‘Ineens heb je een stortbui op je kop’

Het gaat om de ‘mooi weer’ wolken, van die wattepluimen. Eerst groeit zo’n wolk verticaal omhoog en ineens, voor je het weet, heb je een stortbui op je kop.”

Een dergelijke wolk ontstaat doordat lucht snel opstijgt en daarbij afkoelt. De lucht raakt daarbij oververzadigd met waterdamp die vervolgens condenseert op kleine stof of zoutdeeltjes, de zogenaamde aerosolen. Daardoor neemt de oververzadiging af. Tot een diameter van twintig micrometer groeien de druppels door condensatie, later groeien ze voornamelijk door botsingen met andere druppels. Tegen de tijd dat ze naar beneden vallen zijn ze groter dan één millimeter.

Hoe snel de druppels kunnen groeien hangt af van de verdeling van druppelgroottes. ,,Hoe meer verschillende druppelgroottes er in een wolk zijn, hoe sneller de druppels groeien”, legt Van Haarlem uit. ,,Ze vallen dan allemaal op verschillende snelheden waardoor ze elkaar sneller tegenkomen.”

De huidige theorieën gaan ervan uit dat er zo’n dertig meter boven de onderkant van een wolk geen nieuwe druppels meer ontstaan. Maar dat is volgens Van Haarlem een verkeerde veronderstelling.

In de wolken zijn turbulente luchtstromingen aanwezig die de druppels meesleuren. De huidige theorieën zien turbulentie als volledige chaos, maar Van Haarlem denkt dat er in die chaos enige ordening heerst. ,,Er zijn wervels met een lange levensduur. Uit onze simulaties blijkt dat er in wolken zogenaamde ‘luchtwormen’ zijn, structuren van enkele centimeters lengte waarbinnen de lucht heel hard rondtolt. Die ‘wormen’ werken als een soort centrifuge voor druppels, ze worden allemaal naar buiten geslingerd.”
Turbulent

Omdat er binnen die luchtwormen geen druppels zijn kan de lucht daar oververzadigd raken met waterdamp. Daardoor kunnen er ook op grotere hoogtes nieuwe kleine druppels ontstaan. De constante productie zorgt ervoor dat er naast grote ook steeds kleine druppels aanwezig zijn in de wolk. De druppels kunnen dus sneller groeien dan in de huidige modellen wordt voorspeld.

Op het ogenblik is het model nog niet toepasbaar in de weersvoorspelling, maar een aantal meteorologen is al wel geïnteresseerd. Als Van Haarlem het voor het zeggen had zouden er in het laboratorium experimenten gedaan worden met condenserende druppels in een turbulente stroming om zijn theorie te bewijzen. Zelf is hij daar niet meer voor beschikbaar. Per november heeft hij een baan bij Shell – in de turbulente oliewereld.

Een wolk regent sneller leeg dan de modellen voorspellen. Promovendus Bas van Haarlem ontdekte een mechanisme dat dit zou kunnen verklaren.

,,Mijn onderzoek is niet bruikbaar voor alle typen wolken”, zegt Van Haarlem, bezig aan een promotieonderzoek in het laboratorium voor Aero- en Hydrodynamica ,,De typisch Nederlandse druilerige herfsthemel wordt door andere principes geregeerd. Het gaat om de ‘mooi weer’ wolken, van die wattepluimen. Eerst groeit zo’n wolk verticaal omhoog en ineens, voor je het weet, heb je een stortbui op je kop.”

Een dergelijke wolk ontstaat doordat lucht snel opstijgt en daarbij afkoelt. De lucht raakt daarbij oververzadigd met waterdamp die vervolgens condenseert op kleine stof of zoutdeeltjes, de zogenaamde aerosolen. Daardoor neemt de oververzadiging af. Tot een diameter van twintig micrometer groeien de druppels door condensatie, later groeien ze voornamelijk door botsingen met andere druppels. Tegen de tijd dat ze naar beneden vallen zijn ze groter dan één millimeter.

Hoe snel de druppels kunnen groeien hangt af van de verdeling van druppelgroottes. ,,Hoe meer verschillende druppelgroottes er in een wolk zijn, hoe sneller de druppels groeien”, legt Van Haarlem uit. ,,Ze vallen dan allemaal op verschillende snelheden waardoor ze elkaar sneller tegenkomen.”

De huidige theorieën gaan ervan uit dat er zo’n dertig meter boven de onderkant van een wolk geen nieuwe druppels meer ontstaan. Maar dat is volgens Van Haarlem een verkeerde veronderstelling.

In de wolken zijn turbulente luchtstromingen aanwezig die de druppels meesleuren. De huidige theorieën zien turbulentie als volledige chaos, maar Van Haarlem denkt dat er in die chaos enige ordening heerst. ,,Er zijn wervels met een lange levensduur. Uit onze simulaties blijkt dat er in wolken zogenaamde ‘luchtwormen’ zijn, structuren van enkele centimeters lengte waarbinnen de lucht heel hard rondtolt. Die ‘wormen’ werken als een soort centrifuge voor druppels, ze worden allemaal naar buiten geslingerd.”
Turbulent

Omdat er binnen die luchtwormen geen druppels zijn kan de lucht daar oververzadigd raken met waterdamp. Daardoor kunnen er ook op grotere hoogtes nieuwe kleine druppels ontstaan. De constante productie zorgt ervoor dat er naast grote ook steeds kleine druppels aanwezig zijn in de wolk. De druppels kunnen dus sneller groeien dan in de huidige modellen wordt voorspeld.

Op het ogenblik is het model nog niet toepasbaar in de weersvoorspelling, maar een aantal meteorologen is al wel geïnteresseerd. Als Van Haarlem het voor het zeggen had zouden er in het laboratorium experimenten gedaan worden met condenserende druppels in een turbulente stroming om zijn theorie te bewijzen. Zelf is hij daar niet meer voor beschikbaar. Per november heeft hij een baan bij Shell – in de turbulente oliewereld.