Geluid stuurt verfrissende bries uit zee

De zomerse zeebries biedt meteorologen nog vele hoofdbrekens. Gevestigde verklaringen snijden weinig hout, zo blijkt na metingen. Computersimulaties geven aan waar de weerman op moet letten: op geluid....

Martijn van Calmthout

W AAROM zitten op hete zomerse dagen de wegen naar het strand hopeloos verstopt en puilen de treinen naar Zandvoort en Hoek van Holland uit? Omdat, zou KNMI-meteoroloog drs. Sander Tijm schertsend kunnen volhouden, op de overgang tussen land en water geluidsgolven oorzaak zijn van een drukverschil dat leidt tot lage luchtverplaatsingen van zee naar land.

'Kortom, het verfrissende briesje van zee', zegt Tijm, die maandag in Utrecht promoveert op een analyse van het verschijnsel zeewind. 'Vergeet overigens niet dat zeewind in de lente het strand juist kil en soms mistig maakt. Bepaald onaangenaam.'

In zijn proefschrift legt Tijm niet alleen voor het eerst uitputtend uit hoe zeewind werkt; en passant ontwierp hij ook nog een nieuwe zeewindindex voor in de weerkamer in De Bilt. 'Zodat we met meer zekerheid kunnen aangeven of er in de loop van de dag wind van zee zal optreden of niet.'

Zeewind is een relatief veel bestudeerd onderwerp in de meteorologie, zegt Tijm. Het is een wind van maximaal kracht vijf die optreedt tot een hoogte van driehonderd meter tot een kilometer. Op vijftig tot tweehonderd meter waait hij het hardst. De invloed ervan is op windstille zomerdagen aan het eind van de dag merkbaar tot op de Veluwe.

'Maar gebrek aan windgegevens tot op redelijke hoogte maakte het altijd moeilijk theoretische inzichten te toetsen. Daardoor vertoonde de gedachtenvorming lacunes en tegenspraken.'

Waarom gaat het in de loop van de dag vaak vanuit zee waaien? De zon, lijkt een steekhoudende redenering, verwarmt de lucht boven land wel en boven zee nauwelijks. Hete lucht zet naar boven uit, waardoor boven land een hogedrukgebied ontstaat. Er ontstaat op grote hoogte een aflandige wind van hoge naar lage druk, die helemaal beneden een circulatie van zee naar land in gang zet. 'In wezen ontstaat zo dus eerst de compenserende hoge terugstroming en dan pas de eigenlijke zeewind', aldus de promovendus.

Simpel. Maar fout. Uit Tijms analyses van tientallen echte zeewindsituaties van de afgelopen jaren blijkt dat de drukveranderingen en hun bewegingen landinwaarts die bij dit scenario horen, in de praktijk domweg niet optreden. En ook de drukveranderingen voor een alternatief proces, waarin de verwarmde landlucht vooral zijwaarts uitzet, kloppen niet met de praktijk. Tijm: 'Zelfs een mengvorm van beide voldoet niet. Er is werkelijk iets anders gaande.'

Om uit te vinden wát, greep Tijm naar de computer. Hij maakte een model van de eerste twee kilometer van de atmosfeer boven een overgang van water naar land.

Het verhaal begint weer met opwarming. De druk in de opgewarmde kolom loopt daardoor op, zodat erop elk niveau drukverschillen - gradiënten - met de omgeving ontstaan. Langs die gradiënten gaat lucht van hoge naar lage druk stromen.

Die situatie, benadrukt Tijm het verschil met de oudere modellen en theorieën, is echter niet statisch, alles beïnvloedt alles. 'Door de versnellingen en bewegingen verschuiven ook de drukgradiënten weer.' En die verschuivingen gaan relatief snel, doorgaans met de geluidssnelheid in lucht. Geluid berust immers ook op bewegende drukverschillen.

Geluidsgolven naar boven verdelen de lucht anders over de verwarmde luchtkolom, waardoor de luchtdruk aan de grond niet verandert, maar vanaf ongeveer zeshonderd meter hoogte oploopt. Zijwaartse geluidsgolven duwen tegelijkerijd over de hele hoogte lucht van de kolom boven land naar de kolom boven zee, zodat op zee de druk op alle hoogten toeneemt. Lucht begint daardoor van zee weg te stromen naar de enige plaats met een drukdaling: laag landinwaarts.

Op grote hoogte, ver boven de opgewarmde laag, treedt uiteindelijk een compenserende stroming zeewaarts op. Precies het omgekeerde van de gang van zaken in het naïeve scenario.

'Het blijft een heel gedoe om het in woorden te vatten', geeft Tijm toe. 'Maar essentieel is dat in ons model geluidsgolven de drukveranderingen veroorzaken. Die zijn relatief snel, sneller in elk geval dan de oude mechanismen waarin zwaartekracht de hoofdrol speelt.'

En dat werkt. Tijm verifieerde zijn model onder meer aan de hand van wind- en drukgegevens van weerstations en van de zogeheten windprofiler van het KNMI op het meetveld in Cabauw, een apparaat dat op afstand windsnelheid en richting in de lucht kan meten. Zowel windprofielen als de manier waarop het zeewindfront zich landinwaarts verplaatst tot soms voorbij De Bilt in de vooravond, het is allemaal te verklaren.

En de praktijk? Of zijn collega's - zelf werkt hij sinds een half jaar bij het KNMI als onderzoeker - in de weerkamer in De Bilt er met hun voorspellingen voor zeewind vaak naast zitten, heeft Tijm nooit bekeken. Maar dat zij hun gereedschap kunnen aanscherpen, weet hij zeker.

Nu wordt bij het voorspellen van het strandweer gebruik gemaakt van de zogeheten windindex, die samenhangt met de sterkte van de aflandige wind en het temperatuurverschil boven zee en land. Daarin, aldus Tijms proefschrift, is te veel invloed weggelegd voor de temperatuur boven zee. De weermannen hebben aan de drukverdeling boven land genoeg, schat hij.

Tijm: 'Ik verwacht dat dit op den duur gangbare praktijk gaat worden. Maar zoiets moet bij het begin beginnen. Met een publicatie in een wetenschappelijk tijdschrift.'

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2023 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden