Hoofdstuk 5 van Kees Floor: 'Het weer op satellietbeelden', Elmar, Rijswijk 2005

Volgens de klassieke theorie van luchtsoorten en fronten ontwikkelen oceaanstoringen zich aan het grensvlak van twee verschillende luchtsoorten. Aan de zuidkant zit warme, vochtige, subtropische lucht en aan de noordzijde bevindt zich drogere, van noordelijke breedten afkomstige, koude, zogeheten polaire lucht. Dit grensvlak ligt in ideale omstandigheden als een soort ring rond de polen en wordt het polaire front genoemd. De hierop betrekking hebbende polairefronttheorie werd ontwikkeld in de periode kort na de Eerste Wereldoorlog aan de universiteit van Bergen in Noorwegen. De groep die toen en in de jaren twintig van de vorige eeuw aan deze theorievorming werkte, staat bekend als de Noorse School. De wetenschappers van de Noorse School werkten met modelvoorstellingen van depressies, warmtefronten, koufronten, occlusies en golfvormige storingen. Deze zogeheten conceptuele modellen kwamen reeds aan bod in hoofdstuk 2 en worden in de meteorologie en daarbuiten vandaag de dag nog steeds gebruikt.

Activiteit in polaire lucht
Pas veel later bleek dat niet alleen aan het polaire front storingen tot ontwikkeling komen; ook in de koude lucht aan de noordzijde, op enige afstand van het polaire front, doen zich actieve storingen voor. De scheepvaart in het betrokken gebied werd ermee geconfronteerd en vaak erdoor verrast. Met de komst van weersatellieten konden aanwezigheid, vorm, ontwikkeling en frequentie van optreden van dergelijke storingen gedetailleerder in kaart worden gebracht. Om deze en andere verschijnselen in de atmosfeer, zoals de storingen in warme lucht uit het vorige hoofdstuk, onder te brengen in een algemenere theorie over weersystemen, moest het aantal conceptuele modellen waarmee de weerdiensten werken, worden uitgebreid. De uitbreiding omvat onder andere storingen in koude lucht, zoals doorontwikkelde stapelwolken (enhanced cumulus EC), komma's (comma), depressievorming in koude lucht (cold air development, CAD), 'instant occlusies' en 'polar lows'. We laten hier enkele voorbeelden zien van dergelijke weersystemen, maar bespreken eerst hoe de koude lucht er op satellietbeelden uit ziet als er geen storingen aanwezig zijn..

Storingsvrije koude lucht
Wanneer koude lucht vanaf het land uitstroomt over relatief warm zeewater, ontstaat er gewoonlijk een karakteristieke opeenvolging van bewolkingspatronen. Vlak langs de kust is er eerst een strook boven zee, waarin het onbewolkt is. Als de lucht enige tijd boven het oceaanwater heeft vertoefd, vormen zich wolkenstraten of koordwolken die min of meer evenwijdig aan de luchtstroming georiënteerd zijn. Dergelijke wolkenstraten zijn onder andere te zien op het satellietbeeld (beeld 1) voor de Noorse kust en boven het Skagerrak en de Noordzee; ze worden uitvoeriger besproken in hoofdstuk 6. Heeft de aanwarming van onderen af wat langer geduurd, dan volgt een gebied met open cellen. Zo'n patroon met open cellen is op hetzelfde satellietbeeld duidelijk zichtbaar aan weerszijden van de later in dit hoofdstuk te bespreken storing voor de kust van Zuid-Noorwegen. Het bewolkingspatroon in de lucht die nog weer langer onderweg is, bestaat uit gesloten cellen; deze zijn op de figuur bijvoorbeeld aanwezig boven het zeegebied ten noordoosten van IJsland. In alle gevallen is de verticale ontwikkeling van de bewolking beperkt. Dat komt doordat de onderste laag van de dampkring boven zee, de zogeheten maritieme grenslaag, aan de bovenzijde vaak wordt 'afgedekt' door een inversie, die het doorstijgen van de wolkentoppen naar grotere hoogte belemmert. De kans dat er een buienwolk voorkomt, is bij open cellen groter dan bij gesloten cellen of bij wolkenstraten. Van buienclusters is meestal echter geen sprake, laat staan van storingen. In hoofdstuk 7 komen celvormige bewolkingspatronen uitvoeriger aan de orde.

Doorontwikkelde stapelwolken
De situatie verandert als er zich in de hogere luchtlagen koude plekken in de atmosfeer bevinden en bovendien het stromingspatroon stijgbewegingen in de atmosfeer stimuleert. Dat is bijvoorbeeld het geval vlak voor een hoogtetrog; een hoogtetrog is een uitloper van een lagedrukgebied op de weerkaart van ruim vijf kilometer hoogte. De stapelwolken en de buien die zich in dat gebied bevinden, kunnen zich veel beter ontwikkelen dan buien buiten de invloedssfeer van de hoogtetrog. Zo treedt er in een zone met lichte buien plotseling verhevigde buiigheid op op relatief kleine schaal; daarbij zijn onweer, hagel en in de winter tevens zware sneeuwbuien mogelijk. Tussen de buien door zijn er soms felle opklaringen; dan ziet het weer er in de zon en uit de wind zelfs vriendelijk uit. Als de buienwolken samenklonteren is er vrijwel geen plaats meer voor de zon en blijft het geheel bewolkt.
De doorontwikkelde stapelwolken zijn op kunstmatig ingekleurde satellietbeelden als beeld 1, 2, 3, 6 en 7 door hun grotere dikte en koudere wolkentoppen gemakkelijk terug te vinden als witte vlekken. De wolkentoppen buiten de clusters met doorontwikkelde stapelwolken zijn minder nadrukkelijk aanwezig door een gelere tint, die minder contrasteert met de donkerder tinten van het zeeoppervlak. Op 'gewone' zichtbaarlichtbeelden, zoals beeld 4, is het onderscheid minder duidelijk.

3. Satellietbeeld van 13 januari 2004. Iets onder het midden van het beeld loopt min of meer horizontaal de bewolkingsband van een koufront (A) dat de scheidingslijn vormt tussen warmere lucht aan de zuidzijde en koude lucht in het noorden. In de warme lucht zijn onder andere de contouren van Spanje en Noordwest-Afrika goed te onderscheiden. In de koude lucht zijn diverse storingen aanwezig; we benoemen ze van rechts af. Boven het Kattegat en Zuid-Zweden ligt een instant occlusie (B). Meer naar het westen bevinden zich eerst voor de westkust van Schotland een depressie-in-koude-lucht (C) en vervolgens verder weg boven de oceaan een komma (D). Geheel links zijn zowel de open cellen (F) van een celvormig bewolkingspatroon te zien als doorontwikkelde stapelwolken (E). Bij G bevindt zich eveneens een komma. Satelliet: NOAA 16. Beeldbewerking: Institut für Meteorologie, Freie Universität, Berlijn, Duitsland.

Komma's
Bij voldoende dynamiek in de atmosfeer en een hoge onstabiliteit kunnen de doorontwikkelde stapelwolken uitgroeien tot een georganiseerd systeem: een kommavormige buiengebied of kortweg komma. Komma's bestaan uit samengeklonterde buien, soms ook uit buienlijnen, en bevinden zich net als de doorontwikkelde stapelwolken dicht bij een hoogtetrog. Vooral in het winterhalfjaar zijn ze op satellietbeelden van de oceaan relatief vaak te zien. De omvang van komma's varieert sterk en loopt uiteen van honderd tot vijfhonderd kilometer. Een schoolvoorbeeld van een komma geeft beeld 2. De komma bevindt zich ten noordwesten van Schotland.
Sommige komma's leiden een eigen, zelfstandig leven; andere ontwikkelen zich tot volwaardige depressie of vormen in wisselwerking met het polaire front een instant occlusie.

Depressievorming in koude lucht
In sommige gevallen kunnen komma's in koude, polaire lucht een verdere ontwikkeling doormaken (cold air development, CAD) en doorgroeien tot een depressie-in-koude-lucht (zie beeld 3). Uiteraard moet aan de voorwaarden voor kommavorming zijn voldaan; zij leiden tot de karakteristieke vorm van de bewolking van de kop (het noordelijk deel) van de storing. Daarnaast spelen windsnelheidsverschillen op ruim vijf kilometer hoogte een belangrijke rol. De ontwikkeling van de 'staart' van de bewolking die met de depressie in de koude lucht samenhangt, vindt namelijk plaats aan de linker voorzijde van het gebied met de hoogste windsnelheden. Een CAD-depressie brengt gewoonlijk zowel gelijkmatige als buiige regen; de buien kunnen vergezeld gaan van hagel en onweer. De hevigste buien, vaak georganiseerd al 'buienlijnen', zitten in de staart.

Instant occlusie
Als de komma zich op niet te grote afstand van het polaire front bevindt, treedt een wisselwerking op tussen de beide weersystemen. De komma veroorzaakt eerst golfvorming in het front en smelt vervolgens met de golf samen tot een zogeheten instant occlusie of pseudo-occlusie. Een instant occlusie gaat vergezeld van een bewolkingspatroon dat een zekere gelijkenis vertoont met de 'klassieke' Noorse-Schoolocclusie en wordt om die reden op weerkaarten bij gebrek aan een eigen symbool vaak als occlusie getekend. Net als 'gewone' komma's en depressies in de koude lucht, gaan instant occlusies vergezeld van vaak hevige buien, maar er zijn ook delen van het weersysteem met langdurig aanhoudende gelijkmatige regen.

'Polar low'
Polar lows zijn kleine depressies van vierhonderd tot achthonderd kilometer doorsnede. Ze vormen zich in het winterhalfjaar in polaire lucht op grote afstand van het polaire front. In het gebied waar ze tot ontwikkeling komen, heersen grote temperatuurtegenstellingen. Lucht van twintig tot dertig graden onder nul strijkt over de warme golfstroom; de watertemperatuur is plus vijf, soms zelfs nog plus tien graden. Dergelijke omstandigheden vergemakkelijken het ontstaan van de storingen. In het beginstadium ligt de bewolking van het polar low als een krul in de koude lucht. Bij een 'volwassen' polar low spelen sneeuwbuien een rol bij het in stand houden van het weersysteem. Op het satellietbeeld is dan meestal een duidelijke wervel zichtbaar, soms ook met een oog. Een oog is een onbewolkt gebied in het centrum van de depressie, zoals ook geregeld zichtbaar op satellietbeelden van tropische cyclonen (vergelijk hoofdstuk 3).
Polar lows zijn verwant aan de komma's. Ze ontstaan in de trog van een grootschaliger hoogtestroming. Ze gaan vergezeld van een minstens harde tot stormachtige wind en brengen doorgaans veel sneeuw; de zo ontstane sneeuwstormen zijn berucht. Polar lows zijn vooral actief boven zee; komen ze boven land terecht, dan neemt hun activiteit snel af. De meeste polar lows stranden op de kusten van Noorwegen, Schotland en Denemarken. Slechts een enkele maal slaagt een polar low erin de Hollandse, Zeeuwse of Vlaamse kust te bereiken of te passeren.

4. Achter een depressie voor de Noorse kust (midden links in beeld) stroomt koude lucht over de Britse Eilanden naar het zuiden. Boven Midden-Engeland heeft zich hierin Enhanced Cumulus ontwikkeld (linksonder), die nog verder activeert en volgens het radarbeeld van beeld 5 later die dag boven Nederland zeer actief is. Midden onder in beeld is het Nauw van Calais zichtbaar en daarboven de zuidelijke Noordzee met de kusten van Engeland (links), Frankrijk, België en Nederland. Datum: 28 januari 2003 11.00 UTC. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response System.

7. Polar low boven de zuidelijke Noordzee, 30 januari 2003 rond 13.00 UTC. Satelliet: NOAA 16. Beeldbewerking: Institut für Meteorologie, Freie Universität, Berlijn, Duitsland. Zie ook Zenit-artikel.