Depressies, fronten en
andere neerslagproducerende weersystemen
Hoofdstuk
12 van: Kees Floor: Weerkunde, Meteorologie voor iedereen, Rijswijk 2004.
Versie 3 januari 2009.
12.1
Inleiding
In hoofdstuk 10 (neerslag
en buien) is de samenhang besproken tussen neerslag en bewolking; ook zagen
we hoe de neerslagsoort afhangt van de omstandigheden. Weersystemen die de neerslagwolken
creëren komen in dit hoofdstuk aan de orde.
12.2
Weersystemen en weer
Om bewolking te krijgen, zijn opwaartse luchtbewegingen
nodig; de opstijgende lucht koelt af en raakt oververzadigd, zodat condensatie
optreedt. Zo ontstaan wolken waaruit neerslag kan vallen. In de hoofdstukken over
vocht (6) en over neerslag
en buien (10) gingen we hier uitvoeriger op in.
Stijgende luchtbewegingen
komen onder andere voor in lagedrukgebieden. Neerslagwolken worden dus vooral
aangetroffen in en rond lagedrukgebieden. Bij zo'n lagedrukgebied kunnen nog specifieke
systemen onderkend worden die neerslag produceren, namelijk fronten en buienzones.
In hogedrukgebieden treden dalende luchtbewegingen op. Deze doen eventueel aanwezige
bewolking oplossen en geven in het algemeen aanleiding tot fraai weer.
 | ||
In
een lagedrukgebied treden stijgende luchtbewegingen op; in een hogedrukgebied dalende luchtbewegingen. Bron: Comet. | Koude
lucht is zwaarder dan warme lucht en wrikt zich eronder. | Tijdens
de passage van een frontale depressie met een warmtefront 
en een koufront  valt gewoonlijk regen;
het regengebied is groen
gemarkeerd. |
12.3 Frontale
zones en weer
Boven verschillende delen van Europa en de Atlantische
Oceaan toont de lucht gewoonlijk uiteenlopende eigenschappen: er zijn verschillende
luchtsoorten aanwezig. De overgangszones tussen twee luchtsoorten zijn tamelijk
smal; deze zogeheten frontale zones zijn slechts enkele tientallen kilometers
breed. De luchtmassa's zijn voortdurend in beweging; daarbij is het onvermijdelijk
dat de ene luchtmassa de andere verdringt. De koudere luchtmassa, die zwaardere
lucht bevat, dringt onder de warme lucht; de warme luchtmassa wordt daardoor gedwongen
tegen de koude massa op te glijden. Dat is een langzaam proces en de frontale
zone waar dit gebeurt, blijkt ook niet verticaal te staan, maar te hellen.
Wordt koude lucht verdrongen door warme, dan glijdt de opdringende warme lucht
tegen de koude lucht op en wel in de richting waarin de luchtmassa's bewegen.
Het scheidingsvlak tussen de koude en warme lucht is in dit geval van een warmtefront.
Wordt warme lucht daarentegen verdrongen door koude, dan wrikt de koude lucht
zich onder de warme; die wordt dan dus eveneens gedwongen tegen de koude lucht
op te stijgen, maar nu tegen de bewegingsrichting in. De frontale zone van dit
zogeheten koufront helt daarom tegen de verplaatsingsrichting in.
|
Fronten (koufronten
en warmtefronten ) vormen de
smalle overgangszone tussen warme lucht (rood gebied ) en koudere lucht
(blauwe gebieden). In het front ontwikkelen zich regelmatig depressies.
De levensloop van zo'n depressie, van bovenaf gezien zoals op een weerkaart,
is weergegeven in de animatie hiernaast. (groter).
Bron: COMET. |
|
In de figuren is schematisch weergegeven hoe de fronten hellen als verschillende luchtmassa's bewegen en op elkaar botsen. De warme lucht is in principe warme massa, die niet spontaan opstijgt, maar daartoe gedwongen wordt. Dit is een situatie waarbij vooral horizontaal uitgestrekte, gelaagde bewolking ontstaat, die echter wel geleidelijk tot grote hoogte kan reiken. De koude lucht daarentegen is koude massa; hierin kunnen luchtbellen wel spontaan opstijgen. In die koude luchtmassa's ontstaat daardoor gewoonlijk verticaal ontwikkelde bewolking: cumuluswolken die uiteindelijk over kunnen gaan in cumulonimbus, zodat er buien optreden. Dat betekent dat het weer tijdens het passeren van een warmtefront wezenlijk verschilt van dat tijdens de passage van een koufront. Voordat we dat in wat meer detail bespreken, zullen we eerst nagaan hoe de verschillende luchtmassa's ten opzichte van depressies en hogedrukgebieden gesitueerd zijn.
| | |
| Warmtefront.
| Koufront.
|
12.4 Weersystemen en luchtmassa's
De lagedrukgebieden die bij ons het weer bepalen, ontstaan vaak op de scheiding
tussen warme, vochtige luchtmassa's die zich in het zuiden bevinden en koude,
drogere luchtmassa's ten noorden daarvan. Dat gebeurt middels een ingewikkeld
proces, waarop hier niet in detail ingegaan wordt. Het komt er in het kort op
neer dat in de scheidingszone, het zogeheten polaire front, golvingen ontstaan,
die onder bepaalde omstandigheden groter worden. Het ontstaan van deze golvingen
hangt nauw samen met stromingen op 5 tot 10 kilometer hoogte in de atmosfeer,
waar zich de zogeheten straalstroom bevindt. Een zich ontwikkelende golf gaat
gepaard met dalingen van de luchtdruk aan het aardoppervlak en versterkte stijgende
luchtbewegingen, uiteindelijk resulterend in een lagedrukgebied met afmetingen
van honderden kilometers. Gezien het stromingspatroon rond een lagedrukgebied
(tegen de wijzers van de klok in), beweegt de koudste lucht aan de achterkant
van de depressie naar het zuiden en de warme lucht aan de voorkant naar het noorden.
De voorste begrenzing van de koude lucht, het koufront (blauwe lijnen met driehoekjes
), verplaatst zich sneller dan de voorste
begrenzing van de warme lucht (warmtefornt, rode lijnen met halve bolletjes ).
Waar de warme lucht de koude lucht heeft ingehaald, of beter opgetild, ligt het
occlusiefront; dat is in de tekeningen in paars weergegeven.
Doordat er eerst
een uitstulping van warme lucht in de koude lucht is geweest, bevindt zich helemaal
aan de voorkant van de depressie ook koude lucht, die door een vorig lagedrukgebied
daar terecht is gekomen. Trekt een depressie voorbij, dan zitten we dus eerst
in koude lucht. Vervolgens passeert een warmtefront en komen we in warme lucht.
Na enige tijd passeert een koufront en komen we weer in koude lucht. Meestal is
deze koude lucht nog een stuk kouder dan de koude lucht aan de voorkant van de
depressie.
12.5 Passage
van een warmtefront
De helling van een warmtefront is maar klein, zodat het proces langzaam en geleidelijk
verloopt. De snelheid waarmee de lucht stijgt, ligt in de orde van enkele honderden
meters per uur. Merk op dat stijgsnelheden liggen in de orde van centimeters per
seconde, terwijl horizontale windsnelheden in de orde van meters per seconde liggen.
Ver voor het front uit, dus op honderden kilometers afstand, nemen we de warme
lucht al waar in de hogere luchtlagen, dat is op zo'n 8 tot 10 kilometer hoogte.
Hier is de temperatuur laag, en er komen meest ijskristallen voor. We zien de
bewolking in de vorm van windveren: cirrusbewolking. In de onderste luchtlagen
is de lucht nog koud; er kan zich daar wat cumulusbewolking hebben gevormd. In
dat stadium is er nog weinig bewolking en overdag dus veel zon. De bewolking in
de hogere luchtlagen wordt, naarmate het warmtefront dichterbij komt, dichter
en komt ook op lagere niveaus. Tenslotte is de bewolking via cirrostratus, en
altostratus in een dik pak nimbostratus overgegaan waaruit neerslag valt. De wind
krimpt en trekt aan; een krimpende wind draait tegen de wijzers van de klok in.
De luchtdruk daalt, eerst langzaam, dan sneller. De situatie bij een warmtefront
is in de figuur hiernaast weergegeven. Uit zo'n dik pak bewolking valt langdurig
regen, in de winter ook sneeuw of ijsregen vallen.
12.6
Warme sector
Na het passeren van het warmtefront zijn we terecht
gekomen in het gebied tussen het warmtefornt en het koufront, de zogeheten warme
sector.. De wind ruimt, dat wil zeggen draait met de wijzers van de klok mee;
hij neemt veelal echter nauwelijks in kracht af. De luchtdruk daalt niet verder,
maar stijgt ook niet. Soms klaart het in de warme sector op en blijft het droog.
Vaak is het echter egaal bewolkt, bestaat de bewolking uit stratus, altostratus
en stratocumulus en valt er wat motregen. De luchttemperatuur ligt hoger dan voor
de warmtefrontpassage.
12.7 Passage van een koufront
Na enige tijd neemt de bewolking
in de warme sector op de nadering van het koufront weer toe; ook neemt ze grote
verticale afmetingen aan. De koude lucht dringt vaak met geweld onder de warme
lucht, waardoor deze gedwongen wordt snel op te stijgen. De stijgsnelheid bedraagt
soms enkele m/s, de zelfde orde van grootte dus als de horizontale snelheid. Vlak
voor het koufront ontstaan door deze ontwikkelingen soms heftige regen- of onweersbuien.
De wind krimpt tijdelijk, draait dus tegen de wijzers van de klok in, en neemt
sterk in kracht toe. In de buien voor het front komen windstoten voor. De luchtdruk
daalt onafgebroken. Op het moment dat het koufront passeert, ruimt de wind sterk
en bereikt zijn grootste kracht, terwijl de luchtdruk op z'n laagst is. Na de
koufrontpassage stijgt de luchtdruk weer, zelfs tot boven de waarde aan de voorzijde
van het front. In de figuur is schematisch de passage van een koufront weergegeven.
12.8 Passage van een occlusie
Een
occlusiepassage vertoont de kenmerken van zowel een kouftontpassage als een warmtefrontpassage.
De warme sector ontbreekt.
 | | |
| Animatie van een occlusie. Het warmtefront haalt het koufront in. Klik op de afbeelding als de animatie is gestopt en je deze opnieuw wilt zien. | Warmtefrontocclusie |
Koufrontocclusie |
12.9 Luchtmassabuien.
Achter
het koufront stroomt er koude lucht binnen. Die lucht heeft het karakter van koude
massa; er ontwikkelen zich gemakkelijk de typische cumuluswolken, die uit kunnen
groeien tot buien. Men spreekt dan van luchtmassabuien, omdat ze kenmerkend zijn
voor de luchtmassa.
12.10 Buienlijnen en troggen
Soms zijn de buien min of meer langs een lijn georganiseerd. Die buien zijn dan
zwaar en gaan vergezeld van heftige windstoten. Zo'n lijn waarlangs de buien gerangschikt
zijn heet wel een squall-line. Soms komt er achter een koufront een zone voor
waarin de buienactiviteit sterk toeneemt en waar het ook harder waait. In dat
geval spreekt men van een trog. Soms zijn de weerverschijnselen in zo'n trog heftiger
dan tijdens de passage van het koufront. Buienlijnen en troggen zijn op radarbeelden
goed te volgen. De neerslagintensiteit is vaak erg hoog.
|
|
12.11
Conceptuele modellen
In het voorgaande werd uitgebreid stilgestaan
bij het begrip: front. Fronten vormen, zoals eerder beschreven, de scheidingslijn
tussen warme, vochtige lucht, die vanuit de tropen of de subtropen naar het noorden
stroomt enerzijds en koudere, van de noordelijke oceaan of uit de poolstreken
afkomstige lucht, die zuidwaarts trekt, anderzijds. De frontentheorie werd ontwikkeld
in de periode kort na de Eerste Wereldoorlog aan de universiteit van Bergen in
Noorwegen; nog steeds spreekt men daarom van de Noorse School als men het heeft
over de wetenschappers die er werkten of het gedachtegoed
dat zij vertegenwoordigen.
De theorieën van de Noorse School vormden destijds een eerste antwoord van
de meteorologische gemeenschap op de complexiteit aan waarnemingen die beschikbaar
zijn om weersverwachtingen te maken; door te werken met zogeheten conceptuele
modellen als warmtefront, koufront en occlusie probeerde men de waarnemingen te
ordenen en in hun onderlinge samenhang te kunnen plaatsen.
In de huidige
situatie is het aantal beschikbare waarnemingen veel groter dan destijds; de complexiteit
van de patronen van de verschillende elementen die eruit kunnen worden afgeleid,
is gegroeid. Vandaar dat er binnen de zogeheten synoptische meteorologie nog steeds
een sterke behoefte is aan de ordening en de relatieve eenvoud die conceptuele
modellen kunnen verschaffen.
12.12 Nieuwe ontwikkelingen
In de loop der jaren zijn er talrijke verfijningen aangebracht in de oorspronkelijke
frontconcepten; nieuwe typen waarnemingen, zoals bijvoorbeeld de radiosondewaarnemingen,
de radar- en de satellietbeelden, genereren nieuwe meteorologische kennis, waarin
behoefte is aan nieuwe ofbijgestelde modellen. Zo worden er verschillende typen
warmtefront, koufront en occlusie onderscheiden, omdat in de praktijk blijkt dat
ze uiteenlopende karakteristieken vertonen en dus ander soort weer met zich meebrengen.
Voor andere verschijnselen, zoals bijvoorbeeld buiencomplexen in polaire lucht,
snel ontwikkelende golfvormige storingen en omvangrijke zomerse buiencomplexen,
kwamen er eveneens conceptuele modellen. Elk model beschrijft een verschijnsel
in termen van kenmerken die zichtbaar zijn op satellietbeelden of in andere typen
weerwaarnemingen. Daarnaast moet zo'n model aangeven hoe tijdens de levensloop
van het verschijnsel uiterlijk, omvang, intensiteit en waargenomen weersverschijnselen
variëren. Verder geeft het aan welke natuurkundige processen een rol spelen,
zodat men uit de beschikbare waarnemingsgegevens kan proberen af te leiden hoe
sterk het verschijnsel is ontwikkeld. Tenslotte geeft het conceptuele model de
meteoroloog aanwijzingen welke meteorologische variabelen hij of zij het best
in de gaten kan houden om de verdere weersontwikkelingen te voorspellen, met name
of er sprake is van activering of van oplossing van het verschijnsel dat het conceptueel
model beschrijft. De afbeelding hieronder toont een voorbeeld van een 'weerkaart'
met een satellietbeeld als ondergrond en daarin aangegeven de relevante conceptuele
modellen.
12.13 Meer informatie
Informatie over verscheidene weersystemen in meer detail is ook te vinden op andere plekken op deze website:
