Metingen van zwaartegolven kunnen helpen weermodellen verbeteren

Belang voor de meteorologie 

Zwaartegolven ontstaan wanneer lucht omhoog wordt verplaatst en door zwaartekracht weer naar beneden komt. In stabiele lucht levert dit een op-en-neergaande beweging op. Dit soort luchtverplaatsingen komen regelmatig in de bergen voor, maar kunnen ook bij fronten, onweersbuien en ander extreem weer ontstaan.  

Het meten en beter begrijpen van zwaartegolven is belangrijk voor de meteorologie. Ze kunnen namelijk de circulatie van de atmosfeer beïnvloeden en daarmee uiteindelijk ook het weer. Wanneer zwaartegolven instabiel worden en breken, kan bovendien turbulentie ontstaan. Dit heeft ook direct een maatschappelijke relevantie: als dit op grotere hoogte gebeurt kan dit voor de luchtvaart een risico zijn. Deze vorm van turbulentie heet Clear Air Turbulence (CAT).  

Beperkte voorspelbaarheid in weermodellen 

Weermodellen geven het bestaan van zwaartegolven maar beperkt weer. Dat komt onder meer doordat de metingen die voor weersverwachtingen worden gebruikt, vooral zijn ingericht om de grootschaliger weerspatronen te volgen. Ook de ruimtelijke resolutie van weermodellen speelt een rol. Het weermodel HARMONIE van het KNMI rekent bijvoorbeeld met vakjes van ongeveer 2 bij 2 kilometer. Voor kleinschalige zwaartegolven is die resolutie vaak te grof, waardoor ze niet altijd goed kunnen worden berekend. 

Trend naar fijnmaziger modellen en metingen 

De trend gaat wel naar steeds fijnmaziger metingen en weermodellen. Zo experimenteert het KNMI met een HARMONIE-versie met een resolutie van 500 meter voor nog gedetailleerdere weersverwachtingen. Bovendien is het meetnetwerk de afgelopen jaren sterk uitgebreid met metingen, zowel op de grond als op grotere hoogte. Zo gebruikt het KNMI sinds een paar jaar op onderzoekslocatie Cabauw, onderdeel van het Ruisdael Observatory, een zogenaamde Doppler lidar die met behulp van laserlicht de wind tot ongeveer 2 kilometer hoogte kan meten. Hiermee kan ook de verticale beweging worden gemeten, wat heel geschikt is om het op- en neergaan van zwaartegolven te zien.  

Zwaartegolven van 30 juni 2022 in België en Nederland en België 

Op 30 juni 2022, vroeg in de ochtend, mat de lidar in Cabauw relatief sterke zwaartegolven, met verticale snelheden tot 3 meter per seconde (afbeelding 2). Ook werden duidelijke schommelingen in wind, temperatuur, luchtvochtigheid en luchtdruk gemeten in de meetmast van 213 meter hoogte. Dit werd veroorzaakt door de zwaartegolven. Voor de luchtdrukschommelingen leverden microbarometers, extra gevoelige barometers, aanvullende informatie. 

Door meetgegevens van de neerslagradar en wolkenhoogtemeters te bestuderen bleek dat de zwaartegolven aanwezig waren over een groot deel van Nederland én België (afbeelding 3). Bijzonder is dat de zwaartegolven zichtbaar zijn in de neerslagradar omdat de radargolven terugkaatsen op insecten in de lucht die met de zwaartegolven meebewegen. Bij het opkomen van de zon verdween de stabiele laag voor de zwaartegolven en daarmee doofden de golven ook uit. 

Onderzoek benadrukt waarde van fijnmazige metingen

Dit onderzoek is uitgevoerd door KNMI-onderzoekers, in samenwerking met collega’s van het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) in België en de Technische Universiteit Delft (TU Delft). Het is afgelopen maand gepubliceerd in het vakblad Journal Geophysical Research: Atmospheres. 

De studie benadrukt de waarde van fijnmazige metingen voor de verbetering van weermodellen. Toekomstig onderzoek richt zich op hoe vaak en wanneer dit soort golven voorkomen en wat de impact ervan kan zijn, bijvoorbeeld op windenergie.