Soundings lezen: van weerballon tot luchtbel
Laat een ballon op, lees de lijnen, en til een luchtbel op voor CAPE en CIN.
Soundings lezen: van weerballon tot luchtbel
Waar komt een Skew-T vandaan, wat betekenen de lijnen, en hoe zie je of er onweer kan komen? De weerballon meet de omgeving; daarna til je zelf een luchtbel op om CAPE en CIN te zien.
Ballon
Een ballon van dun rubber, gevuld met helium of waterstof. Bij de start zo'n 1,5 tot 2 meter breed, bovenin 8 meter of meer. Hij stijgt ongeveer 5 meter per seconde en knapt meestal tussen 30 en 35 km.
Parachute
Een klein parachuutje, zodat de sonde na het knappen langzaam naar beneden komt en niemand een klap van 100 gram uit de lucht krijgt.
Lange lijn
De sonde hangt tientallen meters onder de ballon. Waarom? De ballon sleept een spoor van verstoorde lucht achter zich aan, en kan nat of berijpt raken. Op afstand meet de sonde schone lucht.
Temperatuursensor
Een heel dun, glanzend draadje of kraaltje op een armpje buiten het kastje. Dun, zodat hij meteen de temperatuur van nieuwe lucht aanneemt; glanzend, zodat de zon hem niet opwarmt.
Vochtsensor
Een plaatje waarvan de elektrische eigenschappen veranderen met het vocht in de lucht. In wolken kan er ijs of dauw op komen, daarom wordt hij af en toe even verwarmd. Uit vocht en temperatuur samen wordt het dauwpunt berekend.
GPS-ontvanger
Weet elke seconde precies waar de sonde is. Daaruit volgen de hoogte, de wind (hoe ver hij verschuift) en bij de meeste moderne sondes ook de luchtdruk, die uit de hoogte wordt uitgerekend.
Zender en batterij
Een kleine radiozender stuurt elke seconde alle metingen naar het grondstation, tot op honderden kilometers. De batterij moet het tot -60 °C volhouden: daarom zit alles in een kastje van piepschuim, dat licht is en isoleert.
Klik op een onderdeel van de sonde.
Een weerballon gaat op
Twee keer per dag, om 00 en 12 UTC, gaan overal ter wereld tegelijk weerballonnen op, ook in De Bilt en Ukkel. Aan de ballon hangt een kastje: de radiosonde. Die meet onderweg de temperatuur, het vocht en (via GPS) de wind, en stuurt dat elke seconde door.
Laat de ballon op. Kijk hoe de twee lijnen zich tekenen, hoe de ballon steeds groter wordt en hoe hij met de wind meedrijft.
Wat hangt eraan?
Onder de ballon hangt een parachuutje, een lange lijn en een klein piepschuim kastje van zo'n 100 gram: de radiosonde. Klik op de onderdelen.
Klik op elk onderdeel in de tekening: wat meet het, en waarom is het zo gemaakt?
De twee lijnen
Op het diagram staat de druk van onder (1000 hPa, de grond) naar boven (100 hPa, zo'n 16 km). De rode lijn is de temperatuur, de groene het dauwpunt: de temperatuur waarbij de lucht verzadigd raakt.
Beweeg over het diagram. Zoek waar de twee lijnen dicht bij elkaar liggen en waar ver uit elkaar.
De lijnen van het diagram
Achter de rode en groene lijn staan vier soorten hulplijnen. Kies er een: hij licht op, en je leest wat hij betekent. Samen maken ze van het diagram een rekenmachine waar je niets voor hoeft uit te rekenen.
Klik de vier soorten lijnen een voor een aan. Beweeg bij de isothermen over het diagram: de gele lijn wijst je temperatuur aan.
Til een luchtbel op
Nu de luchtbel: een denkbeeldig stukje lucht van de grond dat we optillen. Hij koelt af tijdens het stijgen. Blijft hij warmer dan de omgeving (de rode lijn), dan is hij lichter en stijgt hij vanzelf verder.
Pak de gele bol onderaan en sleep hem omhoog. Kijk waar hij een wolk wordt (de wolkenbasis) en of hij warmer of kouder is dan de omgeving.
CAPE en CIN
Drie echte dagen uit ERA5. Op elke dag tillen we dezelfde soort luchtbel op vanaf de grond. Het verschil zit in de omgeving: waar is het rode vlak (CAPE), en zit er een blauw vlak (CIN, de deksel) onder?
Wissel tussen de drie dagen en vergelijk de vlakken.
Gunstig of slecht?
Vijf patronen die je op elke Skew-T leert herkennen. Het zijn getekende voorbeelden, zodat je het patroon zuiver ziet; echte soundings zijn rommeliger. Kies er een en lees wat je ziet, wat het betekent en waarom.
Klik de vijf patronen door. Let op de vorm van de rode en groene lijn, de vlakken van de luchtbel en de wind rechts.
Test jezelf
Wat voor dag is dit? Kijk eerst zelf naar de lijnen, kies dan. Daarna zie je de luchtbel.
Zoek eerst inversies (rode lijn naar rechts) en kijk hoe vochtig het onderin is.
Isobaren (horizontaal): lijnen van gelijke luchtdruk. Omhoog daalt de druk: 850 hPa is ongeveer 1,5 km, 700 hPa 3 km, 500 hPa 5,5 km en 300 hPa 9 km.
Isothermen (schuin naar rechts): lijnen van gelijke temperatuur, om de 10 °C. De blauwe is 0 °C: boven die hoogte vriest het. Lees schuin naar beneden af.
Droge adiabaten (oranje, gebogen naar links): zo koelt droge lucht af als hij stijgt, ongeveer 10 °C per km. Een luchtbel onder de wolkenbasis volgt zo'n lijn.
Natte adiabaten (groen, gestippeld): zo koelt verzadigde lucht af, in de wolk. Langzamer dan droog, omdat condensatie warmte geeft; bovenin lopen ze bijna gelijk met de oranje.
Geladen geweer getekend voorbeeld
Wat zie je Heel vochtig onderin, dan een warme, droge laag (de rode lijn springt naar rechts), en daarboven koelt het snel af. De wind draait met de hoogte van zuidoost naar west en neemt flink toe.
Wat betekent het Lang gebeurt er niets, want de deksel houdt alles tegen. Breekt een bui erdoorheen, dan wordt hij meteen heftig: grote hagel en supercellen. Eén van de gevaarlijkste patronen.
Waarom Onder de deksel stapelen warmte en vocht zich de hele dag op. De luchtbel moet eerst door het blauwe vlak; lukt dat (een front, een convergentielijn, een heuvel), dan wacht er boven de deksel een groot rood vlak.
Omgekeerde V getekend voorbeeld
Wat zie je Onderin liggen de rode en groene lijn ver uit elkaar en lopen ze naar boven toe naar elkaar toe: samen een omgekeerde V. De wolkenbasis ligt hoog, op zo'n 3 tot 4 km.
Wat betekent het Weinig regen aan de grond, maar wel harde valwinden (soms zonder dat het regent) en stofwolken. Typisch voor hete zomerdagen in Spanje, en soms bij ons na een droge periode.
Waarom Regen uit de hoge wolk valt door kilometers droge lucht en verdampt. Verdampen kost warmte, dus de lucht koelt af, wordt zwaarder en stort naar beneden: een valwind. Hoe droger en dikker de droge laag, hoe harder.
Tropisch vochtig getekend voorbeeld
Wat zie je De rode en groene lijn liggen van onder tot boven bijna tegen elkaar. De luchtbel is maar een beetje warmer dan de omgeving, maar wel heel hoog: een lange, smalle CAPE. Weinig wind.
Wat betekent het Buien met heel veel regen (wateroverlast), maar weinig hagel en weinig wind. De buien drijven traag, dus het regent lang op dezelfde plek.
Waarom Met de CAPE verspreid over een hoge laag versnelt de updraft maar langzaam: geen sterke updraft voor grote hagel. De lucht zit vol water, dus er valt veel regen. En omdat het tot hoog warm is, smelt kleine hagel voordat hij de grond haalt.
Dikke buik getekend voorbeeld
Wat zie je Vochtig onderin, geen deksel, en hogerop koelt het snel af: de rode lijn helt sterk naar links. Daardoor wordt het rode vlak breed: een dikke buik. De wind neemt flink toe met de hoogte.
Wat betekent het Krachtige buien met grote hagel, en met de schering erbij supercellen.
Waarom Waar het hogerop snel kouder wordt, wordt de luchtbel snel veel warmer dan zijn omgeving en versnelt hij hard. Een sterke updraft houdt hagelstenen lang omhoog, zodat ze groot kunnen groeien.
Grondinversie getekend voorbeeld
Wat zie je Bij de grond is het koud en verzadigd (de lijnen raken elkaar), en een paar honderd meter hoger is het juist warmer: de rode lijn loopt eerst naar rechts.
Wat betekent het Mist of laaghangende bewolking, geen onweer. Typisch na een heldere, windstille nacht in de herfst, of boven koel zeewater.
Waarom In een heldere nacht straalt de grond warmte uit en koelt de lucht vlak erboven af, terwijl de lucht hoger warm blijft. Koude lucht is zwaarder en blijft onderin liggen: niets stijgt op, en de vochtige lucht onderin condenseert tot mist.
- CAPE
- CIN
- Wolkenbasis (LCL)
De ballon wordt onderweg steeds groter, en knapt rond 30 km hoogte. Waarom?
- Waarom? De ballon is gevuld met helium of waterstof, dat lichter is dan lucht. De zwaardere lucht eromheen duwt hem omhoog, zoals water een kurk omhoog duwt.
-
Waarom?
Hoe hoger, hoe minder lucht er nog boven je is, en hoe lager de luchtdruk. Op 5,5 km is die al gehalveerd.
Basis: Luchtdruk is het gewicht van de lucht boven je
Boven elke plek staat een kolom lucht tot de ruimte; het gewicht daarvan is de luchtdruk. Warme lucht is lichter: de deeltjes bewegen sneller en staan verder uit elkaar. Een warme kolom weegt dus minder en geeft onderin een lagere luchtdruk.
-
Waarom?
Het gas in de ballon duwt even hard naar buiten als de lucht naar binnen. Wordt de druk buiten lager, dan zet het gas uit.
Basis: Uitzetten koelt af
Stijgende lucht komt onder lagere druk en zet uit. Daarbij duwen de luchtdeeltjes de lucht eromheen opzij; dat kost energie, en die halen ze uit hun eigen warmte. Droge lucht koelt zo ongeveer 10 °C per kilometer af. Voel het zelf: een spuitbus wordt koud als je hem leegspuit.
- Waarom? Zo groeit de ballon van zo'n 2 meter bij de start tot 8 meter of meer bovenin. Het rubber rekt mee tot het knapt, meestal tussen 30 en 35 km hoogte.
- Waarom? De sonde valt daarna aan een parachuutje terug. Ze worden meestal niet teruggevonden; wie er een vindt, kan hem terugsturen.
De temperatuursensor is een heel dun, glanzend draadje aan een armpje buiten het kastje. Waarom zo?
- Waarom? De sonde stijgt zo'n 5 meter per seconde. Elke seconde zit hij dus in andere lucht, en de sensor moet die temperatuur meteen aannemen.
-
Waarom?
Hoe dunner de sensor, hoe minder warmte hij zelf vasthoudt, en hoe sneller hij de temperatuur van de lucht eromheen overneemt.
Basis: Water warmt langzaam op (en koelt langzaam af)
Om een liter water een graad warmer te maken is ongeveer vier keer zo veel energie nodig als voor een kilo zand of lucht. Daarom is het zand op het strand op een zomermiddag gloeiend heet, terwijl de zee nog fris is. En daarom blijft de zee in de herfst nog lang warm, ook als de zon al lager staat.
-
Waarom?
Overdag schijnt de zon op de sensor. Een donker draadje zou daardoor warmer worden dan de lucht: een meetfout. Daarom is hij glanzend of wit gecoat, zodat hij het zonlicht weerkaatst. Wat er overblijft, rekenen de fabrikanten er nog uit.
Basis: Hoe hoger de zon, hoe meer warmte
Schijn met een zaklamp recht op tafel: een klein, fel rondje. Schijn schuin: hetzelfde licht over een grote, vage vlek. Zo werkt de zon ook: in de tropen staat hij hoog en valt al zijn energie op een klein stukje aarde, bij ons valt hij schuiner en wordt dezelfde energie over meer grond verdeeld.
- Waarom? Het armpje houdt de sensor weg van het kastje, dat zelf warmte afgeeft (de batterij en de zender).
Waar het dauwpunt de temperatuur raakt, zit wolk. Waarom?
-
Waarom?
Het dauwpunt is de temperatuur waartoe je de lucht moet afkoelen voordat de waterdamp erin niet meer past.
Basis: Warme lucht kan meer waterdamp bevatten
Hoe warmer de lucht, hoe meer waterdamp erin past: per 10 °C ongeveer twee keer zo veel. Koelt lucht af, dan past de damp er op een gegeven moment niet meer in en condenseert hij: zo ontstaan wolken. Warmt lucht op zonder dat er water bijkomt, dan wordt hij relatief droger.
- Waarom? Liggen temperatuur en dauwpunt op elkaar, dan is de lucht al zo ver afgekoeld: hij is verzadigd en de damp condenseert tot druppeltjes.
- Waarom? Miljarden van die druppeltjes samen zie je als wolk; bij de grond heet dat mist.
Waarom staan de temperatuurlijnen scheef, en waarom lopen de natte adiabaten bovenin bijna gelijk met de droge?
- Waarom? De temperatuur daalt met de hoogte, gemiddeld zo'n 6,5 °C per kilometer. In een gewoon diagram zou de lijn daardoor ver naar links weglopen en alles plat tegen elkaar drukken.
- Waarom? Door de temperatuurlijnen onder 45 graden te kantelen, staat een gewoon profiel ongeveer rechtop. Kleine verschillen, zoals een inversie of een droge laag, vallen dan veel beter op. Daarom heet het een Skew-T: skew betekent scheef.
-
Waarom?
Droge lucht die stijgt, koelt ongeveer 10 °C per kilometer af: dat zijn de oranje lijnen.
Basis: Uitzetten koelt af
Stijgende lucht komt onder lagere druk en zet uit. Daarbij duwen de luchtdeeltjes de lucht eromheen opzij; dat kost energie, en die halen ze uit hun eigen warmte. Droge lucht koelt zo ongeveer 10 °C per kilometer af. Voel het zelf: een spuitbus wordt koud als je hem leegspuit.
-
Waarom?
Verzadigde lucht koelt langzamer af, omdat condensatie warmte geeft: dat zijn de groene lijnen. Onderin, waar warme lucht veel damp bevat, scheelt dat veel (5 à 6 °C per km).
Basis: Verdampen kost warmte, condenseren geeft warmte
Om water te laten verdampen is energie nodig; die wordt uit de omgeving gehaald. Daarom heb je het koud als je nat uit zee komt. Die energie zit daarna "verstopt" in de waterdamp. Condenseert de damp weer tot druppels, dan komt precies diezelfde energie vrij als warmte.
-
Waarom?
Hoog in de lucht is het zo koud dat er bijna geen waterdamp meer in de lucht past. Er komt dan nauwelijks nog warmte vrij, en daarom lopen de groene lijnen bovenin bijna gelijk met de oranje.
Basis: Warme lucht kan meer waterdamp bevatten
Hoe warmer de lucht, hoe meer waterdamp erin past: per 10 °C ongeveer twee keer zo veel. Koelt lucht af, dan past de damp er op een gegeven moment niet meer in en condenseert hij: zo ontstaan wolken. Warmt lucht op zonder dat er water bijkomt, dan wordt hij relatief droger.
Onder de wolkenbasis koelt de luchtbel snel af, erboven langzamer. Waarom, en waarom is dat belangrijk?
-
Waarom?
Een stijgende luchtbel zet uit en koelt af: zolang hij droog is, ongeveer 10 °C per kilometer.
Basis: Uitzetten koelt af
Stijgende lucht komt onder lagere druk en zet uit. Daarbij duwen de luchtdeeltjes de lucht eromheen opzij; dat kost energie, en die halen ze uit hun eigen warmte. Droge lucht koelt zo ongeveer 10 °C per kilometer af. Voel het zelf: een spuitbus wordt koud als je hem leegspuit.
-
Waarom?
Op een gegeven hoogte is hij zo ver afgekoeld dat hij verzadigd raakt: daar ontstaat de wolk. Dat punt heet de LCL, de wolkenbasis.
Basis: Warme lucht kan meer waterdamp bevatten
Hoe warmer de lucht, hoe meer waterdamp erin past: per 10 °C ongeveer twee keer zo veel. Koelt lucht af, dan past de damp er op een gegeven moment niet meer in en condenseert hij: zo ontstaan wolken. Warmt lucht op zonder dat er water bijkomt, dan wordt hij relatief droger.
-
Waarom?
Daarboven condenseert er steeds waterdamp, en dat geeft warmte. Hij koelt daardoor nog maar zo'n 5 à 6 °C per kilometer af.
Basis: Verdampen kost warmte, condenseren geeft warmte
Om water te laten verdampen is energie nodig; die wordt uit de omgeving gehaald. Daarom heb je het koud als je nat uit zee komt. Die energie zit daarna "verstopt" in de waterdamp. Condenseert de damp weer tot druppels, dan komt precies diezelfde energie vrij als warmte.
-
Waarom?
De omgeving koelt vaak sneller af met de hoogte. Dan wordt de luchtbel boven de wolkenbasis steeds warmer dan zijn omgeving, dus lichter, en schiet hij omhoog.
Basis: Luchtdruk is het gewicht van de lucht boven je
Boven elke plek staat een kolom lucht tot de ruimte; het gewicht daarvan is de luchtdruk. Warme lucht is lichter: de deeltjes bewegen sneller en staan verder uit elkaar. Een warme kolom weegt dus minder en geeft onderin een lagere luchtdruk.
- Waarom? Het rode vlak tussen de luchtbel en de omgeving is de CAPE: de energie die de bui omhoog duwt. Hoe breder dat vlak, hoe krachtiger de updraft.
Een deksel (CIN) kan onweer de hele dag tegenhouden, en dan ineens explosief laten losbarsten. Hoe kan dat?
-
Waarom?
Een deksel is een laag waar het hogerop warmer is dan je verwacht: vaak lucht die van ver aanvoert (bijvoorbeeld uit Spanje of de Sahara) of lucht die zakt en daardoor opwarmt.
Basis: Samendrukken warmt op
Precies andersom: zakkende lucht komt onder hogere druk, wordt samengedrukt en warmt op, ook ongeveer 10 °C per kilometer. Voel het zelf: een fietspomp wordt warm als je pompt.
- Waarom? Komt de luchtbel daar aan, dan is hij kouder dan die warme laag, dus zwaarder: hij zakt terug. Dat is het blauwe vlak.
- Waarom? Ondertussen warmt de zon de grond op en komt er vocht bij: onder de deksel stapelt de energie zich op.
- Waarom? Geeft iets de luchtbel een flinke duw (een front, een convergentielijn, een heuvelrug), of is de grond warm genoeg, dan breekt hij erdoorheen. Al die opgespaarde energie komt dan in één keer vrij: weinig buien, maar heftige.
Een radiosonde heeft geen windmeter, en toch meet hij de wind. Hoe?
- Waarom? De ballon heeft geen motor en geen roer: hij waait gewoon mee met de wind op de hoogte waar hij is.
- Waarom? De sonde weet via GPS elke seconde precies waar hij is.
- Waarom? Uit hoe ver en welke kant hij in die seconde is opgeschoven, volgt de wind op die hoogte: snelheid en richting.
- Waarom? Daarom landt een sonde vaak tientallen kilometers verderop, en meet hij dus niet precies recht boven de startplek.
Een deksel (CIN) kan onweer de hele dag tegenhouden, en dan ineens explosief laten losbarsten. Hoe kan dat?
-
Waarom?
Een deksel is een laag waar het hogerop warmer is dan je verwacht: vaak lucht die van ver aanvoert (bijvoorbeeld uit Spanje of de Sahara) of lucht die zakt en daardoor opwarmt.
Basis: Samendrukken warmt op
Precies andersom: zakkende lucht komt onder hogere druk, wordt samengedrukt en warmt op, ook ongeveer 10 °C per kilometer. Voel het zelf: een fietspomp wordt warm als je pompt.
- Waarom? Komt de luchtbel daar aan, dan is hij kouder dan die warme laag, dus zwaarder: hij zakt terug. Dat is het blauwe vlak.
- Waarom? Ondertussen warmt de zon de grond op en komt er vocht bij: onder de deksel stapelt de energie zich op.
- Waarom? Geeft iets de luchtbel een flinke duw (een front, een convergentielijn, een heuvelrug), of is de grond warm genoeg, dan breekt hij erdoorheen. Al die opgespaarde energie komt dan in één keer vrij: weinig buien, maar heftige.