Twee koufronten

Twee soorten koufronten

Al geruime tijd maakt kent men in de synoptische meteorologie twee soorten koufront. Bergeron (1934), die als eerste met een tweedeling
kwam, noemde ze destijds koufront type 1 en type 2. Al vrij snel raakten echter de aanduidingen anafront en katafront ingeburgerd, terwijl
sinds het verschijnen van een artikel van Browning en Monk in 1982 het katafront ook vaak gesplitst front worden genoemd. De karakteristieken
van de beide koufrontvarianten zijn weergegeven in figuur 1 (anafront, type 1), en 2; uit de schematische tekeningen is echter niet direct af te
leiden hoe de beide koufronttypen met de in de dagelijkse weerdienstpraktijk beschikbare gegevens uit elkaar kunnen worden gehouden.
Hieronder bespreken we eerst het zogenoemd conceptueel model van elk van beide koufrontvarianten. Daarna gaan we na waar je bij het
maken van een onderscheid op moeten letten; we maken daarbij dankbaar gebruik van de Satrep handleiding (Winkler en Zwatz-Meise 1997),
maar beperken ons tot parameters en presentaties die al langere tijd algemeen gangbaar zijn.

Gesplitst front

Het gesplitst-frontmodel van Browning en Monk (1982) is eigenlijk een klassiek katakoufront in een modern jasje. Belangrijke begrippen bij het gesplitst-frontmodel zijn de warm conveyor belt, de droge uitstulping en het bovenluchtkoufront. De warm conveyor belt is een stroming van
warme, vochtige lucht, die gewoonlijk vóór koufronten kan worden aangetroffen op een hoogte van 2 à 3 km; het begrip warm conveyor belt
wordt meestal onvertaald gelaten. Soms neemt de conveyor belt de vorm aan van een zogeheten low level jet, met windsnelheden tot 25 of 30 m/s. In figuur 1 (voor het later te bespreken anafront) en in figuur 2 (boven en midden) is de warm conveyor belt gestippeld weergegeven.

Figiuur-1

Figuur-2

Figuur-3

Figuur-4

1: Schematische voorstelling van een anakoufront (Koufront type 1); links: bovenaanzicht; rechts dwarsdoorsnede langs de lijn AB in de
    linkerfiguur. De warm conveyor belt vertoont een achterwaartse helling ten opzichte van het koufront (rearward sloping ascent).
    De stijgsnelheden (5 m/s) in het gebied bij het grondkoufront waar lijnconvectie optreedt zijn veel groter dan de verticale snelheden die
    optreden boven (0,4 m/s) en onder (0.2 m/s) de frontale zone. In de warme lucht van de WCB aan de voorzijde van het koufront bevindt
    zich een windmaximum op geringe hoogte (low-level jet).

2: Schematische voorstelling van een gesplitst-front of katakoufront (koufront type 2) van boven af bezien (a) en in verticale dwarsdoorsnede
    (b en c).De brede gestippelde pijl in (a) en (b) is de zogeheten warm conveyor belt (WCB). De w van de lucht in de WCB is hoog; de lucht
     is warm en vochtig. Ten opzichte van het bewegende systeem loopt de WCB eerst voor het grondkoufront langs op geringe hoogte;
     vervolgens stijgt hij op en draait naar rechts boven het warmtefront. De witte pijlen links in (a) en (b) symboliseren droge lucht met lage w ,
    die afkomstig is van de stratosfeer of de hogere lagen van de troposfeer en over de WCB uitstroomt om zo de zogeheten droge uitstulping
    (dry intrusion) te vormen.

3: Aan de voorzijde van de droge uitstulping bevindt zich het bovenluchtfront (UU in (a), upper cold front in (b) en (c)) met convectieve
    bewolking. In het isentropenpatroon van (c) is de droge uitstulping eveneens goed terug te vinden door de lage w 's. De lucht in het gebied
    tussen de fijne stippellijn gemerkt max. w en de grovere stippellijn met tekst min. w is potentieel onstabiel; de potentiële temperatuur neemt
    daar namelijk af met de hoogte. Tussen grondkoufront en bovenluchtfront bevindt zich de ondiepe vochtige zone, in (b) aangeduid als
    'shallow conveyor belt'.

Droge uitstulping (dry intrusion) wordt gevormd door droge lucht, die vóór het grondkoufront uit op een hoogte van 3 tot 6 km de warme sector binnendringt. De lucht is afkomstig uit de stratosfeer of het bovenste gedeelte van de troposfeer en door daling naar het midden van de troposfeer droog geworden. De droge lucht stroomt in figuur 2 (boven en midden) van links naar rechts en is aangeduid met dikke, open pijlen. In het isentropenpatroon van figuur 2 (onder) is de droge uitstulping eveneens goed terug te vinden door de lage w's. (Isentropen zijn lijnen met
constante potentiële natteboltemperatuur w). De lucht in het gebied tussen de fijne stippellijn (gemerkt max.w) en de grovere stippellijn (met
tekst min. w) in die figuur is potentieel onstabiel; de potentiële temperatuur neemt daar namelijk af met de hoogte.

Aan de voorzijde van de droge uitstulping bevindt zich op een hoogte van 3 tot 6 km een zone met opstijgende, verzadigde lucht: het bovenluchtkoufront. Dit bovenluchtfront (in figuur 2 aangeduid met upper cold front) vertoont meer neerslagactiviteit dan het grondkoufront,
zodat het vaak ten onrechte voor het grondfront wordt gehouden. Soms leidde dit tot 'springerige' frontverplaatsingen, doordat het front nu
eens bij de windsprong op de grondfrontpositie werd gelegd, dan weer op de neerslag ter plaatse van het hoogtefront.

Op een dwarsdoorsnede door een gesplitst front (figuur 2b ) zijn twee markante vochtige gebieden te onderscheiden. Onder de droge uitstulping bevindt zich in het gebied tussen het bovenluchtkoufront en het grondfront de zogeheten ondiepe vochtige zone (shallow moist zone in figuur 2). Daarnaast is er aan de voorzijde van het bovenluchtkoufront een hoger gelegen vochtige zone. Doordat de vochtige laag bij het koufront ondiep
is, blijft de neerslag voor en tijdens de frontpassage beperkt tot motregen of lichte regen; na de frontpassage klaart het snel op.

Het gesplitst-frontmodel voor een koufront wijkt sterk af van wat we op grond van onze door de Noorse School (Bergeron 1934) bepaalde
kennis mogen verwachten:

1: de grootste neerslagintensiteit treedt op tijdens de passage van het voorheen niet bekende bovenlucht koufront, dus niet tijdens de
eigenlijke frontpassage.

2: de droge uitstulping leidt tot droge plekken op plaatsen waar we volgens de Noorse School een frontale zone met veel bewolking en
dus vochtige lucht zouden verwachten.

3: na de frontpassage klaart het snel op en wordt het meteen droog; het koufront is dus niet langer een 'om een verticale as gespiegeld
warmtefront'.

4: het frontvlak wijst de verkeerde kant op, met name in de onderste niveaus van de atmosfeer. Je kunt dit inzien door ervan uit te gaan
dat een frontvlak evenwijdig loopt aan een w -vlak; het front vormt namelijk de scheidingslijn tussen twee verschillendeluchtsoorten,
die elk worden gekarakteriseerd door een bepaalde w waarde. Het frontvlak in figuur 2 volgt dus de isentroop van 10 °C.

Anakoufront

Hierboven zagen we dat een katafront kan worden beschreven met behulp van een zogeheten warm conveyor belt in de rol van bewolking-
en neerslagproducerende luchtstroming. Op vergelijkbare wijze kan een conceptueel model van het klassieke anafront worden opgesteld;
figuur 1 bevat het resultaat. Het linkerdeel van de figuur toont de posities van grondfront en conveyor belt. Wat opvalt is dat de warm conveyor
belt niet uitsluitend aan de warme kant van het koufront te vinden is, zoals bij het gesplitst-frontmodel (vergelijk figuur 2a), maar als het ware
over het front uitstroomt. In de literatuur (bijvoorbeeld Browning 1985) spreekt men bij de anafrontsituatie van een naar achteren hellende
conveyor belt (conveyor belt with rearward sloping ascent); bij het katafront of gesplitstfront helde de conveyor belt naar voren (forward
sloping ascent).

Anafronten zijn gewoonlijk zeer markant en scherp. De warme lucht in de grenslaag vlak voor het koufront wordt gedwongen abrupt twee tot
drie km op te stijgen in een smalle strook (ongeveer 3 km breed) langs het grondfront (figuur 1b); dit geeft aanleiding tot intensieve neerslag.
Het verschijnsel wordt aangeduid met lijnconvectie. De lucht die bij het front tot snelle opstijging wordt gedwongen en vervolgens over het front geleidelijker verder opstijgt, is afkomstig uit de grenslaag voor het grondfront. De bewolking van het koufront markeert als het ware een
uitstulping van de grenslaag (boundary layer extrusion). De lucht achter het front komt uit de stratosfeer of de bovenste niveaus van de
troposfeer; een dergelijke luchtstroming zagen we ook bij het katafront, waar ze aanleiding gaf tot de vorming van de droge uitstulping.
De zone met lijnconvectie is ingebed in een breder gebied met bewolking waaruit regen of motregen valt. Deze bredere zone veroorzaakt
ook na frontpassage nog enige tijd neerslag.

Weer

De conceptuele modellen van anafront en gesplitst front leunen sterk op dwarsdoorsneden, zoals bijvoorbeeld gegeven in figuur 1b en figuur 2b; bovendien zijn de getoonde luchtbewegingen beschreven ten opzichte van een met het koufront meebewegend referentiesysteem. Dergelijke informatie is op dit moment nog niet snel voorhanden, al wordt er wel aan gewerkt om ze in de toekomst op operationele basis beschikbaar te maken. In het nu volgende ligt het accent op de rol van traditionele presentaties van weerparameters bij het vaststellen van het type koufront.
De weerverschijnselen die zich bij een koufrontpassage voordoen, hangen af van het type koufront. De samenhang tussen waargenomen weer
en koufronttype werd reeds in de jaren rond en na de Tweede Wereldoorlog onderzocht door Chromov (1940) en Sansom (1951); hun
bevindingen zijn samengevat in Tabel 1.

anakoufront (type 1)	atakoufront (type 2)
scherpe temperatuurtegenstelling hoge vochtigheid	geringe temperatuursprong:
verandert weinig tijdens frontpassage zware regenval tijdens frontpassage;	vaak scherpe daling van vochtigheid:
zware regenval tijdens frontpassage na frontpassage nog enige tijd lichtere regen	tijdens frontpassage vaak weinig of geen neerslag. Geen neerslag meer na frontpassage.
Scherpe windsprong, gevolgd door afnemen van de wind	geleidelijke windruiming; wind neemt na frontpassage niet of nauwelijks af :
zichtverslechtering na frontpassage	markante verbetering van het zicht na frontpassage :
radiosonde-oplating vanuit koude lucht door frontale zone toont vochtige lucht op alle niveaus	TEMP toont zeer droge lucht op de hogere niveaus.:
Tendens naar scherpere frontale trog	neiging tot zwakke frontale trog :

In de tabel genoemde verschillen in gedrag van de neerslag en van de vochtigheid aan de grond en in de TEMP zijn in overeenstemming met wat
men mag verwachten op grond van de in figuren 1 en 2 getoonde modellen. De zware regenval tijdens een anafrontpassage is gekoppeld aan de zone met lijnconvectie (figuur 1b); zware neerslag doet zich bij een katafrontpassage gewoonlijk niet voor. De neerslag van het bovenlucht
koufront UU of upper cold front in figuur 2) werd in de jaren 40 en 50 vermoedelijk nog niet in verband gebracht met het naderende koufront;
in de beschrijving van de weerverschijnselen die zich voordoen tijdens een katafrontpassage mag die tegenwoordig uiteraard niet meer ontbreken. Ook de neerslag die zich voor het koufront kan ontwikkelen bij een gunstige ligging van de straalstroom en de jet streak, moet vandaag de dag worden genoemd.

In de ondiepe vochtige zone voor het katakoufront (figuur 2) kan zich niet voldoende neerslag vormen om te leiden tot hoge neerslagintensiteiten; als het er regent is de neerslag licht of hooguit matig. De ondiepe vochtige zone eindigt abrupt bij het koufront, waarna drogere lucht
binnenstroomt; de vochtigheid daalt dus sterk, zoals in de tabel is terug te vinden. Na een anafrontpassage regent het nog een tijdje door,
zodat de luchtvochtigheid tijdens de frontpassage geen markante sprong vertoont. De gegevens die de radiosonde-oplatingen opleveren ten
aanzien van het verloop van de vochtigheid met de hoogte, passen eveneens in het beeld dat wordt geschetst in figuur 1b en figuur 2b.

Satellietfoto's

De bewolkingszone van een koufront heeft op een satellietfoto de vorm van een cyclonaal gekromde wolkenband van enkele honderden kilometers breed. Bij een gesplitst front is er sprake van een dubbelstructuur; bij een anafront is dat niet het geval. Overigens is die dubbelstructuur op
opnamen in het zichtbaar licht niet terug te vinden; de bovenkant van de bewolking van de ondiepe vochtige zone vlak voor het grondfront
(vergelijk figuur 1b) weerkaatst het zonlicht kennelijk net zo effectief als de toppen van de hogere bewolking van het bovenluchtkoufront
(figuur 3a). Op opnamen in het infrarood blijkt de temperatuur van de wolkentoppen in de ondiepe vochtige zone hoger dan in de omgeving van
het bovenluchtkoufront, zoals de grijze tinten daar aangeven (figuur 3b). Boven de 'ondiepe vochtige zone' stroomt droge lucht, afkomstig uit de stratosfeer of de hogere niveaus van de troposfeer de 'droge uitstulping' binnen; op int van de ondiepe vochtige zone dan ook zwart (figuur 3c).

Afbeelding-3

Afbeelding-4

1: WV opname gesplitst front, 2 september 1995 1200 UTC (METEOSAT-ZAMG).

2: VIS/IR opname kanaal 2 gesplitst front, 2 september 1995 1228 UTC (NOAA-Dundee University).

Bij een anafront hebben lichte tinten de overhand op de beelden in zowel de VIS- als de IR- en de WV-kanalen. De hier gegeven beschrijving van satellietbeelden heeft betrekking op 'schoolvoorbeelden' van de beide koufrontvarianten; in de praktijk zijn de verschillen tussen de koufronttypen vaak minder duidelijk, bijvoorbeeld door de ontwikkeling van convectieve bewolking boven de ondiepe vochtige zone van een gesplitst front of doordat een anafront overgaat in een katafront. Er zijn duidelijke verschillen tussen de beide koufronttypen voor wat betreft de ligging van het
front (volgens correcte frontenanalyse van de grondkaart of volgens de zogeheten thermische frontparameter (TFP)) ten opzichte van de bewolkingszone op de satellietfoto.

Voor het patroon op diktekaarten 1000-500hPa geldt een vergelijkbare relatie. Bij een anafront bevindt het gebied met de grootste gradiënt zich
in de frontale wolkenband (figuur 4); bij een gesplitst front liggen de diktelijnen net achter het front het dichtst bij elkaar (niet afgebeeld).
Het bovenluchtkoufront bevindt zich in een zone met grote tegenstellingen in de vochtigheid; gewoonlijk zijn er daar geen grote temperatuurgradiënten. Bij een anafront hebben lichte tinten de overhand op de beelden in zowel de VIS- als de IR- en de WV-kanalen.

De hier gegeven beschrijving van satellietbeelden heeft betrekking op 'schoolvoorbeelden' van de beide koufrontvarianten; in de praktijk zijn de verschillen tussen de koufronttypen vaak minder duidelijk, bijvoorbeeld door de ontwikkeling van convectieve bewolking boven de ondiepe
vochtige zone van een gesplitst front of doordat een anafront overgaat in een katafront.

Afbeelding-4

Afbeelding-5

4: Ligging grondfront (of thermische frontparameter (TFP)) ten opzichte van de frontale bewolking van een anafront. Het grondfront ligt aan
de voorzijde van de wolkenband. De zone met grootste diktegradienten bevindt zich in het gebied met frontale bewolking.

5: Gesplitstfrontmodel (bovenaanzicht) met grondfront, bovenluchtkoufront en daar tussenin de ondiepe vochtige zone. Verder zijn straalstroom
en jet streak weergegeven. Aan de linkeruitgang van de jet streak vormt zich mogelijk convectieve bewolking; er is daar een maximum in de
positievevorticiteitsadvectie (PVA). Voor het hoogtefront bevinden zich in de warm conveyor belt maxima van de warmte-advectie (WA).

Er zijn duidelijke verschillen tussen de beide koufronttypen voor wat betreft de ligging van het front (volgens correcte frontenanalyse van de grondkaart of volgens de zogeheten thermische frontparameter (TFP)) ten opzichte van de bewolkingszone op de satellietfoto. Een anafront
ligt aan de voorzijde van de bijbehorende bewolkingszone (figuur 4), een gesplitst front aan de achterzijde (figuur 5); deze achterkant van de bewolking moet dan wel bij voorkeur worden bepaald uit VIS-beelden.

Voor het patroon op diktekaarten 1000-500hPa geldt een vergelijkbare relatie. Bij een anafront bevindt het gebied met de grootste gradiënt
zich in de frontale wolkenband (figuur 4); bij een gesplitst front liggen de diktelijnen net achter het front het dichtst bij elkaar (niet afgebeeld).
Het bovenlucht-koufront bevindt zich in een zone met grote tegenstellingen in de vochtigheid; gewoonlijk zijn er daar geen grote temperatuurgradiënten.

Straalstroom

De manier waarop een koufront zich ontwikkelt, wordt voor een belangrijk deel bepaald door de ligging van de straalstroom. De straalstroom
van een anafront ligt evenwijdig aan het front aan de achterzijde van de frontale wolkenband (niet afgebeeld). Bij een gesplitst front loopt de straalstroom over het front heen en maakt deze daarmee een scherpe hoek (figuur 5 ). Aan de achterzijde van het front ligt de jetstreak; aan de linker uitgang daarvan bevindt zich boven het grondfront en de ondiepe vochtige zone een gebied waar mogelijk convectieve bewolking vormt.

Bronnen: Publicatie van Kees Floor, Verschenen in Meteorologica, december 1997.

Categorieën: Meteorologie I Weer A tot Z