De wolken

Microfysica: hoe een wolk regen maakt

Een wolk is een volk van miljarden druppeltjes en kristallen, elk van enkele micron. Wat beslist of ze een gewone wolk blijft of regen zal geven, speelt zich af op die minuscule schaal: dat is de microfysica.

Nucleatie: de geboorte van de druppeltjes

De waterdamp condenseert niet in het luchtledige: hij heeft een drager nodig, een heel klein zwevend deeltje dat condensatiekern heet (stof, zeezout, vervuiling). De ijskristallen vereisen ijskernen, veel zeldzamer. Daarom kan het water, bij gebrek aan kernen, vloeibaar blijven in onderkoeling, dat wil zeggen vloeibaar onder 0 °C, tot ongeveer -38 °C.

Groeien tot vallen

Een wolkendruppeltje is duizend keer te klein om te vallen: het groeit eerst traag door condensatie, daarna, in warme wolken zonder ijs, door botsing-coalescentie, wanneer de grote druppels de kleine inhalen en opslorpen. In koude wolken neemt een efficiënter mechanisme het over.

Het bergeronproces

In een gemengde wolk, waar ijs en onderkoeld water samen bestaan, is de verzadigingsdampdruk lager boven ijs dan boven vloeibaar water. De kristallen vangen dus de damp ten koste van de verdampende druppeltjes: de kristallen groeien, worden vlokken, vallen en smelten vaak tot regen voor de grond. Dat is het bergeronproces, de belangrijkste regenmaker op de gematigde breedten, zelfs in de zomer.

De tien wolkengeslachten, één voor één

De internationale classificatie verdeelt de wolken in tien geslachten, gegroepeerd per hoogteverdieping. Voor elk tellen drie vragen: op welke hoogte bevindt hij zich, waaruit bestaat hij, en welk weer kondigt hij aan of brengt hij voort?

Bovenste verdieping (5 tot 13 km): de ijswolken

De cirrus (Ci) vormt dunne witte draden, gemaakt van ijskristallen; hij geeft geen regen maar kondigt, door de hemel geleidelijk te overtrekken, vaak een storing binnen 12 tot 24 uur aan. De cirrocumulus (Cc) tekent kleine regelmatige vlokjes, een fijne schapenhemel, teken van instabiliteit in de hoogte. De cirrostratus (Cs) is een melkachtige, doorschijnende sluier die de hele hemel bedekt en een halo rond de zon of de maan vormt, een klassiek voorteken van komende regen.

Middelste verdieping (2 tot 7 km)

De altocumulus (Ac) verschijnt in banken van grijze en witte keien; opbollende altocumulus op een zomerochtend verraden een instabiliteit die in de namiddag onweders kan geven. De altostratus (As) is een gelijkmatige grijze sluier waardoor de zon verschijnt als achter matglas; hij verdikt bij het naderen van een warmtefront en kondigt aanhoudende regen aan.

Onderste verdieping (van de grond tot 2 km)

De stratocumulus (Sc), heel frequent, vormt een laag van uitgespreide grijze keien die grijs en bewolkt weer geeft, soms motregen. De stratus (St) is een lage, gelijkmatige grijze laag, als opgetilde mist, die motregen geeft; mist is trouwens niets anders dan een stratus op de grond. De nimbostratus (Ns), dikke donkergrijze laag zonder structuur, is de wolk van de aanhoudende en langdurige regen of sneeuw: de echte slechtweerwolk.

Met verticale ontwikkeling

De cumulus (Cu) is een opbollende wolk met platte basis: klein, de cumulus humilis, tekent hij mooi weer; groot en bloemkoolvormig, de cumulus congestus, kan hij buien geven. De cumulonimbus (Cb) is zijn eindpunt: een gigantische toren die van enkele honderden meters tot de tropopauze klimt, bekroond met een aambeeld. Hij alleen brengt de onweders, de hagel, de bliksem, de windstoten en soms de tornado's voort.

• Cirrus (Ci): ijsdraden, heel hoog, kondigen een storing aan
• Cirrocumulus (Cc): fijne schapenhemel, instabiliteit in de hoogte
• Cirrostratus (Cs): sluier met halo, regen binnen 12 tot 24 u
• Altocumulus (Ac): banken van middelgrote keien, onweders mogelijk in de namiddag
• Altostratus (As): grijze sluier, naderende aanhoudende regen
• Stratocumulus (Sc): lage uitgespreide keien, grijs weer, motregen
• Stratus (St): lage gelijkmatige laag, motregen, hoge mist
• Nimbostratus (Ns): aanhoudende en langdurige regen of sneeuw
• Cumulus (Cu): opbollend met platte basis, van mooi weer tot buien
• Cumulonimbus (Cb): onweerstoren, hagel, bliksem, windstoten, tornado's

Convectie, cumulonimbus en wolken die spreken

De convectie, dat opstijgen van de warme en vochtige lucht, vormt de meest spectaculaire wolken. Enkele sleutelgrootheden laten toe hun kracht te anticiperen.

Wolkenbasis en energie: LCL, CAPE en CIN

Een stijgend luchtpakketje koelt af en condenseert op het optilcondensatieniveau, de LCL, dat de basis van de convectieve wolken bepaalt. De energie die het bij het stijgen kan vrijmaken wordt gemeten door de CAPE, de beschikbare convectieve potentiële energie: hoe groter, hoe krachtiger de opstijgingen. Omgekeerd is de CIN, de convectieve inhibitie, de energie die de convectie aanvankelijk belet te starten; het is het deksel dat, als het op het einde van de dag springt, soms explosieve onweders vrijmaakt.

Anatomie van de cumulonimbus

De cumulonimbus herbergt een opwaartse stroom die het onweer voedt en een neerwaartse stroom, beladen met regen en koude lucht, die zich aan de grond uitspreidt in een buienfront. Zijn top, geremd door de tropopauze, spreidt uit tot een aambeeld; soms verraadt een uitstekende bel, de doordringende top, een heel hevige opstijging. Het is de fabriek van hagel, bliksem en zware windstoten.

Orografische wolken

Wanneer een stabiele stroming een berg overschrijdt, golft ze stroomafwaarts en vormt stationaire lensvormige wolken, onbeweeglijk ondanks de wind. Een wolk kan ook een top bedekken als een hoed, men noemt ze dan pileus.

De wolken die spreken

Sommige wolken zijn kostbare aanwijzingen. De arcus is een donkere rol vóór een onweer, die het buienfront zichtbaar maakt: de windstoot is nakend. De mammatus, hangende zakken onder een aambeeld, wijzen op sterke turbulentie. De virga is een sliert neerslag die verdampt voor ze de grond bereikt, teken van droge lucht eronder. Deze wolken leren lezen betekent op heel korte termijn voorspellen, wat men nowcasting noemt.