Meteo-Julianadorp - Bewolkingspatronen achter bergachtige eilanden

Bewolkingspatronen achter bergachtige eilanden

Gelijkmatige luchtstromingen boven oceanen kunnen verstoord worden door bergachtige eilanden, die als obstakels fungeren.
Satellietfoto;'s laten zien dat zich achter zulke obstakels in een aantal gevallen een prachtig patroon met wervels vormt. Daarnaast geven dezelfde eilanden soms aanleiding tot boeggolvige opklaringsgebieden, terwijl nu en dan een of twee wolkenpluimen zichtbaar zijn.
De wervelpatronen werden voor het eerst gezien met behulp van de Amerikaanse weersatelliet TIROS V in 1962. Voor die tijd was het verschijnsel niet waarneembaar. De bewolkingspatronen zijn te kleinschalig om ze te kunnen terugvinden op een weerkaart, temeer daar
de waarnemingsgegevens in de gebieden waar het wervelpatroon voorkomt, erg schaars zijn. De wervels zijn echter weer te groot om door warnemers vanaf schepen of vanuit vliegtuigen als zodanig herkend te worden. De beelden die verzonden worden door de zogeheten polaire satellieten tonen het verschijnsel regelmatig, vooral achter Jan Mayen in de Groenlandzee tussen Groenland en Lapland/Spitsbergen en achter Madeira en de Canarische Eilanden voor de kust van Marokko.

Boeggolven, opklaringsgebieden en Von Karman-wervels achter Madeira en de Canarische Eilanden, 28 mei 2001.

Wervelweg van Von Kármàn achter Guadalupe, 20 augustus 1999, Seawifs

Wervelweg van Von Kármàn
Het verschijnsel dat er zich wervelpatronen vormen in een gelijkmatige stroming achter een obstakel, is bekend uit de stromingsleer.
De wervels ontstaan afwisselend aan de linkerzijde en aan de rechterzijde van het obstakel, laten los en worden vervangen door een nieuw gevormde wervel. Zo vormt zich een patroon dat bestaat uit twee bijna evenwijdige rijen wervels; de afstand tussen de hartlijnen van de wervelrijen is gelijk aan de diameter van het obstakel. In beide rijen volgen de wervels elkaar zo snel op, dat de onderlinge afstanden ongeveer gelijk zijn. Wervels van één rij hebben dezelfde draairichting; deze draairichting is tegengesteld aan die van een wervel uit de andere rij.

Wervelweg van Von Kármàn achter Jan Mayen. NOAA/FU Berlin

Een dergelijk stromingspatroon staat bekend als "wervelweg van Von Kármàn". Théodore von Kármàn was een natuurkundige van Hongaarse afkomst, die in 1911 voor het eerst een wiskundige beschrijving gaf van het verschijnsel. De wervels van Von Kármàn vormden de verklaring van zwieptonen van de wind die tegen takken of touwen blaast; ze veroorzaken ook het lawaai van de imperiaal op de rijdende auto en ze maken het zo moeilijk om een roeispaan strak door het water te trekken. Vóór Von Kármàn hadden anderen zich al met de naar hem genoemde wervels bezig gehouden. Reeds in de tiende eeuw bouwde aartsbisschop Dunstam van Canterbury (die volgens de overlevering meer tijd stak in het beoefenen van muziek en natuurwetenschap dan in het houden van preken) een windharp of Eolusharp. De snaren van deze harp werden door de wind bespeeld onder de vorming van Von Kármànwervels. De aartsbisschop laadde hiermee echter de verdenking van tovenarij op zich en hij moest asiel zoeken in België. In de tijd van de romantiek raakte het instrument weer in zwang en ook in ons land stonden in de vorige eeuw bij een aantal buitenverblijven windharpen opgesteld.

Von Karmanwervels achter de Canarische Eilanden,
METEOSAT, 4 april 2001

IJsland, 28 februari 1989, met opklaringsgebied en
wolkenstraat van Von Kármàn.

Een andere voorganger van Von Kármàn was Leonardo da Vinci, die het verschijnsel noemt in zijn verhandeling 'Del moto e misura dell asqua'. In de huidige tijd staat het verschijnsel in de belangstelling en verband met trillingen die onverwacht bleken op te treden bij hoogspanningskabels, fabrieksschoorstenen, scheepsschroeven, periscopen van onderzeeboten en raketten die klaar stonden voor lancering.

Ook het instorten van de Tacoma Narrows brug in het najaar van 1940, bekend door de filmopnamen die ervan werden gemaakt, wordt aan Von Kármànwervels toegeschreven.

Een wervelpatroon zoals getoond op verscheidene afbeeldingen ontstaat in het laboratorium alleen bij bepaalde aanstroomsnelheden uit om en om loslatende wervels.Bij lagere aanstroomsnelheden laten de wervels niet meer los; wel kan dan weer een vergelijkbaar wervelpatroon ontstaan in de onstabiele stroming achter het obstakel.

Von Kármànwervels op satellietbeelden
Ook in de meteorologie komen we de wervelweg van Von Kármàn weer tegen. Het patroon vormt zich soms aan de lijzijde van bergachtige eilanden in gelaagde bewolking (stratocumulus) aan de oostzijde van subtropische hogedrukgebieden. Daarnaast treffen we het aan in wolkenstratenpatronen op hogere breedten, zoals achter Jan Mayen. In enkele gevallen is hooggebergte nabij de kust voldoende om een wervelpatroon te veroorzaken (zie figuur hiernaast).Voorwaarde voor het ontstaan van een wervelweg van Von Kármàn is de aanwezigheid van een sterke inversie. Het eiland dat de wervels veroorzaakt moet hoog genoeg zijn om door de inversie heen te prikken; vandaar dat de tabel vrijwel uitsluitend eilanden bevat met een hoogt van 1500 m of meer. Verder moet er een gelijkmatige luchtstroming in de luchtlaag onder de inversie voorkomen met windsnelheden tussen 5 en 15 m/s. Bij lagere snelheden vormen de wervels zich niet altijd, bij hogere snelheden kunnen gevormde wervels zich niet handhaven.

Als de wervels eenmaal gevormd zijn, bewegen ze met de luchtstroming mee. Ze verdwijnen weer als ze in een gebied terecht komen waar de luchtstroming of de temperatuuropbouw van de atmosfeer te sterk afwijkt van de toestand in de omgeving van het eiland waar ze gevormd werden. Verder kunnen ze ook verdwijnen door verweven te raken met een andere wervel; doordat naburige wervels (in verschillende rijen) tegengestelde draairichting hebben, doven ze elkaar als het ware uit.

Andere eilandeffecten.
Naast een wervelweg van Von Kármàn kunnen ook andere effecten veroorzaakt worden door bergachtige eilanden die zich als een obstakel in een luchtstroming bevinden. Zo ontspringen er geregeld opklaringsgebieden achter de eilanden; de wolken verdwijnen op het moment dat ze de eilanden bereiken. Het geheel doet vaak denken aan de boeggolf van een schip.
Verder dienen de wolkenpluimen genoemd te worden, die zich soms vormen achter eilanden ten gevolge van verticale turbulente bewegingen. Meestal gaat het om één wolkenpluim, maar in bijzondere gevallen (bij afname van de windsnelheid met de hoogte) kunnen er twee wolkenpluimen ontstaan, stroomafwaarts links en rechts van het eiland

Uitbarsting van de Etna op Sicilië, vastgelegd op 28 oktober 2002 door de Amerikaanse satelliet Aqua.
Naast een as- en rookpluim is tevens een enkelvoudige wolkenpluim te zien achter het eiland Pantelleria.

Kees Floor, Zenit, februari 1983, en Nautisch Technisch Tijdschrift/De Zee, juli/augustus 1983.

Index
artikelen