuwvlokken te krijgen mag het niet meer dan vijf graden vriezen. Bij strenge vorst treedt nauwelijks samenklontering op van sneeuwvlokken en resteert er slechts poedersneeuw.
Bij temperaturen rond het vriespunt valt er uit winterse buien soms korrelsneeuw. Korrelsneeuw bestaat uit ronde, ondoorzichtige korrels van 2-5 mm diameter, die opspringen en op een harde ondergrond kunnen breken

Als het sneeuwt bij een luchttemperatuur boven nul, dan koelt de doorvallende sneeuw de lucht af. Ook tijdens regen koelt de lucht af, zodat regen over kan gaan in natte sneeuw en later in sneeuw. Een wegdek waar de regen of sneeuw op terecht komt, koelt eveneens af. Weliswaar zal de sneeuw eerst nog smelten, maar al snel daalt de temperatuur van het wegdek tot nul graden en blijft de sneeuw liggen. Gladde wegen zijn het gevolg. Vaak komt het voor dat de sneeuw door een luchtlaag valt met een temperatuur boven nul graden. In dat geval zal de sneeuw gedeeltelijk smelten. Op het wegdek komt dan een mengsel van regen en sneeuw terecht, dat wel 'natte sneeuw' genoemd wordt. Ook hier geldt weer dat het smelten van de sneeuw veel energie kost, die aan de lucht onttrokken wordt. De luchtlaag koelt daardoor snel af tot nul graden, waarna het blijft sneeuwen, wat tot gladheid kan leiden. Het begrip natte sneeuw kan zowel slaan op sneeuw die valt in gedeeltelijk gesmolten toestand als op smeltende sneeuw op de weg. Als in weersverwachtingen over natte sneeuw gesproken wordt, dan is dat steeds in de eerste betekenis: vallende sneeuw die deels is gesmolten. Het engels maakt een duidelijk onderscheid tussen vallende en liggende natte sneeuw: sleet en slush. Op wegen met natte sneeuw (slush) ontstaan soms ijsplakken die de weg verraderlijk glad kunnen maken.

11.7 Hagel
Hagel bestaat uit korrels met een afmeting van enkele millimeters tot vele centimeters. Meestal is er een duidelijke concentrische gelaagdheid; de doorzichtigheid van de afwisselende lagen loopt uiteen. De concentrische gelaagdheid ontstaat doordat hagelkorrels met de in een wolk voorkomende stijgende en dalende bewegingen diverse keren op en neer gegaan zijn; ze zijn daarbij meerdere malen de nulgraden-Celciusgrens gepasseerd, waarbij bevriezen en smelten elkaar afwisselden. De sterke op- en neerwaartse luchtbewegingen die nodig zijn, komen hoofdzakelijk voor in een fikse zomerse regen- of onweersbui. Hagel is dan ook voornamelijk een zomerverschijnsel. De hagelstenen kunnen grote afmetingen krijgen, soms wel ettelijke centimeters in doorsnede. Hagel maakt de wegen tijdelijk glad, maar het gevaar zit toch vooral in de schade die aangericht wordt door de vallende hagelstenen. In de winter komt gewone hagel vrijwel niet voor. Wel valt er dan bij temperaturen rond het vriespunt de veel kleinere korrelhagel uit winterse buien. Korrelhagel bestaat uit een kern van korrelsneeuw, waaromheen zich een laagje halfdoorzichtig ijs gevormd heeft. Korrelhagel is dus, net als gewone hagel, diverse keren op en neer geweest in de winterse bui waar hij uit voortkomt. De korrels breken zelden of nooit. Ook korrelhagel veroorzaakt een tijdelijke gladheid. Doordat de korrels rond zijn, blijven ze gemakkelijk liggen en smelten ze maar langzaam op een wegdek met temperatuur boven nul. Meestal worden ze door auto's kapot gereden, waarna het ijs wel smelt. Een bui met korrelhagel duurt een kwartier tot een half uur. De temperatuur van de lucht en die van het wegdek zakken daarbij tot rond het vriespunt. Is de bui voorbij, dan wordt de oorspronkelijke, wat warmere lucht aangevoerd, zodat de korrelhagel kan smelten en de gladheid snel verdwijnt.

11.8 Dauwval en rijpvorming

Dauw.

Dauw.

Rijp.

Dauw is geen neerslag die ontstaat door een van de processen zoals boven beschreven. Dauw vormt zich als de temperatuur aan het oppervlak daalt tot onder het dauwpunt; dan condenseert waterdamp en vormt zich dauw. Hoe droger de lucht, des te lager is het dauwpunt en des te kleiner de kans op dauw. Doordat bij condensatie warmte vrijkomt, is het voor dauwvorming nodig dat de vrijgekomen warmte wordt afgevoerd; er moet een mechanisme zijn dat het oppervlak afkoelt, anders stopt het condensatieproces en dus de dauwvorming. In het algemeen veroorzaakt de sterke uitstraling in de avond en nacht de temperatuurdaling van het oppervlak. Na zonsondergang koelt het aardoppervlak namelijk af doordat de aarde zelf als warmtebron gaat fungeren. In plaats van door instraling, - overeenkomend met opwarming - wordt de temperatuur nu bepaald door uitstraling, wat leidt tot afkoeling. Verder moet er ook een aanvoer van waterdamp zijn om het condensatieproces in stand te houden. Dat vocht komt meestal uit de atmosfeer. De hoeveelheid waterdamp die de lucht kan bevatten hangt namelijk af van de temperatuur; hoe lager de temperatuur, des te minder vocht erin kan. Het teveel aan vocht zet zich tijdens en na de afkoeling af als dauw. In een bosrijke omgeving en in de buurt van grote wateroppervlakken bevat de lucht gewoonlijk meer vocht dan elders; het wegdek wordt daar dus eerder nat en gladheid doet zich er eerder voor. Het vocht dat bij de dauwvorming een rol speelt, kan ook uit de bodem komen of uit het wegdek. In ZOAB kan na regen overdag veel vocht achterblijven. Door de afkoeling van het wegdek tot beneden het dauwpunt vindt er een warmte- en vochtstroom plaats van de atmosfeer, de bodem of het ZOAB naar het wegdekoppervlak. Ook de bodemwarmtestroom is door de afkoeling van het oppervlak naar het oppervlak toe gericht. Alleen bij voldoende uitstraling kan de afkoeling dan ook voortduren. Dauw kan alleen ontstaan bij heldere hemel als de zon onder is. Het wordt gevormd tijdens een uitstralingsproces, waarbij echter ook waterdamp nodig is; de lucht moet dus ook voldoende vochtig zijn. Brengt men een warmte-isolerende laag aan het oppervlak aan, dan wordt de bodemwarmtestroom onderdrukt en wordt de temperatuurdaling aan het oppervlak groter. Een goed gesloten grasmat isoleert thermisch erg goed, hetgeen verklaart waarom in een 'dauwnacht' gras kletsnat is door dauw. Een stuk kale grond en de meeste wegdekmaterialen isoleren minder goed, waardoor de temperatuurdaling veel kleiner is en het wegdek vaak droog blijft. Om dauw te krijgen mag het niet te hard waaien. Te weinig wind is echter ook niet goed: als de windsnelheid te laag is, dan is de turbulente uitwisseling in de atmosfeer erg klein. Ook is er door de afkoeling van het aardoppervlak sprake van warme massa met een stabiele opbouw. In dat geval kan er geen waterdamp aangevoerd worden van de atmosfeer naar het aardoppervlak en blijft dauwvorming uit. Het blijkt dat boven gras dauwvorming alleen optreedt bij windsnelheden van ten minste 0.5 m/s op 2 meter hoogte. Er mag echter ook niet te veel wind staan; bij windsnelheden van meer dan 4 m/s wordt namelijk warmte van hogere luchtlagen naar het aardoppervlak gebracht, waardoor de temperatuur van het aardoppervlak niet veel verschilt van die op 1.5 m hoogte; er treedt dan geen dauwvorming op. De temperatuur van het wegdek is in nachten met weinig wind en weinig bewolking veel lager dan de luchttemperatuur op 1.5 m. In de maanden januari en februari is ook de bodemtemperatuur laag, zodat geen aanwarming van onderaf optreedt; het verschil tussen wegdektemperatuur en luchttemperatuur bedraagt dan soms meer dan vier graden! Gewoonlijk zakt de wegdektemperatuur dan ook onder de dauwpuntstemperatuur; het teveel aan vocht dat de lucht bevat zet zich dan af op de weg. In de praktijk zie je dat als het verschil tussen wegdektemperatuur en dauwpuntstemperatuur meer dan ongeveer twee graden bedraagt de weg na twee uur door condensatie nat is.

Ruige rijp.

Daalt de temperatuur tegelijkertijd tot onder nul, dan bevriest het vocht op de weg en is er sprake van condensatiegladheid. Het omgekeerde proces kan evenwel ook plaatsvinden. Bij aanvoer van droge lucht met een dauwpuntstemperatuur die twee of drie graden lager ligt dan de wegdektemperatuur, droogt een natte weg na enkele uren op. Als de wegdektemperatuur al onder nul is voor het proces van start gaat, dan treedt er sublimatie op. Er vormt zich dan ijs aan het oppervlak: rijp. Gladde wegen zijn het gevolg. De omstandigheden die gunstig zijn voor dauwvorming liggen dicht bij die welke gunstig zijn voor mistvorming en, in het voorjaar, voor vorst aan de grond. Als er eenmaal mist ontstaan is, dan kan zich geen dauw meer vormen. Dauw, mist en vorst aan de grond zijn verschijnselen die het gevolg zijn van een subtiel evenwicht tussen uitstraling, turbulente uitwisseling van warmte en waterdamp vlak bij de grond en warmtetransport in de bodem. Het is daarom altijd moeilijk deze verschijnselen te voorspellen of vooraf uitsluitsel te geven welk van de verschijnselen zich waar en hoe laat zal voordoen. Alle drie treden op tijdens heldere nachten, maar vorst dicht bij de grond is waarschijnlijker bij lage windsnelheden en een droge atmosfeer. Dan kan dauw niet voorkomen en is ook mist onwaarschijnlijk. De omstandigheden waaronder mist en dauw optreden tonen echter geen grote verschillen; in beide gevallen is de lucht vochtig en de windsnelheid bij mistvorming is nauwelijks hoger dan die bij de vorming van dauw. Onderkoelde waterdruppeltjes die bevriezen bij botsing tegen voorwerpen noemt men ruige rijp of ruige vorst. Ruige rijp kan vooral optreden bij mist als de temperatuur onder nul is. Ook dan wordt het glad en het zicht is slecht. Condensatie op het wegdek kan ook plaatsvinden onder andere omstandigheden dan zich tijdens een heldere stralingsnacht voordoen. Een koud wegdek kan namelijk ook nat worden als er vochtige lucht over uitstroomt.

11.9 Radar en neerslag Het enige instrument dat neerslag over een groot gebied kan detecteren, is de weerradar (figuur 11.3). De radar verschaft een goed beeld van de verdeling van neerslag over het land. Ook de structuur van neerslagproducerende systemen is in de radarbeelden goed te zien: zijn het afzonderlijke buien of trekt er een groot neerslaggebied over (zie ook hoofdstuk 12, neerslagproducerende weersystemen en weersituaties). Radargolven worden door neerslagelementen zoals regen, sneeuw en korrelhagel gereflecteerd; de veel kleinere wolkendruppeltjes leveren vrijwel geen reflecties op. Uit de hoeveelheid terugontvangen radarstraling kan de neerslagintensiteit berekend worden, zij het niet altijd even nauwkeurig. Als bijvoorbeeld de radarbundel niet geheel gevuld is met regendruppels of als de druppels elkaar afschermen, zijn de gemeten waarden niet geheel representatief voor de neerslagintensiteit. Verder kan er ook een deel van de neerslag onderweg tijdens de val verdampen. Bij de beoordeling van de neerslagintensiteit dient men met deze factoren rekening te houden. Het blijkt verder dat redelijk nauwkeurige intensiteitsmetingen slechts binnen een klein gebied, diameter tussen 100 en 150 km, rond de radar kunnen gebeuren. Verder weg geeft de radar nog wel informatie over neerslag, maar nauwelijks over neerslagintensiteiten. In figuur 11.4 is een radarbeeld weergegeven. In dat beeld is ook de cirkel weergegeven waarbinnen neerslagintensiteiten redelijk betrouwbaar zijn.