Lokale temperatuursverschillen op de Noord Veluwe (2)

Een schitterend boek waarin de beginselen van de meteorologie duidelijk worden uiteengezet is het boek "Meteorology Today" (1). In hoofdstuk 3 wordt uitgelegd hoe een aantal factoren er voor kunnen zorgen dat op lokale schaal toch verrassende temperatuursverschillen mogelijk zijn. Van groot belang is te realiseren dat we metingen doen in het onderste deel van de atmosfeer, vlak boven het aardoppervlak.

Op een zonnige dag warmt dat aardoppervlak sterker op dan de luchtlaag daar direkt boven. In een heldere nacht gebeurd het omgekeerde en koelt het aardoppervlak sterker af. Hoewel lucht een slechte geleider is voor warmte, kan er door het warme aardoppervlak overdag of het koude aardoppervlak in de nacht toch een dunne luchtlaag ontstaan nabij dat oppervlak die qua temperatuur sterk is gaan afwijken van de luchtlaag die zich daar boven bevindt. Echter of de vorming van deze afwijkende luchtlaag werkelijk tot stand komt en hoe dik deze laag eventueel kan worden, hangt sterk af van de windkracht. Want als er enige wind staat, mengt de laag nabij het aardoppervlak zich met de bovenlucht waardoor het koelende of juist opwarmende effect teniet wordt gedaan. e zojuist genoemde factoren gaan we toepassen op de meetpost te Hattemerbroek en die in het Zwolse Bos.

Temperatuursverschillen en windsnelheid
De ligging van de meetposten Hattemerbroek en het Zwolse Bos is in het vorige artikel al toegelicht. Toen niet genoemd maar toch van belang denk ik, is dat de beide meetposten op een vergelijkbare zanderige grondsoort staan. Verschillen in temperatuur kunnen daar dus niet door zijn veroorzaakt.

In de vergelijkingsperiode is naast de temperatuur te Hattemerbroek ook de windsnelheid vastgelegd. Als ik echter mijn gemiddelde windsnelheden vergelijk met KNMI-posten in het binnenland, dan registreer ik over het algemeen toch duidelijk lagere windsnelheden. Dit heeft hoofdzakelijk enerzijds te maken met een lagere opstelling (ca. 8 meter) en anderzijds met een redelijk grote aanloopweerstand van de anemometer. Het blijkt namelijk dat bij een geringe windsnelheid (ongeveer 1 Bft) de windmeter nog stiltaat. Deze beide dingen samen geven dat wanneer er op de meeste plaatsen in het binnenland een windkracht 4 staat, ca. 6 m/s, mijn windsnelheidsmeter ca. 4 m/s aangeeft.

In de figuur hiernaast staat het gemeten temperatuursverschil tussen Hattemerbroek en het Zwolse Bos uitgezet tegen het 10 minuten gemiddelde van de windsnelheid. Een positief temperatuursverschil betekent dat in Hattemerbroek een hogere temperatuur werd geregistreerd dan in het Zwolse Bos. Duidelijk te zien is dat wanneer de te Hattemerbroek gemeten windsnelheid boven de 4 m/s komt er alleen nog relatief geringe temperatuursverschillen optraden. Zelf vond ik de waarde van 4 m/s verrassend hoog. In het open veld staat dan een windkracht 4, en toch wordt de windsnelheid in het Zwolse Bos dan al zodanig geremd dat het mogelijk is dat daar een relatief koude laag bij het aardoppervlak werd opgebouwd. Bedenk overigens wel dat in de figuur de uitschieters opvallen, de meeste punten bevinden zich tussen de -1 en +1. Als er weinig wind staat, en het is bewolkt, dan zal er geen groot temperatuursverschil tussen beide meetposten kunnen ontstaan.

Temperatuursverschillen in de loop van een etmaal

In de inleiding werd aangegeven dat naast windsnelheid natuurlijk ook de zonnestraling van invloed is op de temperatuur nabij het aardoppervlak. In de figuren 2, 3 en 4 wordt het temperatuursverschil daarom uitgezet tegen het uur van de dag. Alle tijden zijn in UTC; 12 UTC is 1 uur in de middag (wintertijd), ongeveer 20 minuten na de hoogste zonnestand. Figuur 2 geeft aan dat in januari op alle tijdstippen van de dag een groot temperatuursverschil mogelijk was onder gunstige (heldere) omstandigheden. Januari was ook de maand waarop zowel gemiddeld minimum en maximum in het Zwolse Bos een graad lager waren dan die te Hattemerbroek. In februari en maart echter was in het Zwolse Bos alleen het minimum lager. De maxima lagen redelijk gelijk. De figuren 3 en 4 geven inderdaad ook geen grote temperatuursverschillen overdag weer.

Naar aanleiding van deze 3 figuren is het nu ook mogelijk iets over de zonnestraling te zeggen. Zoals vermeld in het vorige artikel is de meetpost in het Zwolse Bos een open plek in het bos. Vooral naar het zuiden en westen toe stond de meetpost niet al te ver van de bomen. Nu is in januari de zonnestand ook midden overdag nog erg laag. Het gevolg is dat in het Zwolse Bos het weerhutje gedurende een heel etmaal niet of nauwelijks door de zon werd beschenen. Hierdoor kon bij zonneschijn een relatief koude luchtlaag zich handhaven nabij het aardoppervlak, itt. te Hattemerbroek, waar de temperatuur midden op de dag in zo'n geval veel verder opliep. Maar in februari en in maart komt de zon overdag al weer veel hoger. Het gevolg is dan ook dat bij zon in het Zwolse Bos, evenals te Hattemerbroek overdag de koude luchtlaag nabij het aardoppervlak kon worden opgeruimd.

Temperatuursverschillen bij verschillende windrichtingen.
Het bleek dus al dat de windsnelheid en de instraling van de zon (of uitstraling bij afscherming van de zon) er voor zorgen dat er ook op plaatsen dichtbij elkaar grote temperatuursverschillen kunnen optreden. Lokaal is er echter nog een andere factor van belang.



In bovenstaand figuur is het temperatuursverschil tussen Hattemerbroek en het Zwolse Bos uitgezet tegen de windrichting. Een negatieve waarde geeft aan dat er geen wind geregistreerd werd. Aan de hand van deze figuur het volgende.

In het Zwolse Bos is de beschutting naar alle windrichtingen toe erg goed, en er is minder instraling van de zon. Het gevolg is dan ook dat iedere nacht waarin er uitstraling kan optreden deze meetpost meedingt naar het predikaat "koudste van het land". Te Hattemerbroek is echter iets aan de hand. Op het moment dat de wind uit W, NW, N of NO komt, dan kan het te Hattemerbroek net zo koud worden als in het Zwolse Bos. Enige beschutting naar die richtingen toe draagt hiertoe misschien ook wel bij. Dergelijke windrichtingen en vooral richtingen tussen W tot N, treden vaak op als er een koufront is gepasseerd, waarna brede opklaringen kunnen voorkomen. Daarnaast zijn dit ook windrichtingen die veel voorkomen in het voorjaar (bijv. apr. '96 en '97). In dergelijke nachten is het dan ook vaak bingo op mijn station. En gelukkig ook in winterse situaties kan ik meegenieten van lage minima in het geval er een hogedrukgebied ligt boven Scandinavie en de wind uit een NO-richting komt. Maar indien een dergelijk hogedrukgebied wegzakt richting Europese continent en de wind bijdraait naar ZO-Z, of voorafgaand aan een ander weertype zelfs naar ZW, dan kan ik het wel schudden. Op tal van stations, natuurlijke ook in het Zwolse Bos, treedt dan in de winter bijvoorbeeld nog matige vorst op, ik moet het dan doen met lichte vorst. Aan de andere kant kan ik dus aan het eind van een warmteperiode in de zomer nog ‚‚n keer flink genieten van een zwoele nacht (juni '96) met minima in de buurt van de 20°C, terwijl de temperatuur op andere stations buiten de bebouwde kom dan terugzakt tot bijvoorbeeld 16-18°C.

De verklaring van hiervoor kunnen we halen uit figuur 3 uit het vorige artikel. Daar valt te zien dat het landschap ten (O)ZO, ZO, Z en (Z)ZW van Hattemerbroek een duidelijke verheffing vertoont. Wat is nu het geval. Stel, op een heldere avond waait er een wind uit een Z-richting. Voordat de aangevoerde lucht te Hattemerbroek aankomt wordt deze in de laatste km's enige tientallen meters opgetild, om vervolgens weer hetzelfde aantal meters te dalen. Als gevolg hiervan ontstaan er wervelingen in de onderste tientallen meters van de atmosfeer waardoor te Hattemerbroek niet of nauwelijk een koude luchtlaag nabij het aardoppervlak wil ontstaan. Ik kan mij zelfs voorstellen dat de invloed van een luchtlaag van iets grotere hoogte er voor zorgt dat er vrij veel wind blijft staan nabij het aardoppervlak. Daar komt ook nog eens bij dat het terrein juist in de Z-richting volkomen open is.

Evaluatie
Een van de overwegingen was meer inzicht te krijgen in de vraag waarom te Hattemerbroek soms lage minima optreden en in andere gevallen juist relatief hoge minima. Het blijkt dat voor lage minima de wind in de N-hoek moet zitten. Zit de wind echter in de Z-hoek dan blijft het te Hattemerbroek relatief mild. Als gevolg hiervan zie je dus dat mijn gemiddelde minima over een maand vaak gematigd zijn en het aantal vorstnachten niet bijzonder hoog, terwijl er wel flinke uitschieters optreden. En de grote temperatuursverschillen van 13-17 januari 1997 zijn nu ook goed te verklaren.

1. De maxima overdag bleven in het Zwolse Bos duidelijk achter als gevolg van afscherming van de zon.
2. De windsnelheid in het Zwolse Bos was veel lager waardoor er ook nog eens een betere koude luchtlaag kon ontstaan.
3. Als gevolg van de ZZO-windrichting kon er niet of nauwelijks een koude luchtlaag te Hattemerbroek ontstaan.

Conclusies
- Het bleek dat beschutting het ontstaan of handhaven een koude luchtlaag nabij het aardoppervlak kon bevorderen.
- Een lage zonnestand bij een heldere bovenlucht kan er toe bijdragen dat lokaal de balans van in- en uitstraling totaal anders komt te liggen, waardoor er dus ook grote verschillen in temperatuur kunnen ontstaan.
- Te Hattemerbroek wordt de opbouw van een koude laag nabij het aardoppervlak tegengegaan indien de windrichting zich tussen O en ZW bevindt. Dit wordt veroorzaakt door hoogteverschillen die zich in die richtingen bevinden. Bij windrichtingen tussen W en NO zijn wel lage minima mogelijk als gevolg van de ligging buiten de bebouwde kom en mogelijk enige beschutting in die richting.

Tot slot
Ik wil de heren Bijdam en Roke bedanken voor hun toestemming om metingen te mogen verrichten in het Zwolse Bos en het in de gaten houden van mijn 'meetpost Zwolse Bos'.

Bron
(1) C.D. Ahrens, 1994, Meteorology Today, fifth edition.