Helderheid rond grondmist

Een nacht met gevaarlijke grondmist is eindelijk te voorspellen.

Bas van de Wiel (links) enIvo van Hooijdonk (rechts) op een grondmistvrije ochtend, afgelopen vrijdag. Foto Merlin Daleman

De kans dat zich in de vroege ochtend lage mist, smog, of vorst aan de grond voordoet, is voortaan veel beter te voorspellen. Vloeistoffysicus Ivo van Hooijdonk van de Technische Universiteit Eindhoven heeft ontdekt dat er in nachten met weinig wind omstandigheden ontstaan die zichzelf versterken, en vlak boven de grond tot mist leiden. Anders gezegd, een beetje mist leidt tot meer mist.

Van Hooijdonk zit nog maar net in het eerste jaar van zijn promotieonderzoek en nu al heeft hij het mechanisme achter deze weersverschijnselen opgehelderd. Het tijdschrift Journal of the Atmospheric Sciences heeft zijn artikel erover net gepubliceerd (early online releases). Binnenkort verschijnt het in druk.

Voor weerkundigen is lage mist, smog en vorst nog steeds lastig exact te voorspellen, ondanks alle verbeteringen van de computermodellen. Met als gevolg dat bijvoorbeeld het verkeer, Schiphol en fruittelers van tijd tot tijd verrast worden. En schade lijden – denk aan botsingen, ontregeld vliegverkeer, en bevroren bloesem.

Van Hooijdonk hoopt dit te veranderen. Hij legt zijn onderzoek uit in een leeg klaslokaal van de afdeling technische natuurkunde. Bas van de Wiel, zijn co-promotor en mede-auteur van het artikel, schuift ook aan.

Waarom was lage mist tot nog toe zo lastig te voorspellen?

Van Hooijdonk – slank, ravenzwarte haren, stoppelbaard en een beugel: „Omdat er alleen naar de stromingseigenschappen van de lucht werd gekeken. Wij kijken ook naar de randvoorwaarden.”

Welke?

„Vooral naar de grond.”

Waarom is die van belang?

„’s Nachts koelt die af, en dat is van invloed op de lucht erboven.”

Was er niet eerder naar de rol van de bodem gekeken?

Van Hooijdonk: „Nee.”

Het klinkt zo logisch.

Van de Wiel – een opgewekte Brabander met borstelhaar – lachend: „Je kent de Amsterdamse filosoof J.C. toch wel die zei: ‘je gaat het pas zien als je het door hebt’?”

Wat hebben jullie onderzocht?

Van de Wiel: „We hebben gegevens van de KNMI-meetmast in Cabauw gebruikt. Over windsnelheden op verschillende hoogtes, luchttemperaturen, turbulentie. We hebben 4.500 nachten geanalyseerd, in de periode 2000 tot en met 2012. Ook deze aanpak is nieuw. Voorheen werden vooral individuele nachten bestudeerd. Maar dan heb je allerlei kleine variaties die het beeld vertroebelen. Door duizenden nachten te middelen, verdwijnt de ruis en komt er een heel duidelijk patroon naar voren. Je gelooft bijna niet wat je ziet.”

Dat er twee soorten nachten zijn.

„Bij de eerste soort waait het hard en is er veel turbulentie. De onderste laag afkoelende lucht mengt met de warmere luchtlaag op zo’n 50 meter hoogte. Vorming van mist is in zulke nachten eigenlijk uitgesloten. In die tweede soort nacht waait het weinig, de turbulentie is nagenoeg dood. De onderste laag koude lucht blijft gescheiden van de warme. Onder invloed van de afkoelende bodem daalt de temperatuur in de onderste luchtlaag. Dan kan waterdamp condenseren.”

Van Hooijdonk: „Tijdens zulke windarme nachten zien we een zichzelf versterkend effect. Doordat de bodem gedurende de nacht verder afkoelt, neemt de temperatuurgradiënt tussen de luchtlagen onder en boven toe. Dat werkt de menging van luchtlagen extra tegen. Dat is de theorie van Bas.”

Van de Wiel: „Die heb ik twee jaar geleden ontwikkeld. Als lucht afkoelt wordt hij zwaarder en heb je meer energie nodig om die onderste laag te mengen met warme lucht. Dan moet het harder waaien. De clou is: als de aanvoer van warme lucht te zwak is om te compenseren voor de afkoelende bodem, dan krijg je dat zichzelf versterkende effect, dat tot mist leidt.”

Voor jullie analyse hebben jullie alleen de heldere nachten genomen. Waarom?

Van Hooijdonk: „Bewolking werkt als een deken die warmte terugstraalt. Dan heb je niet genoeg koeling aan de grond om mist te krijgen.”

Hoe kwam u op die nieuwe theorie?

Van de Wiel: „Een paar jaar geleden was ik op sabbatical in Boulder, Colorado. Op het National Center for Atmospheric Research sprak ik de oude weercrack Jeff Weil. Hij gaf me een tip en dat veranderde m’n perspectief totaal. Daarna ging ik heen en weer e-mailen met Ivo.”

Hoe ver van te voren kun je lage mist, smog en vorst nu voorspellen?

Van de Wiel: „Als je bij het invallen van de avond de windsterkte kent, kun je met de nieuwe theorie het optreden van deze verschijnselen voorspellen.”

De weermodellen worden dus beter?

Van Hooijdonk: „Er gaat nog wel wat tijd overheen denk ik, voordat ons werk netjes in de modellen is verwerkt.”

Hoe was Amerika verder?

Van de Wiel: „Het viel me op hoeveel de mensen daar op hun werk sporten. Ik zag een vrouw ’s ochtend om zes uur achter haar kinderbuggy naar het werk rennen. Extreem hè? Dat doet in Nederland bijna niemand. Ja jij, Ivo...”

Van Hooijdonk: „Ik zwem twee keer in de week, in de middagpauze. En nog een keer ’s avonds. Dat valt toch wel mee?”

Hoe gaat het onderzoek nu verder?

Van de Wiel: „Ivo heeft de theorie getest aan de hand van bestaande meetgegevens. Een andere aio, Judith Donda, heeft eerder computersimulaties uitgevoerd. Die laten precies hetzelfde beeld zien. We hebben daarmee echt een doorbraak.

„We weten het nu voor Nederland. Hetzelfde willen we gaan doen voor de rest van de wereld. Ik heb een groot onderzoeksvoorstel ingediend in Brussel. Laatst moest ik er een voordracht geven, voor twintig wetenschappers. Dat was wel ultimate pressure.”

Zijn jullie buiten je werk veel bezig met het weer?

Van de Wiel: „Continu, met omgevingsnatuurkunde. Dat je bijvoorbeeld met je hond aan het wandelen bent, met de zon in de rug, en opeens heeft je schaduw een halo rond je hoofd. Dat soort dingen. Het is een beroepsdeformatie. Ik probeer mijn kinderen er ook mee te infecteren.”

Van Hooijdonk: „Of als een pannetje water staat te koken. Op de bodem vormen zich bubbels. Ze worden groter en op een gegeven moment zie je dat ze loslaten en stijgen. Dat vind ik wel mooi.”