De grenslaag: waarom is die zo belangrijk voor het weer?
Enkele weken geleden lag Nederland voor langere tijd onder een dik wolkendek dat niet wilde verdwijnen. Het waaide bijna niet en af en toe viel er een spatje regen. De atmosfeer leek tijdelijk stil te staan, uitgelokt door een hogedrukblokkade. Het speelt met name in het winterhalfjaar regelmatig een rol in het weerbeeld.Op rustige, grijze dagen komt de term ‘grenslaagweer’ vaak opduiken. De grenslaag speelt op zulke dagen een belangrijke rol, maar hoe wordt de grenslaag eigenlijk gedefinieerd? En waarom is dit soort weer zo lastig te voorspellen? Lees snel verder voor de antwoorden.
Onderste deel van de atmosfeer
De atmosfeer is opgebouwd uit meerdere lagen. Het weer speelt zich af in de troposfeer, de onderste laag, welke van het aardoppervlak tot 8-16 km hoog reikt. De grenslaag is daar weer het deel van die het dichtst bij het oppervlak ligt. De grenslaag varieert in dikte, maar is grofweg de onderste paar honderd meter van de troposfeer. Hier is de interactie tussen het oppervlak en lucht in het grootst en wordt warmte en vocht uitgewisseld.
Groeien en krimpen
Hoe de grenslaag tot uiting komt verandert door de seizoenen heen omdat de zonkracht een grote invloed heeft. Ook is de hoogte van de grenslaag overdag groter dan in de nacht. Overdag wordt het aardoppervlak opgewarmd door de zon, wat dan ook weer de lucht daar vlak boven verwarmt. Deze warme lucht heeft een lagere dichtheid dan zijn omgeving en stijgt op (convectie). Turbulente bewegingen van luchtpakketjes zorgen voor een mengeling met de luchtlaag daarboven, wat de grenslaag vergroot. Tijdens een heldere nacht koelt het sterk af en is de grenslaag dun.
De grenslaag is niet altijd even dik. De dikte is afhankelijk van de luchtstromen in de atmosfeer. Bron: Rodrigues et al. (2021)
Neutraal, stabiel, onstabiel?
Afhankelijk van de eigenschappen van de grenslaag wordt deze omschreven als neutraal, stabiel of onstabiel.
- Een neutrale grenslaag ontstaat door menging van lucht (sterke wind) zonder veel uitwisseling van warmte en vocht. De neutrale grenslaag is meestal ongeveer een kilometer dik.
- Een stabiele grenslaag komt tot stand wanneer warme lucht zich boven koudere lucht bevindt. Dit heet een inversie (de temperatuur neemt nu toe met de hoogte). Dit kan bijvoorbeeld komen door afkoeling van het aardoppervlak gedurende de nacht, of de aanvoer van warme lucht over een koud oppervlak. Dit laatste zien we vaak als lucht over de warmere Noordzee richting het koude continent stroomt. De stabiele grenslaag is ondiep, gebruikelijk tot 100-500 meter hoogte.
- De onstabiele grenslaag is typisch voor de zomer. De absorptie van zonnestraling door het aardoppervlak zet turbulente bewegingen in gang en dan vindt er uitwisseling van warmte en vocht plaats tussen de wervelingen van lucht. Een ander voorbeeld is de aanvoer van koude lucht over een warmer oppervlak, waardoor de warme lucht moet gaan stijgen. Door de sterke verticale bewegingen is de onstabiele grenslaag dikker, maximaal twee kilometer.
Nog even over die inversie
In een stabiele situatie neemt de temperatuur dus toe met de hoogte, in tegenstelling tot een neutrale of onstabiele situatie. Bij hogedrukgebieden daalt de lucht en warmt daarbij op. Er ligt dan een soort deksel van warme lucht bovenop de grenslaag, waardoor er weinig menging plaatsvindt.
De koudere lucht binnen de grenslaag kan minder waterdamp bevatten, dus vindt condensatie plaats. De lucht zit gevangen op zijn plek en bewolking is daardoor erg hardnekkig. Ook luchtverontreiniging kan in zo’n situatie lang blijven hangen. De complexiteit van grenslaagweer maakt dat het lastig te berekenen is en weersverwachtingen niet altijd even accuraat zijn.
