Wolk

Cumuluswolkenboven een landschap inAustralië

Wolken tijdenszonsondergang

Eenwolkis een zichtbare verzameling – al dan nietonderkoelde–waterdruppeltjesofijskristalletjesin deatmosfeerop enige hoogte boven hetaardoppervlak.

Waterwolken ontstaan doordatwaterdampinverzadigdeluchtcondenseertrondcondensatiekernen.Waterdamp kanverrijpentot ijskristalletjes en zo ijswolken vormen. In gemengde wolken komen zowel waterdruppeltjes als ijskristallen voor.

Wolkenvorming

In verzadigdeluchtis derelatieve luchtvochtigheid100%. Dit gebeurt doorverdampingvan oppervlaktewater, menging met verzadigde lucht en afkoeling van onverzadigde lucht of een combinatie daarvan. Aan de grond kan dit leiden totmistvorming– fysisch is mist hetzelfde als een waterwolk. Voor wolkenvorming is vooral afkoeling van belang. Dit treedtadiabatisch– zonder warmte-uitwisseling met de omgeving – op bij luchtstijgingen. Voorbij het condensatieniveau vindt dan condensatie plaats rond condensatiekernen. Zonder dieaerosolenzou condensatie pas bij een grote overschrijding van deverzadigingsdampdrukoptreden. Dezeoververzadigingkan in volkomen schone lucht oplopen tot 300 à 400% voordat condensatie optreedt.

Atmosferische stabiliteit

In een onstabiele atmosfeer loopt de rode droog-adiabatische temperatuurgradiënt van de luchtbel steiler dan de zwartetoestandskrommevan de atmosfeer. De luchtbel blijft stijgen.

Temperatuur-hoogte-diagram:

■Droog-adiabaten

■verzadigd-adiabaten

ZieAtmosferische stabiliteitvoor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Van belang bij wolkenvorming is deatmosferische stabiliteit.De mate van onstabiliteit en de verticale verdeling daarvan bepaalt met de hoeveelheid vocht in de lucht welke types wolken zich vormen. Een onstabiele atmosfeer kan ontstaan door:

• verwarming onderin;
• afkoeling bovenin;
• optilling.

Verwarming onderin

Verwarming onderin kan plaatsvinden dooraardse stralingwaarmee het doorzonnestralingopgewarmde aardoppervlak zijn warmte afgeeft aan de atmosfeer. De dagelijkse gang hiervan bereikt boven land zijn maximum in de namiddag, boven zee is de dagelijkse gang gering.
Ook dooradvectie– de horizontale luchtverplaatsingen waarmeewarmtetransportplaatsvindt – kan de atmosfeer onderin verwarmen.Buienmet somsonweerkunnen hier het gevolg van zijn.

Afkoeling bovenin

Bij afkoeling bovenin kanadvectieoptreden, waarbij juist koude lucht wordt aangevoerd. Dit kan ook gepaard gaan met zware buien.
Vooral gedurende de nacht kan afkoeling ook plaatsvinden door uitstraling van bewolking of een nog niet gecondenseerde vochtige laag. Boven zee is dit verantwoordelijk voor de relatief hoge buiigheid aan het einde van de nacht.

Optilling

Orografische optilling, frontale optilling en convectie.

Altocumulus-undulatus.

Altocumulus lenticularisbij deMikeno.

Stijging of optilling van lucht kan verschillende oorzaken hebben. De geheleluchtmassakan opstijgen, zoals het geval bij:

• convergentie,het samenstromen van lucht zoals bijlagedrukgebiedenenisallobarischeminima;
• bij eenfrontwordtwarme massaof lucht opgetild door koude massa;
• bij orografische wolkenvorming wordt een luchtmassa opgetild door een bergketen.

De wolkensoorten die ontstaan, zijn afhankelijk van destabiliteit van de lucht,maar zijn bij berghellingen en fronten vaak stratiform.

Daarnaast kan er sprake zijn van stijgende lucht doorgolfbewegingen:

• lopende golven kunnen ontstaan als twee luchtmassa's over elkaar heen bewegen. In de golf daalt en stijgt de lucht waardoor wolken zich vormen en weer oplossen. Dit zijnundulatuswolkenalsaltocumulus-undulatusenstratocumulus-undulatus;
• staande golven van het typealtocumulus lenticulariskunnen ontstaan aan de lijzijde van bergruggen.

Een derde vorm is plaatselijk opstijging doorconvectie,het opstijgen van lucht door verwarming van onderin. Dit treedt op ininstabielekoude massa.Dat is lucht waarvan de temperatuur lager ligt dan die van het oppervlak. De lucht wordt dus onderin verwarmd. Hier stijgt niet de gehele luchtmassa, maar slechts luchtbellen met een grootte van enkele tientallen tot honderden meters. Hieruit ontstaan wolken van het typecumulusencumulonimbus.

Verder worden wolken gevormd door vliegtuigen,condenssporenof vliegtuigstrepen.

Adiabatische afkoeling

De afkoeling met toenemende hoogte vindt plaats volgens eenadiabatisch proces;er vindt geen warmte-uitwisseling plaats met de omgeving. Een stijgende luchtbel koelt dus niet af omdat de omgevende lucht kouder wordt, maar omdat op grotere hoogte deluchtdrukafneemt, waardoor deze uitzet. Dezeadiabatische expansiekost arbeid die door de luchtbel geleverd moet worden, wat de temperatuur laat dalen. Deze daalt bij droge lucht met 0,98 °C per 100 meter, de droog-adiabatische temperatuurgradiënt$\gamma _{d}$.

Als derelatieve luchtvochtigheid100% is, is er sprake van een verzadigd-adiabatisch proces. Aangezien lucht bij lagere temperatuur minder waterdamp kan bevatten, treedt er condensatie op. Hierbij komt warmte vrij, waardoor de temperatuur met minder dan 0,98 °C per 100 meter afneemt, de verzadigd-adiabaat$\gamma _{s}$,gemiddeld 0,6 °C per 100 meter.

In detroposfeer– de onderste laag van de atmosfeer waar zich de meeste weersverschijnselen afspelen – neemt detemperatuurgemiddeld 6,5 °C per km af, maar de werkelijketoestandskrommeis afhankelijk van de hoeveelheid vocht in de atmosfeer. Bij een stabiele atmosfeer wordt een luchtbel die stijgt zwaarder dan de omringende lucht en daalt die. Bij een onstabiele atmosfeer stijgt de luchtbel tot die een stabiele laag bereikt. In een onstabiele atmosfeer neemt de temperatuur van de omringende lucht met meer dan 0,98 °C per 100 meter af, terwijl een stijgende droge luchtbel droog-adiabatisch afkoelt met 0,98 °C per 100 meter. De dichtheid van de luchtbel verkleint en wordt lichter dan de omgeving, waardoor deze verder stijgt.

Zo kanstratocumulusontstaan uitcumulusals de atmosfeer aan het einde van de dag stabieler wordt, zodat de wolkentoppen van de cumulus inzakken en de wolkenbasis breder wordt.

Wolkenbasis

Van cumulusbewolking kan de hoogtehvan dewolkenbasisberekend worden aan de hand van de luchttemperatuurtaan de grond en de bijbehorendedauwpuntstemperatuurt_d.In een stijgende luchtbel komen de temperatuur en hetdauwpuntelke 100 meter 1 °C dichter bij elkaar, zodat geldt:

h= (t–t_d) × 125

Dichtheid

De hoeveelheid water verschilt per wolkentype. De vloeibaar-waterinhoud van stratuswolken en mist is zo'n 0,1-0,5 g/m³,terwijl cumulusbewolking rond de 0,5 g/m³bevat met uitschieters daarboven. Cumulonimbus bevat meestal meer dan 0,5 g/m³.

Neerslagvorming

ZieNeerslag (atmosfeer)voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De massa van dewolkenelementenis dusdanig gering dat ze in de wolk zweven. Deze wolkenelementen kunnen uitgroeien totneerslagelementenals regendruppels, hagelkorrels en sneeuwvlokken. Hiervoor zijn twee processen verantwoordelijk, hetcoalescentieprocesen hetWegener-Bergeron-Findeisen-proces.

Coalescentie

Coalescentie speelt zich af in relatief warme wolken waarbij de temperatuur van de wolkentop boven de -10 à -12 °C ligt. Wolkenelementen van verschillende grootte en gewicht en daarmee verschillende valsnelheden, kunnen bij botsing met elkaar samenvloeien. Als de wolk voldoende groot is, kunnen zichregendruppelsvormen die door dewolkenbasisvallen.

Wegener-Bergeron-Findeisen-proces

1. -23 °C en lager: ijskristallen
2. tussen -10 °C en -15 à -23 °C: gemengde zone
3. tussen 0 °C en -10 °C: onderkoelde waterdruppels
4. 0 °C en hoger: gewone waterdruppels

In relatief koude wolken komen onderkoelde waterdruppeltjes en ijskristallen samen voor. Hier speelt zich hetWegener-Bergeron-Findeisen-procesaf. Doordat de lucht rond ijs minder waterdamp kan bevatten dan rond de onderkoelde waterdruppeltjes, zal bij verzadigde lucht de dampverrijpenop de ijskristallen. Hierdoor vermindert de hoeveelheid waterdamp en is er sprake vanonverzadigde damp.De waterdruppeltjes zullen daarop verdampen, waarna het proces zich herhaalt. De aangroeiende ijskristallen kunnen daarna in verschillende vormen als neerslag –regen,sneeuw,hagelofijsregen– naar beneden komen. Als de neerslag in de wolk als sneeuw begint, dan kan dit op weg naar beneden weer smelten om als regen neer te komen. Komt de regen op zijn tocht naar beneden aansluitend nog eens in een koudereluchtsoortterecht, dan kan de regen weerbevriezenofonderkoeldraken en aansluitend alshagel,korrelsneeuwof ijsregen naar beneden komen.

Zo kunnen gigantische, tot 10 km hoge wolken in 20 minuten leegregenen (wolkbreuk).

Stratiforme bewolking

Neerslag kan uit gelaagde of stratiforme en uit convectieve bewolking voortkomen. Opgematigde breedtenvalt het merendeel van de neerslag uitstratiforme bewolking.De verticale luchtstromingen zijn hier beperkt. Als de temperaturen in de bewolking boven het vriespunt blijft, groeien de waterdruppels alleen aan via het coalescentieproces en blijft de neerslag beperkt tot motregen of heel lichte regen, die echter bij dichte bewolking wel uren aan kan houden. Voor intensievere neerslag moet de temperatuur onder de -12 °C komen zodat het Wegener-Bergeron-Findeisen-proces in werking kan treden, wat veelal betekent dat de wolk grotere verticale afmetingen moet hebben.

Convectieve bewolking

Convectieve bewolking –cumulusencumulonimbus– kan een grote verticale ontwikkeling doormaken, soms tot aan detropopauze.De luchtstromingen zijn veelal meer dan 1 m/s en kunnen in zware buien oplopen tot meer dan 25 m/s. De wolkenelementen kunnen daardoor snel aangroeien, zodat er al zo'n 20 tot 30 minuten na het ontstaan van de wolk intensieve neerslag kan vallen. Door de krachtige verticale luchtbewegingen kunnen ijskristallen meerdere malen omhoog worden gevoerd en aangroeien tot grote hagelstenen. Aangezien de convectie sterker wordt in de zomer, zal er dan meer hagel vallen.

In de tropen kunnen zich in deintertropische convergentiezone(ITCZ) inhot towerszelfs dusdanig sterke stijgwinden ontwikkelen dat deze doorschieten in destratosfeer.

Classificatie

	Familie	Poolgebieden	Gematigde breedten	Tropen	Geslacht	Albedo
	Hoge wolken(CH) (Cirro)	3 tot 8 km	5 tot 13 km	6 tot 18 km	cirrus(Ci) cirrocumulus(Cc) cirrostratus(Cs)	0,21		Verticaal ontwikkelde wolken (Cumulo)	cumulonimbus(Cb) cumulus(Cu) Albedo 0,70
	Middelhoge wolken(CM) (Alto)	2 tot 4 km	2 tot 7 km	2 tot 8 km	altocumulus(Ac) altostratus(As) (ook wel tot in de bovenste etage) nimbostratus(Ns) (ook wel in de onderste en bovenste etage)	0,48
	Lage wolken(CL) (Strato)	0 tot 2 km	0 tot 2 km	0 tot 2 km	stratocumulus(Sc) stratus(St)	0,69

De Britse apothekerLuke Howardmaakte in 1802 een wereldwijd geaccepteerde classificatie van wolken. Hij gebruikte hiervoor een systeem dat erg leek op hetclassificatiesysteemvan planten- en dierensoorten datLinnaeusal eerder ontwierp. Hij ontleende de namen voor de verschillende wolken aan hetLatijn.Sinds de eerste ontwikkeling ervan hebben er verschillende wijzigingen plaatsgevonden in het systeem van Howard.

Allereerst wordt onderscheid gemaakt tussen gelaagde ofstratiforme bewolkingen stapelwolken of cumuliforme bewolking, ook wel convectieve bewolking genoemd.

Voorts worden wolken op basis van hoogte ingedeeld infamilies,waarbij drie overlappende etages zijn te onderscheiden:

• hoge wolken,vrijwel helemaal bestaand uit ijskistallen;
• middelhoge wolken,veelal onderkoelde waterdruppels;
• lage wolken,vooral waterdruppels;
• verticaal ontwikkelde wolken,die hun basis hebben in de onderste etage, maar uit kunnen groeien tot in de bovenste etage. Afhankelijk van de hoogte alleen bestaande uit waterdruppels of gemengde wolken.

Hoge bewolking

Cirrusbewolking.

Hoge bewolking (C_H) bestaat meestal volledig uit ijskristallen en er valt geen neerslag uit. Het is dunne doorschijnende bewolking met een vezelachtig uiterlijk, vandaar de naamcirrus,watLatijnis voor "haarlok".Cirrus(Ci) (veegwolk) bestaat uit afzonderlijke wolken, terwijlcirrocumulus(Cc) (ribbelwolk) bestaat uit een bank van wolken. Deze ontstaan vaak spontaan bij onstabiele lucht, maar kunnen voortkomen uit andere hoge bewolking of altocumulus.

Bijcirrostratus(Cs) (melklucht) is de hemel helemaal of grotendeels bedekt en is er de mogelijkheid vanhalo's.Dit kan ontstaan uit het samenvloeien van cirrus en cirrocumulus, maar vaker als gevolg van frontale optilling. Daarmee is het een indicatie van een naderendwarmtefront.Als het front nadert, gaat de cirrostratus over in altostratus om bij het front over te gaan in nimbostratus of stratus.

Middelbare bewolking

Altostratusbewolking.

Middelbare bewolking (C_M) kan bestaan uitaltocumulus(Ac) (schapenwolk) enaltostratus(As) (matglaslucht), hoewel die laatste ook wel tot in de bovenste etage reikt. Altocumulus kan ontstaan uit uitspreidende verticale bewolking of juist door het oplossen van altostratus en nimbostratus. De torentjes vanaltocumulus castellanusontstaan bij grote onstabiliteit en daarmee een aanwijzing voor naderendonweer.Uit altocumulus valt meestal geen neerslag en als dit al het geval is, dan verdampt deze veelal voor het aardoppervlak bereikt is. Dit is te zien alsvalstrepen(virga).

Altostratus kan ontstaan uit cirrostratus bij een naderend koufront waarbij de overgang niet goed is te bepalen. In dat geval zal de bewolking overgaan in nimbostratus. Andersom kan altostratus ook ontstaan uit nimbostratus die uitregent.

Nimbostratus(Ns) (regenlucht) wordt niet altijd tot middelbare bewolking gerekend, aangezien deze zijn basis ook wel in de onderste etage heeft en zich kan ontwikkelen tot ver in de bovenste etage. Nimbostratus gaat altijd gepaard met neerslag. Naast frontale nimbostratus kan deze ook ontstaan uit samenvloeiende stratocumulus of altocumulus, of heel soms uitspreidende cumulonimbus of cumulus.

Lage bewolking

Stratusbewolking.

Lage bewolking (C_L) bestaat uitstratus(St) enstratocumulus(Sc). Stratus is de dominante bewolking op de polen, terwijl stratocumulus op gematigde breedten het meest voorkomende wolkengeslacht is. Stratus ontstaat vaak door afkoeling van de onderste luchtlaag en komt dan meestal voort uitmist,dat ook tot het geslacht stratus wordt gerekend.

Stratocumulus komt vaak voort uit andere bewolking, maar kan ook ontstaan uit onstabiele stijgende lucht onder eeninversielaag.

Verticale bewolking

Cumulus.

Verticale bewolking bestaat uitcumulus(Cu) encumulonimbus(Cb). Aangezien deze ontstaat door convectie wordt wel gesproken over convectieve bewolking. Dit is de dominante bewolking in de ITCZ. Het is bewolking die bestaat uit meerdere afzonderlijke dichte wolken die scherp omrand zijn. Een cumulonimbus is veel groter dan cumulus en kan zich verticaal sterk ontwikkelen tot een stabiele laag wordt bereikt, waar deze zich dan horizontaal kan spreiden als aambeeld. Deze wolk kan gepaard gaan met veel neerslag enonweer.

Wolken boven de troposfeer

Lichtende nachtwolkenboven het Saimaameer in Finland.

Naast de drie wolkenfamilies in detroposfeerkomen er ook wolken voor daarbuiten in hogere lagen van de atmosfeer. Dit zijn:

• parelmoerwolken;
• lichtende nachtwolken.

Onweer

EenshelfcloudbovenEnschede,voorafgaande aan een hevigeonweersbui.

Bijonweerontstaan in een buienwolk ofcumulonimbuszeer hoge elektrische spanningen die resulteren inbliksemontladingen.

Windrichting en wolken

Een blik op de wolkenhemel steil omhoog toont vaak dat wolken in verschillende richtingen bewegen. Soms zijn dat andere richtingen dan de richting van waaruit dewindaan hetaardoppervlakwaait. Wolken worden door de wind voortbewogen, maar aan de grond kan de wind uit een heel andere hoek waaien dan op bepaalde hoogte in detroposfeer.Wolken kunnen op verschillende niveaus voorkomen en kunnen dan ook uiteenlopende kanten op gaan. Wolken op grotere hoogte kunnen zelfs in tegengestelde richting bewegen dan lagere wolken en soms zijn er drie "lagen" zichtbaar.

Het goed waarnemen van wolken is lastig: de professionele waarnemer heeft de instructie om het uiterlijk van de hemel in zijn geheel te observeren (dus ook aan dehorizon) en de ontwikkelingen goed te volgen. Wolken veranderen voortdurend, sommige groeien omhoog, andere kunnen wervelingen vertonen, ineens verdwijnen.

Een onrustige atmosfeer kan vaak worden herkend aan de chaotische wolkenhemel. Met name bijbuienzijn de wolkenflarden door sterketurbulentieflink in beweging. In de buurt van buien kunnen in korte tijd grote verschillen in windrichting tussen nabijgelegen plaatsen optreden die ook in de wolken tot uiting komen. De bovenkant van een grote buienwolk vormt vaak een aambeeld dat op grote hoogte kan verwaaien.

Winden uit verschillende richtingen komen ook voor als een lokaal, kortdurend verschijnsel. Zo kan bijzeewindvlak boven hetstrandde wind van zee komen, terwijl op grotere hoogte rook juist naar zee drijft. Aan de wolken zijn dergelijke verschillen goed af te lezen.

Kleur

Wolken boven India

Zonlichtschijnt door de wolken.

De minuscule druppeltjes en ijskristallen van 0,001 tot 0,1 mm doorsnede zijn door de enorme aantallen toch zichtbaar als hetwitof lichtgrijsvan de wolk. Dit komt doordat de gecondenseerde waterdamp waar een wolk uit bestaat, een groot deel van de zonnestralen die erop schijnenreflecterenenverstrooien.Dit gebeurt over het gehelekleurenspectrumvrijwel even sterk, waardoor de overheersende kleur wit is. De witheid wordt wel uitgedrukt als reflectiecoëfficiëntalbedoen neemt over het algemeen af met de hoogte.

Onder bepaalde omstandigheden kunnen wolken ook andere kleuren aannemen, zo kunnen wolken in de avondzon een felrooduiterlijk krijgen, hetavondrood.Dit komt doordat de zonnestralen dan een langere weg moeten afleggen door de atmosfeer, waarbij vooral het blauw uit het kleurenspectrum verstrooid wordt. Wat overblijft is hoofdzakelijk het rood engeel.De meest ongewone kleur voor een wolk isgroen,omdat daarvoor zowel het rood als het blauw uit het spectrum gefilterd moet zijn. Degroene flitskan plaatsvinden als een grote hoeveelheid water van achteren door rood licht beschenen wordt, bijvoorbeeld bij een laag staande zon. Aangezien water hoofdzakelijk het rood absorbeert en het blauw al verstrooid is in de atmosfeer door de langere weg die het zonlicht heeft afgelegd, blijft groen als restkleur over.

Zie ook

• Helder
• Loodsballon
• Regen
• Sneeuw
• Hagel
• Onweer

Externe links

• Wolkenatlas.nl,Wolkenatlas Nederland.
• Wolkenatlas,wolkenoverzicht met foto's.
• Karlsruher Wolkenatlas

··

Wolken(families-geslachten-soorten-ondersoorten)

Mediabestanden

Mediabestanden die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de paginaCloudopWikimedia Commons.