Hoofdstuk 13 van Kees Floor: 'Het weer op satellietbeelden', Elmar, Rijswijk 2005
In de vorige hoofdstukken zagen we reeds dat de lucht in de dampkring allerlei verontreinigingen bevat. Woestijnen zijn een bron van stof- en zanddeeltjes in de atmosfeer (hoofdstuk 11) en vulkanen leveren as (hoofdstuk 12). In dit hoofdstuk komen verdere verontreinigingsbronnen aan bod. De belangrijkste daarvan zijn de bos- en natuurbranden die in lange, hete en droge zomers herhaaldelijk in het nieuws zijn. Daarnaast raakt de lucht bij bepaalde weersituaties verontreinigd door menselijke activiteiten, zoals industrie en verkeer.
 |  |  |  |
| 2. Een stevige oostenwind doet de blauwgrijze rook van bosbranden in Californië, Verenigde Staten, uitwaaieren over de Stille Oceaan. De vuurhaarden zijn rood gemarkeerd. Datum: 12 oktober 2004. Satelliet Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team. |
| 4. Rook van een bosbrand in Portugal (rechtsboven in beeld) waaiert uit over de Atlantische Oceaan. De vuurhaarden zijn rood gemarkeerd. Tegelijkertijd bevindt zich boven de Atlantische Oceaan uit de kust van Marocco bruinachtig saharastof (zie hoofdstuk 11, Stofstormen). Midden links in beeld is door de stofdeken heen Madeira te zien; linksonder liggen de Canarische Eilanden. Datum: 13 september 2003. Satelliet Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team. |
Vuurdriehoek
Bos-
en natuurbranden doen zich voor als aan drie vereisten is voldaan, de zogeheten
vuurdriehoek (figuur a). Dezelfde voorwaarden gelden overigens ook voor andere
branden. Allereerst moet er voldoende brandstof zijn. Daarnaast is er zuurstof
nodig. Tenslotte moet de temperatuur hoog genoeg zijn om ontbranding te doen plaatsvinden.
Het
weer speelt bij het vervullen van elk van deze voorwaarden een belangrijke rol.
Een bos bevat natuurlijk altijd voldoende hout, maar dat moet wel droog genoeg
zijn om te kunnen branden. Droog hout, met hooguit een of twee gewichtsprocent
water, ontbrandt bijna net zo makkelijk als benzine; nat hout met vijftien tot
twintig procent vocht wil nauwelijks branden. Dat komt doordat hout ontvlamt bij
390 graden, een temperatuur die veel hoger ligt dan het kookpunt van water. Daardoor
moet eerst alle water verdampt zijn, voor de ontbrandingstemperatuur kan worden
bereikt. Vandaar dat tijdens een langdurige droogteperiode de kans op bosbranden
in de loop van de tijd toeneemt. Hoe hoger de temperatuur en hoe lager de vochtigheid
van de lucht, des te sneller vindt de uitdroging van het bos plaats. De fijne
brandstoffen, zoals grassen, blad, naalden en kleine takjes drogen al in enkele
uren, maar bij het grovere hout duurt dit dagen of zelfs weken. De kans op een
bosbrand hangt daardoor mede af van het weer tot twee of meer weken terug.
Ook
bij het vervullen van de tweede voorwaarde, voldoende zuurstof, is het weer belangrijk.
De lucht die de zuurstof bevat, wordt namelijk aangevoerd door de wind; hoe harder
het waait, des te meer zuurstof komt er beschikbaar. De wind kan ook een rol spelen
om aan de derde voorwaarde te voldoen: hij voert soms vonken of andere brandende
materialen van een gewone brand, een barbecue of een kampvuur mee naar plaatsen
waar een bosbrand kan ontstaan. Een bos kan door blikseminslag eveneens in brand
raken; in Noord-Amerika is dat de oorzaak van veertig procent van alle bosbranden.
 |  |  |
a.
De vuurdriehoek. | b. Concentraties van stof- en roetdeeltjes kleiner dan een honderdste millimeter in de atmosfeer, 23 maart 2003. Oranje duidt op hoge concentraties, blauw op lage. Beeld 6 is het bijbehorende satellietbeeld. Bron: Universiteit van Keulen. |
|
Wind
en weer
De wind is meer dan alleen leverancier van zuurstof. Hij helpt
bij het drogen van de brandstof en speelt een belangrijke rol bij de uitbreiding
van het vuur. Zo voert hij de hete lucht van de plaats waar de brand woedt naar
het gebied waarheen de brand zich gaat uitbreiden. Verder doet de wind de vlammen
naar voren overhellen, zodat ook de warmtestraling van de vlammen voorwerk kan
verrichten voor een uitbreiding van de brand. Dit stralingseffect wordt nog versterkt
op berghellingen, waartegen een bosbrand dan ook razendsnel kan opkruipen. Tenslotte
voert de wind, zoals reeds genoemd, soms vonken en lichte, brandende materialen
uit het brandende bos naar plaatsen waar nog geen brand is uitgebroken.
De
wind beïnvloedt de intensiteit van de brand, bepaalt in welke richting het
vuur zich uitbreidt en speelt ook een rol bij hoe snel dat zal gebeuren; de snelheid
waarmee een vuur zich uitbreidt, kan uiteenlopen van bijna nul tot ruim 6½
meter per seconde. Daardoor is het, ook al voor de veiligheid van de brandbestrijders,
van het grootste belang de wind en de veranderingen daarin precies te kennen en
te voorspellen. Daarbij moet met allerlei meteorologische factoren rekening worden
gehouden. Zo werken veranderingen in het grootschalige luchtdrukpatroon door in
veranderingen in de wind. Bij frontpassages kan de wind bovendien aanwakkeren,
vlageriger worden en vrij plotseling van richting veranderen. Ook buien gaan vaak
vergezeld van een vlagerige, sterk veranderlijke wind, zelfs op plaatsen waar
geen regen valt.
Daarnaast doen bosbranden zich geregeld voor in gebieden
met lokale winden. Zo treden ze veelal op in de buurt van de kust; dat was in
de extreem droge en hete zomer van 2003 bijvoorbeeld het geval in Zuid Frankrijk,
Portugal (beelden 1 en 4) en Australië (beeld 3; zie ook beeld 1 bij hoofdstuk
16). Bij het invallen van de zeewind verandert de wind plotseling van richting.
Berggebieden kennen hun eigen windcirculaties, zoals de föhn, een soms dagenlang
stevig doorstaande warme en droge wind achter grote bergketens. Verder waaien
hellingwinden overdag langs de door de zon verhitte berghellingen omhoog en kunnen
zo bosbranden eveneens een flinke impuls geven.
Tevens is de temperatuuropbouw
van de atmosfeer van belang. In een stabiele atmosfeer zijn de branden minder
hevig dan in een onstabiele. Dat komt doordat in een stabiele atmosfeer stijgende
luchtbewegingen worden tegengewerkt. Daardoor neemt het luchtaanzuigend, ventilerend
vermogen van het vuur af. Vaak verandert het temperatuurprofiel van de atmosfeer
in de loop van de ochtend van stabiel naar onstabiel. Op dat moment trekt de wind
aan en neemt de relatieve vochtigheid af. Bovendien loopt de temperatuur naarmate
de dag voortschrijdt, verder op, zodat het vuur overdag aanwakkert. In de avond
en nacht vindt een overgang van onstabiel naar stabiel plaats, waarbij de wind
weer afneemt en het vuur minder kansen krijgt. Doordat in de loop van de nacht
ook de temperatuur daalt en de vochtigheid toeneemt, is de kans om een vuur onder
controle te krijgen in de vroege ochtend het grootst. De bosbranden tonen dus
niet alleen een jaarlijkse gang, met de meeste branden in het zomerseizoen, maar
ook een dagelijkse gang.
Om het vuur te doven moet ten minste een van de elementen
van de vuurdriehoek onschadelijk worden gemaakt: de brandstof moet opraken, de
zuurstoftoevoer stagneert of de temperatuur zakt onder de ontbrandingstemperatuur,
bijvoorbeeld door bluswater.
 |  | |
| 6. Verontreinigde lucht boven Groot-Brittannië, Ierland en het aansluitende zeegebied. Door de grauwsluier heen blijft het landoppervlak redelijk goed zichtbaar. De rode punten in het oosten van Ierland bij Dublin, in het westen bij Galaway in Wales, ongeveer 60 km ten zuidwesten van Liverpool, markeren vuren, waarvan de rook zich bij de reeds aanwezige luchtverontreinigingen voegt. De verontreinigde lucht wordt als het ware de wervel ingezogen van de depressie voor de westpunt van Bretagne. Een kaartje met gemeten concentraties van de luchtverontreiniging is gegeven als figuur b. Datum: 23 maart 2003. Satelliet Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team. |
| 7. Een grauwsluier van verontreinigde lucht bedekt China, waar 's winters steeds meer kolen en hout worden verstookt. Een stevige wind blaast de verontreinigingen ook naar zee en brengt tevens het water van de Gele Zee in beroering. Opwellend sediment geeft het zeewater lichtbruine en turkooise tinten (zie ook hoofdstuk 17, Kleurrijk oceaanwater). Het sediment, deels afkomstig uit de Jangtsekiang, kleurt het kustwater soms zo bruin dat het nauwelijks nog te onderscheiden is van het vasteland. Achter Korea en Japan zijn wervelpatronen zichtbaar (zie hoofdstuk 9, Bewolkingspatronen achter bergachtige eilanden). Datum: 15 februari 2004. Satelliet: Seastar. Bron: NASA/GSFC SeaWiFS Project. |
Eigen
regime
De samenhang tussen weer en bosbranden is ingewikkeld doordat niet
alleen het weer invloed heeft op de bosbranden, maar de bosbranden op hun beurt
ook het kleinschalige weer mede bepalen. Dat maakt de branden extra grillig en
hindert de bestrijding. Dit grillige gedrag resulteert soms in onverwacht snelle
uitbreiding van de brand. Verder kan de brand zich van het aardoppervlak verplaatsen
naar de boomkruinen, waar het vuur zich zeer snel kan voortplanten. Er zijn bij
deze zogeheten kruinbranden vlamlengtes waargenomen van vijftig meter, terwijl
het vuur zich met een snelheid van 3½ meter per seconde voorwaarts verplaatste.
Tegen zoveel geweld zijn de brandgangen in de bossen niet opgewassen. De kruinbranden
verbruiken veel meer brandstof dan de oppervlaktebranden, zijn veel heter en brengen
de verbrandingsproducten hoger in de atmosfeer.
In het brandende gebied treden
verder soms 'vuurhoosjes' op, te vergelijken met de stof- en zandhoosjes die vaak
te zien zijn boven heet en droog zand. Deze vuurhoosjes kunnen honderden meters
hoog zijn en brandend materiaal ver omhoog voeren, dat vervolgens op grote afstand
neerkomt en nieuwe branden veroorzaakt. Het deels afgebrande bos toont soms de
sporen van andere opgetreden luchtcirculaties. Zo komen er lijnvormige patronen
voor met afwisselend verbrande en niet verbrande delen bos, die grote gelijkenis
vertonen met het patroon van wolkenstraten (zie hoofdstuk 6).
Branden
schering en inslag
Bos- en natuurbranden zijn een 'normaal' natuurverschijnsel;
ook zonder menselijk ingrijpen doen ze zich voor. Dit laat natuurlijk onverlet
dat sommige bosbranden met opzet kunnen zijn aangestoken. De branden schonen het
bos op en maken ruimte voor nieuwe bomen of struikgewas. Er zijn zelfs dennensoorten
die zich voortplanten met behulp van bosbranden: de hitte maakt de zaden vrij
en het nieuwe zaaigoed heeft alle licht en ruimte om zich te ontwikkelen. Bij
natuurlijke branden gaat jaarlijks minstens een miljoen vierkante kilometer bos
verloren. Veel branden laat men gewoon uitwoeden; er is geen geld om elke brand
ver van de bewoonde wereld te bestrijden. Zo bedraagt het areaal aan bos in Noord-Amerika
en op het Euraziatische continent boven de 48e breedtegraad naar schatting 14,3
miljoen vierkante kilometer; het is daarmee veel te groot om onafgebroken brandvrij
te houden. In Canada woeden gemiddeld negenduizend bosbranden per jaar; het is
ondoenlijk die allemaal te bestrijden.
Naast de natuurlijke branden zijn er
ook nog de aangestoken branden. Sinds mensenheugenis worden ze gebruikt om bouwland
op te schonen en er voedingstoffen aan toe te voegen. Verder dienen ze om bossen
te verwijderen voor ander gebruik dan natuur of bosbouw. Ook worden branden wel
ingezet bij het beheer van de bossen, bijvoorbeeld om verjonging mogelijk te maken
of om 'brandstof' te verwijderen en zo oncontroleerbare bosbranden in de toekomst
te voorkomen. De schattingen over de hoeveelheid bos- en grasland die door de
mens wordt afgebrand, lopen uiteen van ¾ tot 8,2 miljoen vierkante kilometer
per jaar.
Luchtverontreiniging
Niet alleen bosbranden brengen
verontreinigende stoffen in de atmosfeer. Ook door activiteit van de industrie
en door het verkeer raakt de atmosfeer verontreinigd, vooral tijdens langdurige
perioden met zonnig en rustig weer. Deze hangen vaak samen met krachtige, standvastige
hogedrukgebieden. De luchtdrukverschillen zijn in de buurt van hogedrukcentra
gewoonlijk klein; daardoor staat er weinig wind en krijgt het weer zijn rustige
karakter. Het ontbreken van bewolking is een gevolg van het optreden van dalende
luchtbewegingen in het gebied waar de hogedrukzone haar invloed doet gelden. Dalende
lucht warmt op en droogt daardoor uit, zodat eventueel aanwezige bewolking op
den duur verdwijnt.
Schaduwzijde van het zonnige weer is een toenemende kans
op luchtverontreiniging; deze treedt op in de onderste honderden meters van de
atmosfeer, de zogeheten atmosferische grenslaag. De dalende bewegingen in het
hogedrukgebied warmen uitsluitend de lucht boven de grenslaag op; in een grenslaag
kan zich vooral 's winters of boven de oceanen dan ook wél bewolking of
mist handhaven. Net boven de grenslaag is het een paar graden warmer dan erin;
men spreekt in zo'n geval van een inversie aan de bovenkant van de grenslaag.
Een inversie gaat stijgende luchtbewegingen tegen en verhindert daarmee tevens
de uitwisseling tussen de lucht in de grenslaag en die erboven; ze vormt al het
ware een deksel op de grenslaag. Verontreinigingen die zich in de grenslaag bevinden,
kunnen daaruit niet naar boven toe ontsnappen, zodat de concentraties ongewenste
stoffen hoog blijven. De zwakke wind kan de verontreinigingen niet snel afvoeren,
waardoor verdere ophoping van verontreinigingen plaatsvindt. Dit proces gaat door
tot de weersomstandigheden veranderen. Sommige gebieden zijn extra gevoelig voor
zich ophopende luchtverontreiniging, zoals vlaktes met veel industrie die zijn
ingesloten door gebergten. De Povlakte is een bekend voorbeeld (beeld 5).
De
meeste luchtverontreiniging is afkomstig van menselijke bedrijvigheid in de grenslaag.
Vooral de grote steden, met hun concentraties aan industrie en hun verstikkende
verkeersstromen, vormen een bron van verontreinigingen. Vaak gaat het om stoffen
die gezondheidsrisico's met zich meebrengen. Veelal zijn het gassen die stank
verspreiden, irritaties teweeg brengen aan huid en slijmvliezen of zelfs kankerverwekkend
zijn. Naast gassen worden ook stof- en roetdeeltjes de dampkring ingebracht. Vooral
dieselmotoren staan in dit opzicht in een kwade reuk.
Onder het mooi-weerscenario
kunnen verontreinigingen geruime tijd gevangen blijven in de grenslaag. Daarbinnen
verplaatsen ze zich wel, vaak over grote afstanden, zodat ook het niet-stedelijk
gebied met luchtverontreiniging te kampen krijgt.
De gasvormige verontreinigingen
zijn meestal kleurloos en met het blote oog niet te zien; ze zijn evenmin waarneembaar
op satellietbeelden. Voor de stof- en roetdeeltjes ligt dit anders. Ook al zijn
ze heel klein en beperkt men zich bij de metingen tot deeltjes kleiner dan een
honderdste millimeter, ze zijn toch zichtbaar doordat ze heiigheid veroorzaken
en het zicht doen afnemen. Vanuit een satelliet is de met deeltjes vervuilde lucht
waarneembaar (beeld 6).
Terug naar inhoudsopgave.