Donder en bliksem; Onweersactiviteit in Midden-Europa in kaart gebracht

Bliksem is een vijand die brand sticht en elek- tronische apparatuur ruïneert. Moderne systemen voor bliksemdetectie leveren nieuwe inzichten in het verschijnsel onweersbui en signaleren tevens mogelijke klimaatsveranderingen.

KORTGELEDEN IS HET eerste statistische onderzoek afgerond naar de activiteit van de bliksem in het zuiden van Duitsland. Het onderzoek, verricht op het Instituut voor Atmosferische Fysica in Oberpfaffenhofen (bij München), is gebaseerd op metingen met een modern bliksemdetectiesysteem dat in 1992 in Zuid-Duitsland werd geïnstalleerd. Het meetgebied bestrijkt aangrenzende delen van Frankrijk, Zwitserland, Oostenrijk en Tsjechië. De tot nu toe meest gedetailleerde informatie over de onweersactiviteit in dit gebied dateerde uit 1910.

In de jaren tachtig zijn in vele landen moderne systemen voor bliksemdetectie in gebruik genomen. Deze systemen hebben inzicht opgeleverd in niet alleen de activiteit van de bliksem zelf, maar ook in die van de onweersbuien waarmee zij samenhangen. Onweer is in Midden-Europa een van de belangrijkste oorzaken van materiële schade, doordat zij vaak gepaard gaan met zware regens, windstoten, hagel en bliksem. Bliksem veroorzaakt bovendien niet alleen (bos)branden en inslagschade, maar in toenemende mate ook storingen in elektronische apparatuur: in alleen al Duitsland gaan hierdoor jaarlijks honderden miljoenen DM verloren.

Ondanks dit economische belang werd pas in 1992 een modern systeem voor bliksemdetectie in gebruik genomen. Het systeem, LPATS geheten (Lightning Positioning and Tracking System), werd geïnstalleerd door twee grote elektriciteitsbedrijven: Bayernwerk AG in München en Badenwerk AG in Karlsruhe. Het hoofddoel was het bewaken van de bliksemactiviteit, zodat snel kan worden gereageerd als hoogspanningsmasten, kabels en onderstations het begeven, maar het heeft nu ook een schat aan informatie opgeleverd voor meteorologen.

LPATS bestaat uit zes ontvangers, verspreid over een gebied van 500 bij 430 kilometer. Iedere detector registreert de elektrische component van de elektromagnetische straling die wordt uitgezonden tijdens een blikseminslag van het type wolk-grondontlading. De veel frequenter voorkomende (maar veel minder gevaarlijke) wolk-wolkontladingen worden door het systeem genegeerd. De plaats van de inslag wordt, tot op honderd meter nauwkeurig, afgeleid uit de verschillen in de tijdstippen van registratie op de verschillende meetpunten.

De bliksemactiviteit in Midden-Europa blijkt van jaar tot jaar sterk te veranderen, wat samenhangt met de veranderlijkheid van de stromingen in de atmosfeer die gunstig zijn voor de ontwikkeling van onweersbuien. In Midden-Europa ontwikkelen zulke buien zich bij voorkeur in zuidwestelijke stromingen, wanneer lucht die rijk is aan waterdamp wordt aangevoerd uit het Middellandse-Zeegebied. Ongeveer 95 procent van alle bliksemactiviteit doet zich voor van mei tot augustus. Een tijdelijke daling in juni-juli kan worden toegeschreven aan de aanwezigheid van hogedruksystemen, die de onweersactiviteit onderdrukken. De scherpe daling na augustus markeert het einde van het buienseizoen.

ZWARTE WOUD

De bliksemactiviteit blijkt duidelijk samen te hangen met de orografie (leer der gebergtevorming), wat niet verwonderlijk is doordat onweer zich in Midden-Europa bij voorkeur ontwikkelt in bergachtige gebieden. Het maximum van de onweersactiviteit in het zuidwesten hangt samen met het Zwarte Woud en ook andere berggebieden, zoals het Beierse Woud, Taunus en Spessart, worden in de verdeling van de blikseminslagen teruggevonden. De maxima zijn steeds verschoven naar de lijzijde van het gebergte.

Binnen het meetgebied van 500 bij 430 kilometer worden per jaar gemiddeld 634.000 blikseminslagen geregistreerd. Dit komt neer op een gemiddelde dichtheid van 2,8 inslagen per vierkante kilometer per jaar. De dichtheid varieert van waarden rond de 2 in de meeste delen van Zuid-Duitsland tot 10 of meer in het Zwarte Woud. Deze waarden komen overeen met die in subtropische gebieden, zoals Florida. Het aantal onweersdagen in Zuid-Duitsland is ongeveer de helft van dat in Florida en de buien gaan iets vaker gepaard met bliksemontladingen. Dit hangt waarschijnlijk samen met de grotere hoogte van het 0ß8-niveau in (sub)tropische onweerswolken.

De meeste blikseminslagen komen in Midden-Europa voor tussen 16 en 17 uur. Daarna volgt een langzame daling naar een minimum rond 10 uur in de ochtend. Het maximum is het gevolg van de voorafgaande opwarming van de grenslaag door de zon. Opmerkelijk is een tweede, minder geprononceerd maximum tussen 21 en 22 uur. De onderzoekers laten zien dat dit niet wordt veroorzaakt door buien die in de omgeving van een meetpunt ontstaan, maar door enkele lang aanhoudende buien die van hun ontstaansgebied in overwegend oostelijke tot noordoostelijke richting bewegen. Een soortgelijk effect is waargenomen bij neerslag uit convectieve bewolking boven de Great Plains in de Verenigde Staten.

Uit de metingen van de bliksemdetectoren kan ook de sterkte van de stroom in de bliksem worden berekend. Slechts 5,1 procent van alle bliksems is positief, een waarde die wat hoger ligt dan de 3,1 tot 4,0 procent die twee jaar geleden voor de Verenigde Staten werd berekend. De negatieve ontladingen hebben een gemiddelde stroomsterkte van 25.000 Ampère en de positieve van 33.000 A. Deze gemiddelden zijn lager dan die twee jaar geleden voor Noord-Australië werden gemeld, maar liggen dicht bij de waarden die bekend zijn voor Zwitserland.

De statistische analyses die Uwe Finke en Theodor Hauf in het augustusnummer van Beitr. Phys. Atmosph. geven, zijn in eerste instantie van belang voor verzekeringsmaatschappijen, bouwbedrijven en elektriciteitsproducenten en -distributeurs. In het groeiende databestand van bliksemmetingen in Zuid-Duitsland ligt echter nog een schat aan informatie voor meteorologen verborgen. Bliksemfrequenties in onweersbuien leveren belangrijke informatie over onder andere de ontwikkeling van zulke buien, hun structuur, dynamica, watergehalte en zelfs de hoeveelheid neerslag die er uit valt.

De onderzoekers wijzen tot slot op het belang van bliksemdetectie voor het bepalen van een mogelijke klimaatsverandering. Berekeningen van de Amerikaanse klimatologen Colin Price en David Rind hebben onlangs laten zien dat een mondiale klimaatsverandering van 1ß8 C de mondiale bliksemfrequentie met 5 tot 6 procent zou doen veranderen. “Het meten van de bliksemactiviteit over een lange periode maakt het mogelijk ontwikkelingen van het klimaat te signaleren op zowel mondiale als regionale schaal”, aldus de twee onderzoekers.

    • George Beekman