Onweer

Onwe(d)er is het verschijnsel van een of meer elektrische ontladingen in de atmosfeer. Onweer is waarneembaar als een lichtflits, de bliksem direct of later gevolgd door een scherp of dof rommelend geluid, de donder. Tijdens onweer treedt een vonkoverslag op in de atmosfeer, die gepaard gaat met veel lawaai.

Een naderend onweersfront.

Algemeen

In de aardatmosfeer heerst altijd een relatief zwak elektrisch veld. Door wrijvings- of tribo-elektriciteit tussen luchtmassa's kan in een onweerswolk een sterk elektrisch veld ontstaan. Dat een dergelijk veld in staat zou zijn om een doorslag van de lucht tussen de wolk en de aarde te veroorzaken is een veel beschreven doch volledig onjuiste opvatting. Doorslag in de lucht treedt op bij een veldsterkte van 3 000 000 V/m. De 3 000 000 000 volt die nodig zijn voor de doorslag van een wolk op 1 kilometer hoogte, is een waarde die niet in de aardatmosfeer kan voorkomen. Bijvoorbeeld: de hoogste spanningen die tot op heden verkregen zijn met behulp van een van de Graaffgenerator is 25 500 000 volt en dat kan alleen in een tank gevuld met zwavelhexafluoride (SF6) onder hoge druk teneinde vonkvorming te voorkomen.

Onweersbuien ontstaan in een instabiele atmosfeer, waarin warme en koude, droge en vochtige lucht met elkaar in aanraking komen. Dit manifesteert zich als opborrelende stapelwolken, waarin de lucht door de koude bovenlucht nog sneller stijgt. Wolkendruppeltjes bevriezen tot ijskristallen en die klonteren weer samen tot hagel en sneeuw, die door de sterke stijgwinden hoger de wolk in worden geblazen. In korte tijd kunnen grote hoeveelheden waterdamp omgezet worden in water en ijs wat onderweg naar beneden grotendeels weer smelt. Elektrostatische elektriciteit is eeuwenlang opgewekt door wrijving, en het mag dan ook geen wonder heten dat wrijving tussen de verschillende luchtmassa's een sterk elektrisch veld oplevert.

Onweer kan in verschillende situaties optreden en men maakt vaak onderscheid tussen "warmte-onweer" en "frontaal-onweer". Het eerste ontstaat boven een sterk verhit aardoppervlak op een warme zomerdag en is vaak een lokaal verschijnsel. Frontaal-onweer komt meestal voor langs een koufront, waarbij koele lucht de vochtige en warme lucht verdrijft en deze buien komen in een groter gebied voor. Ook in winterse buien ,die ontstaan boven het warme zeewater, komt wel eens een onweersklap voor. Dan zijn de luchtlagen op grote hoogte erg koud (ca -35°C op 5 km hoogte).

Onweer komt vrijwel overal ter wereld voor waar vegetatie is. Dit betekent praktisch overal, behalve in de poolstreken en in woestijngebieden. Toch komt onweer ook boven zee voor. Dit is het gevolg van onweerswolken die hun origine boven land hebben en zich door luchtstromen boven zee uitbreiden. 'Boven' de poolcirkels (rond 65 gr. Noorder- en Zuiderbreedte) komt onweer vrij zelden voor. Het frequentst is het onweer dat in de tropen voorkomt. In Centraal-Afrika, met zijn zeer actieve vegetatie, komt onweer op meer dan 200 dagen per jaar voor, in Oeganda zelfs op 240 dagen. In Nederland onweert het gemiddeld 34 tot 38 dagen per jaar.

De activiteit van de onweersbuien kan van plaats tot plaats sterk uiteenlopen. Op de ene plaats kan een stortbui vallen, terwijl het op enkele kilometers daar vandaan droog blijft. Dit hangt af van de hoeveelheid condensatie of nanokernen die de vochtige lucht zijn binnen gedrongen door de elektrische wind die altijd ontstaat als er hoge spanningen aanwezig zijn. Het was Francis Hauksbee (1666 – 1713), die voor de Royal Society of London demonstraties gaf met het uitblazen van een kaars met behulp van een met coronagasontlading opgewekte elektrische wind. De turbulentie van de elektrische wind maakt dat windstoten en hagel heel lokaal optreden. Met behulp van bepaalde metingen is het tegenwoordig mogelijk, nog voordat enige vorm van bliksem zichtbaar is, aan te geven wat de hevigheid van een komend onweer is.

Angst voor onweer heet brontofobie.

Bron: Angstlijst

Geluid

De knal bij de bliksemflits ontstaat doordat de lucht binnen het pad van de vonk sterk verhit wordt en uitzet. De snelle en plotselinge uitzetting van de lucht veroorzaakt een flinke schokgolf die hoorbaar is als donder.

Uit de tijd die verstrijkt tussen bliksem en donder kan men afleiden of het onweer nabij is. Het geluid legt in drie seconden een afstand van ongeveer één kilometer af. Als de donderklap binnen 10 seconden na de bliksemontlading te horen is dan is de betreffende ontlading op ongeveer 3 kilometer afstand. Daar buien zich over vele vierkante kilometers kunnen uitstrekken, geeft dit geen directe indicatie van de afstand van de bui, daar de ontladingen zich op verschillende plaatsen onder de wolk kunnen voordoen. De afstand waarop men onweer kan waarnemen is vrij groot. De bliksem kan men bij helder weer tot zo'n 150 á 200 km afstand nog zien. Op grote afstanden kan de bliksem op grote hoogte in volle duisternis nog gezien worden. De donder kan - afhankelijk van de weerkundige omstandigheden en andere geluiden - tot op ongeveer 25 km afstand gehoord worden.

Als het onweer erg dichtbij is hoort men alleen een scherpe knal. Als het onweer ver weg is hoort men een gedempt, maar wel langdurig donderen en narommelen. Dit verschil komt door drie effecten:

• De geluidsabsorptie van de atmosfeer en de bodem. Over grote afstanden worden de hogere frequenties van het geluid geabsorbeerd, zodat alleen de lage frequenties overblijven. De scherpe knal bevat ook veel hoge frequenties, die als het onweer verder weg gehoord wordt, zijn geabsorbeerd.
• De nagalm. Ook in de openlucht treden echo's op, waardoor de eenmalige knal verandert in een langdurig donderen.
• Omdat geluid zich relatief langzaam voortplant en het bliksemkanaal soms kilometers lang is, hoort men niet één klap, maar het geluid achterelkaar van steeds verder van het waarnemingspunt weggelegen punten van het kanaal.

Ontstaan

In de meeste buien verzamelt zich een positieve lading in de lucht. De aarde zelf is in het algemeen negatief geladen. Het spanningsverschil tussen beide ladingen kan wel 300 miljoen volt bedragen, hetgeen ontoereikend is voor overslag van een wolk die op meer dan 100 meter boven het aardoppervlakte hangt. Toch ontlaadt de wolk zich vooral daar waar vegetatie aanwezig is. Vegetatie verschilt fundamenteel met een gepunte metalen staaf, ook wel bliksemafleider genoemd. In geval van een bliksemafleider zal op de punt ervan eerst een zogenaamde corona gasontlading, ook wel "Sint Elmus vuur” genoemd, ontstaan die ionen produceert met een lading tegengesteld aan de overhangende wolk. De ionen driften dus in de richting van de wolk, om er uiteindelijk contact mee te maken. Op dat moment is het mogelijk dat foto-ionisatie plaatsvindt, waardoor een sterk geleidend kanaal gevormd wordt tussen de wolk en de bliksemafleider, een vonkoverslag dus, die een deel van de elektrische lading van de wolk naar de aarde afvoert. In geval van vegetatie liggen de zaken geheel anders. Immers, zoals reeds door William Gilbert (1544-1603) in 1600 in zijn boek De Magnete werd beschreven, vertoont een druppel water onder invloed van een elektrisch veld een verhoging van de verdamping, ook wel elektro-evaporatie genoemd. Abbé Nollet, (1700-1770), constateert dat dit ook het geval is met vegetatie. Dus de sterk, bijvoorbeeld positief, geladen wolk trekt een onzichtbare negatief geladen evaporatiewolk uit de onderliggende vegetatie. Een dergelijke wolk wordt ook wel ruimtelading genoemd. Deze ruimtelading zal zich in de richting van de wolk begeven. Dit betekent dat daarna de vegetatie geconfronteerd wordt met een erboven hangende negatieve ruimtelading. Het antwoord daarop is de emissie van een positieve ruimtelading door de vegetatie die langzaam door de bovenliggende negatieve ruimtelading naar boven wordt getrokken. Dit proces gaat door tot de eerste negatieve ruimtelading de geladen wolk dicht genoeg genaderd is om een vonk te laten overslaan. Dit maakt dat de spanning op de wolk één trapje lager in de richting de aarde gekomen is. Na enig aarzelen wordt dan de tweede trap naar beneden genomen, om uiteindelijk contact te maken met de aarde. De naam voor dit fenomeen in de literatuur is “stepped leader”. De stroom op de contactplaats verwarmt aldaar de aarde, waardoor een door foto-ionisatie ondersteunde elektronen-emissie plaatsvindt die de wolk gedeeltelijk ontlaadt, deze wordt “upward streamer” genoemd. Daarna wordt hetzelfde kanaal weer gebruikt om positieve lading van de wolk naar aarde af te voeren. Dit proces heeft in het algemeen meerdere malen plaats, zogenaamde “multiple return strokes”.

Onweer zien aankomen

Zelfs als er nog nauwelijks bewolking is, kunnen we de veranderingen zien aankomen. Als bijvoorbeeld de strepen van vliegtuigen langzaam oplossen of uitdijen of als de lucht vol raakt met windveren gaat het meestal mis. Opbollende stapelwolken luiden in veel gevallen een weersverandering in, zeker als ook de wind aantrekt en ook de hoeveelheid bewolking toeneemt. De typische onweerswolk wordt cumulonimbus genoemd.

Onweerskansen verraden zich soms al een dag tevoren door wolken die het uiterlijk hebben van een langgerekte bank met opbollende torentjes van kastelen. Soms is die bewolking 's ochtends al te zien waarna de lucht weer helemaal opklaart. Vaak is dat dan maar tijdelijk en ontwikkelen zich in de middag of avond stapelwolken die uitgroeien tot onweersbuien. De kans op onweer is dan ook het grootst. In berggebieden vormen de buienwolken zich meestal eerst bij de toppen, terwijl in het dal de zon nog blijft schijnen.

Zwaar onweer

Zware onweersbuien zijn meestal het gevolg van een toevallige samenloop van omstandigheden, zoals grote temperatuursverschillen, vochtige lucht en een sterke wind op grote hoogte in de atmosfeer. Bovendien hangt de intensiteit van het onweer af van het tijdstip van de dag waarop de buien passeren. In de zomermaanden is de kans op zware buien in de avond en het begin van de nacht in het algemeen het grootst.

Bij (opkomend) zwaar onweer met soms ieder seconde een bliksemflits, kan het heftig tekeer gaan en kunnen plotselinge windvlagen, slagregens en hagel optreden. Zware onweersbuien ontstaan in een vochtig overgangsgebied van zeer warm (tropisch) naar veel kouder weer. Tijdens zo'n bui kan de temperatuur in minder dan een half uur 10 tot 15°C dalen. De buien worden het hevigst als er op grote hoogte in de atmosfeer een zeer sterke wind staat (straalstroom).

De buienwolken kunnen uitgroeien tot ongeveer 15 kilometer hoogte en bevatten een enorme hoeveelheid onderkoeld water en op grote hoogte ijskristallen, waardoor ze veel neerslag kunnen opleveren als de elektrische wind die de corona activiteit van de bomen begeleid genoeg condensatie of nano kernen in de wolk kan brengen. Via adiabatische expansie en als de kernen negatief geladen zijn is druppelvorming gegarandeerd. Sommige buien leveren meer dan tien millimeter in een half uur op. In zo'n wolkencomplex met sterk stijgende en dalende luchtstromingen hebben de druppels een lange weg te gaan voor ze het aardoppervlak bereiken. Daardoor kunnen ze almaar groter worden en dat verklaart de flinke druppels of hagelstenen die uit een zware bui vallen. Zware onweersbuien kunnen hagelstenen zo groot als tennisballen produceren. Het is duidelijk dat de aanwezigheid van zwevend fijnstof mede bepalend is voor de water gerelateerde schade van onweersbuien.

Buien groeperen zich vaak langs lijnen, die worden voorafgegaan door windstoten. Het gevaarlijke weer is in de lucht te herkennen aan buidelvormige wolken aan de rand van het buiengebied. De wind kan al opsteken als de eigenlijke bui nog tientallen kilometers verwijderd is, wat zeer verraderlijk is.

Bijzonder zware buien worden soms voorafgegaan door een rolwolk, een indrukwekkende, scherp begrensde wolkenbank, die inktzwart kan zijn. Ook overdag kan het dan aardedonker worden. Een rolwolk wordt vergezeld door enorme en plotselinge windstoten, ten gevolge van de elektrische wind, van soms 100 tot 150 kilometer per uur. Het roterende karakter van de elektrische wind maakt het de oorzaak van windhozen, maar vaak blijft het bij een begin van hoosvorming in de lucht. Reikt de slurf wel tot de grond, dan is schade onvermijdelijk.

Schuilen voor onweer

Schuilen voor onweer doet men het best binnenshuis met gesloten ramen en deuren. Het menselijk lichaam is een prima geleider voor elektrische stroom aangezien het voor een groot deel uit water bestaat. Indien men zich in open veld bevindt is het verstandig om gehurkt op de tenen te gaan zitten met de benen strak tegen elkaar aan en het hoofd zo laag mogelijk te houden. Als de mogelijkheid er is, is het verstandig deze houding aan te nemen op een voor elektriciteit slecht geleidend oppervlak. In geval van berg beklimmen kan een rol touw hiervoor uitstekend gebruikt worden. Ogen en oren dienen zoveel mogelijk beschermd te worden door bijvoorbeeld een jas of de handen. Schuilen onder een boom kan levensgevaarlijk zijn aangezien de bliksem daar vaak op inslaat. Vroeger dacht men dat schuilen onder een beuk een beschermende werking had en dat het schuilen onder een eik gevaarlijk was, hetgeen niet onmogelijk is gezien het feit dat de elektrische geleiding van beuken veel minder is dan die van eiken, waardoor de elektro evaporatie sterk terug loopt.

Er bestaat een oud Duits spreekwoord: 'Von den Eichen soll man weichen, nur die Buchen soll man suchen' , wat zou betekenen dat het schuilen onder een beuk veiliger is. Nu is het nooit verstandig om tijdens onweer onder een boom te schuilen.

Een misvatting is ook dat de bliksem altijd op het hoogste punt inslaat. Dit is wel meestal het geval, maar zeker niet altijd. Mensen die door de bliksem getroffen worden komen er soms goed vanaf (een verschroeide teen) of minder goed: doofheid/blindheid doordat de bliksem via de oren of ogen naar binnen is geslagen, of nog erger: de dood.

Binnenblijven of snel onderdak zoeken is over het algemeen het veiligst.

Record

Bogor (Indonesië) is de stad die het vaakst werd getroffen door onweersbuien. In 1916 waren er op 322 dagen van het jaar onweersbuien. In Nederland registreerde het KNMI op 17 juli 2004 ongeveer 80.000 ontladingen. In de nacht van 25 op 26 mei 2009 werden er 75.000 ontladingen gemeten. Toen kwamen bij het KNMI ook veel meldingen van hagel binnen, met name uit de omgeving Woensdrecht. De meeste neerslag viel in een strook van Zeeland naar de Noordoostpolder, waar op een aantal plaatsen 40 tot ruim 50 millimeter neerslag viel.

Onweerjagers

Er zijn ook mensen die voor de kick achter onweersbuien aanrijden. Zij worden onweerjagers of stormchasers (veelal in de Verenigde Staten) genoemd. Ze hebben meestal honderden kilometers over voor de zwaarste bui in een lijn of voor onweer ver weg van hun woonplaats.

Zie ook

Naast de bijbehorende termen 'onweersbui, onweerslucht, onweersvlaag en onweerswolk' , betaat ook :

• Onweersvliegje (onweersbeestje, donderbeestje), benaming voor verschillende blaaspotigen (ook : graanblaaspoot).
• Stormvogeltje, stormzwaluw (Hydrobates pelagicus).

Referenties

• De tekst op deze pagina, een eerdere versie daarvan of een deel van de tekst is afkomstig van de website van het KNMI.

  Vrije mediabestanden over Thunderstorms op Wikimedia Commons