'Once in a lifetime’ moment voor stormchasers

Het juiste gebied

Het type supercell van de foto wordt een mesocycloon genoemd en ontstaat onder de juiste meteorologische omstandigheden. In delen van de VS komen zulke omstandigheden in de lente- en zomer vrij vaak voor en vormen daar gemakkelijker enorme wolkenstructuren die ook tornado’s kunnen scheppen. Niet voor niks is het gebied Tornado Alley populair onder de stormchasers en reizen elk jaar groepen “chasers” af naar de VS om daar zulke buien ‘op te vangen’ en te fotograferen. Een droom van vele meteorologen met een speciale interesse in onweer en tornado’s.

Hoe kunnen zulke wolken ontstaan?

Er zijn een paar ingrediënten nodig voor de vorming van een mesocycloon: instabiliteit, windschering en een specifieke balans tussen opwaartse en neerwaartse luchtstromen binnen de cel.

Door inkomende zonnestraling warmt het aardoppervlak sterk op en dat veroorzaakt stijgende luchtbewegingen. Warme lucht is immers lichter dan koude lucht (uit de ideale gaswet volgt dat de dichtheid daalt wanneer de temperatuur stijgt) en daarom zal een warm luchtpakketje willen rijzen om het verschil op te heffen. Als de lucht van de omgeving sneller afkoelt met de hoogte dan de stijgende lucht, kan het luchtpakketje blijven stijgen. Dit noemen we een instabiele atmosfeer en leidt tot convectie. Tijdens het opstijgen condenseert waterdamp tot druppels en daarbij komt energie vrij in de vorm van latente warmte. Deze energie versterkt de stijgbeweging en convectie van luchtstromen.

Zoals uitgelegd in dit artikel wordt het potentieel van stijgende lucht gekwantificeerd met CAPE. Hoe hoger de CAPE, hoe ‘grager’ de lucht wil stijgen. CAPE-waarden van boven de 1000 J/kg duiden op sterke opwaartse luchtbewegingen en zodoende neemt de kans op onweersbuien toe. Voor een mesocycloon als deze is de CAPE vaak hoger dan 3000 J/kg.

Verticale windschering is het verschil van de windrichting en -snelheid met hoogte. Wanneer twee luchtlagen onderling verschillen in deze eigenschappen ontstaat wrijving en horizontale draaiing. Convectie binnen de wolk geeft een sterke opwaartse stroming die de horizontale rotatie kantelt tot een verticale rotatie. De roterende kolom rekt door de stijging uit en daardoor wordt rotatie versneld – vergelijkbaar met een kunstschaatser die tijdens een spin zijn armen intrekt. Een mesocycloon is dan geboren en vormt het hart van een supercell. Het geeft de karakteristieke spiraalvormige lagen van de wolkenpartij.

Bij Tornado Alley speelt windschering een grote rol. Het is vaak warme, vochtige lucht uit het zuiden (bijvoorbeeld de Golf van Mexico) die zich op lage niveaus bevindt, terwijl daarboven droge, koele lucht uit het westen te vinden is (van de Rocky Mountains).

Naast instabiliteit en windschering is de derde ingrediënt van belang voor het lang kunnen bestaan van een mesocycloon. Waterdruppels en ijskristallen groeien in de cumulonimbuswolk en uiteindelijk valt zware neerslag omlaag en veroorzaakt een neerwaartse luchtstroom. Het samenspel van opwaartse en neerwaartse luchtstromen houdt de supercell voor langere tijd in balans.

Visuele kenmerken

De opwaartse stroming vormt een “overshooting top”, een bult van wolken boven de tropopauze. Daarnaast vormen in het roterende deel georganiseerde wolkenstructuren door stromingen, turbulentie en rotatie. Lagen van vochtige lucht kunnen op verschillende hoogtes condenseren en vormen zo gelaagde ‘platen’ van shelf clouds. Verstrooiing van licht op water- en ijsdeeltjes geeft bijzondere grijsgroene kleuren.

Mothership

Het mothership supercell van de foto is een unieke structuur die niet vaak voorkomt. De combinatie met het avondlicht door zonsondergang maakte de situatie extra fotogeniek. Ze wordt gekenmerkt door een grote, georganiseerde, gelaagde en roterende structuur. Het heeft wat weg van een vliegende schotel of ruimteschip, vandaar de naam mothership. Vaak zijn er meerdere lagen, gestapeld als een toren en het centrum van rotatie is duidelijk zichtbaar. Buiten de kern is het relatief droog, typisch voor een low-precipitation of klassiek type supercell, en in het midden valt neerslag.

Supercellen met weinig neerslag geven een duidelijkere structuur omdat er minder vervuiling is door regen of hagel in de buitenlagen. Daardoor blijft de wolkenstructuur visueel intact en is de mesocycloon beter te zien. Ook geeft een lage zonnestand een gele tot oranje kleuring, wat het dramatische effect versterkt.

Verzameling van foto's van de mothership supercell in New Mexico (VS) afgelopen 7 juni. Bron: Telegram