QLCS Mesovortex-event 27 juli 2013

Als addendum op het artikel over Bow-Echo's & Mesovortices volgt in deze bespreking een hands-on voorbeeld van zo een mogelijke event boven de Benelux, meerbepaald over België.

Op 27 juli 2013 zijn er 2 onweerscomplexen over de Benelux getrokken met een hoge bliksemintensiteit en veel neerslag op korte tijd waarbij het tweede MCS over een relatief breed traject windschade heeft veroorzaakt. Aan de rand van het QLCS gustfront van het tweede systeem, dewelke u zodra zult opmerken, hebben wij deze dag een enorm smalle strook gedocumenteerd waarbij de schade veel sterker en gefocust was.

In dit artikel behandelen we dat tweede complex en bespreken we de QLCS-eigenschappen gebruik makend van de radarbeelden beschikbaar gesteld door Meteox en Belgontrol en linken we deze aan de GFS reanalysis data dewelke ons werd geleverd door NCEP/NOAA (National Center for Environmental Prediction/National Oceanographic & Atmospheric Administration).

We beginnen met een synoptische situatie.

We zien boven West-Europa een klassieke noodweer-setup waarbij de features van de "Spaanse Pluim" zich onmiskenbaar aanmelden. We zien een diepe trog met een grote amplitude ten westen van Europa waarbij de 250mb Jet zich langs de trogbasis richting het noorden krult en zo langs de Benelux trekt. 

Ook zien we de golvende natuur van de 500mb geopotentiële hoogte-contouren waardoor verscheidene shortwave-impulsen te zien zijn.

We volgen de top-down methode, dus gaan we lager in de atmosfeer kijken richting de mid-levels waar de Spaanse-pluim features zich verder manifesteren waarbij de warme luchtmassa, te zien in het 700mb Theta-E veld, zich duidelijk via Spanje richting het noorden heeft verplaatst.

Steeds dieper kijkend richting het oppervlak zien we aan de hand van het gradiënt in de relatieve vochtigheidsgraad op 2m eigenschappen van een dryline dewelke als focus dient voor de convectie die zich op bovenstaande afbeelding manifesteert langs het sterkste theta-E gradiënt.

De 10m windvectoren tonen ook passend aan dat deze droge en vochtige lucht naar elkaar toe worden gedrukt met frontogenesis als resultaat, waarlangs de convectie werd getriggerd. Ook tonen de 10m windvectoren een surface-low boven het noorden van Frankrijk dewelke richting het NO trekt en daarmee ook deze boundaries met zich mee sleurt.

Terwijl de forcing verantwoordelijk voor de convectie gestaag richting de Benelux advecteert heeft er zich gedurende de dag een sterk onstabiele luchtmassa opgebouwd, waarbij waarden van 2500 tot 3000 J/kg te vinden zijn langs de Belgisch-Franse grens.

Alles lijkt in plaats te zijn om een gestuctureerde onweersituatie te ondersteunen, getuige de convectie die reeds vroeg op de dag is ontstaan in het westen tot noordwesten van Frankrijk. Het was enkel een kwestie van tijd vooraleer de Benelux terug aan de beurt kwam.

We zien de 950-500mb shearvectoren nagenoeg parallel met het CAPE-gradiënt lopen dus weten we dat de convectie zich naar alle waarschijnlijkheid zou ontplooien met een lineair karakter.

De sounding in de volgende afbeelding toont het sterk-veerende windprofiel met sterke windschering zich in de onderste helft van de troposfeer bevindt, ruwweg tussen het oppervlak en 6km hoog en spreekt over de regio nèt iets voor de boundary (dryline-achtige feature) die we bekeken hebben.

Zulk profiel ondersteunt zonder meer supercels aangezien de windschering en de CAPE meer dan voldoende zijn. En zo was het ook in de realiteit want dat precieze tijdstip zaten wij achter een supercel aan die zichzelf richting de Benelux advecteerde en liep iets voor het QLCS uit.

De volgende afbeelding illustreert dit passend, waarbij de lange inflowtail parallel met de baan hangt en richting de enorme corkscrew updraft trekt.

Deze cel hebben wij dan met onze groep gevolgd tot in België waar ze net voor de Belgisch-Franse grens in de lijn werd geïntegreerd en haar supercel-eigenschappen aan een snel tempo kon verliezen.

Maar dat wil niet zeggen dat alle gevaar daardoor is geweken...

We hebben in het artikel "Bow-Echo's & Mesovortices" het systeem uitgelegd hoe een QLCS of Quasi Linear Convective System de sterkste schade verwezenlijkt a.d.h.v. onderzoeken door oa. Atkins in 2005, Atkins & S.T. Laurent in 2009 die voorgaat op onderzoeken door niemand minder dan Fujita en Trapp & Weisman,...

Via conceptionele modellen hebben wij aangetoond dat er naast elke uitstulping langs het QLCS gustfront mesovortices ontstaan die de schade kunnen lokaliseren en/of de parent-cel zijn van een QLCS tornado die zich aan de voorzijde van een QLCS gustfront manifesteert.

Nu zullen wij de laatste theorieën van Atkins 2005 & Atkins-S.T. Laurent 2009 aan de praktijk toepassen en bekijken wij de radarbeelden boven België éénmaal de supercel al enige tijd is geïntegreerd, haar eigenschappen (vermoedelijk) heeft verloren en nu onderdeel van het QLCS is geworden.

Bovenstaand radarbeeld toont ons de golvende natuur van het QLCS en illustreert de sterke buiging van de buienlijn, gemoduleerd door de intense RIJ (Rear inflow jet). Deze RIJ intrusie ligt aan de basis van de uitstulping die aan de voorkant van de reflectiviteit te zien is, en genereert een sterke inflownotch. De creatie van een mesovortex hoort dus zeker tot de mogelijkheden... Sterker zelfs: we kunnen zeggen dat de creatie van een mesovortex een waarschijnlijkheid is.

Het onderzoek van Atkins & S.T. Laurent leert ons dat er langs de sterkste RIJ intrusie en de sterkste uitstulping mesovortices worden gecreëerd die zich aan de rand van het gustfront manifesteren.

De onderstaande afbeelding illustreert dit gegeven waarbij we iets later in het CAPPI beeld duidelijk een dipool zien ter hoogte van 0,5km. Ook zien we dat deze couplet zich langs de rand van de RIJ geïnduceerde downburst bevindt, waardoor de waarschijnlijkheid van een mesovortex omhoog wordt gekrikt.

Als we de Azimuth tot aan de rood-blauwe dipool trekken kunnen we duidelijk de inbound & de outbound-wind van elkaar scheiden waardoor de natuur van de dipool duidelijk wordt. De oriëntatie van de dipool staat duidelijk loodrecht op de azimuth-angle dus weten we dat dit geen lokale downburst is maar overduidelijk rotatie is waarbij de rechterkant sterke inbound wind voorstelt (richting de radar) en de linkerkant overduidelijk outbounds (weg van de radar).

De locatie van de dipool t.o.v. het gustfront dewelke zich toont door de band met inbounds die naar het blauw aanleunen (hogere inboundsnelheden) lijken een voorbeeld te zijn van een cyclonale mesovortex  die langs de rand van het QLCS gustfront gegenereerd werd.

Ook zien we dat de rotatie veel minder sterk is op 1km hoogte wat de onderstaande afbeelding mooi aantoont. Het betreft hetzelfde CAPPI product: de radiale snelheid, maar dan vastgepind op 1km hoog.

We zien een duidelijke vermindering in de dipool structuur. In die mate dat we moeilijker van een dipool kunnen spreken wat de veronderstelling opwekt dat de rotatie enkel in de lage niveaus terug kan gevonden worden.

Dit is terug een feature die door het Atkins onderzoek werd naar voor gebracht. Een sterke vermindering in rotatiesnelheid hoe hoger in de atmosfeer. 

Als we de rotatiesnelheden vergelijken met de tornadische vortices die in het Atkins onderzoek werden vastgesteld kunnen we concluderen dat de snelheden van 11 tot 12 m/s ruimschoots werden behaald. De dipool toont ons overduidelijk inbounds tot 30 m/s met outbounds die 20 tot 25 m/s halen.

De couplet met de inbounds en outbounds zijn zo sterk dat de gedachte van een tornado-event niet ver uit te zoeken is. Zeker als we de schade bekijken.

Toen het Gustfront ons begon te naderen hebben wij vlug dekking gezocht want met de neerslagintensiteit, de hevige wind en de rondvliegende takken mochten we gewoon niet meer verder gaan. Het werd ronduit te gevaarlijk.

Na afloop vonden we onderweg naar de autosnelweg gestaag meer en meer sporen van schade terug, waaronder het gros afgeknapte takken & stukken van bomen.

Eénmaal op de autosnelweg werd het duidelijk dat de omvang van het schadegebied relatief groot was. Over het volledig traject van de autosnelweg vonden we takken met verscheidene diameter gaande van een centimeter tot veel dikkere exemplaren en belandden in beide rijrichtingen op de rijbanen.

Eén plek daarentegen trok unaniem onze aandacht en situeert zich rond een brug. Langs de volledige rechterflank van de autosnelweg stond een rij bomen waarvan takken en blaren op de autosnelweg zijn beland maar 1 héél smalle strook van die bomen had veel sterkere schade waarbij de vraag omhoog kwam gedreven of hier niets meer aan de hand was.

Terwijl de algemene schade uit afgeknapte takken bestond zien we in bovenstaande afbeelding dat over een heel smal spoor de schade veel sterker was en dat enkel deze bomen volledig afgeknapt/gestript waren... wat impliceert dat er plaatselijk veel sterkere windsnelheden waren. Ook vonden we iets schuin aan de overkant van de autosnelweg hetzelfde fenomeen terug.

De schaal waarop deze sterkere windschade zich manifesteerde was zo smal dat (met het onderzoek van Atkins 2005 & 2009 in het achterhoofd) het idee naar boven kwam dat dit mogelijks een QLCS mesovortex event was en dit mogelijks tornadoschade is dewelke met de eventuele mesovortex gepaard ging.

Dus vonden wij het nodig deze foto's te nemen om achteraf een onderzoek te doen naar de mogelijke oorzaak van de schade en de manifestatie van dit smal schadespoor.

Daarbij hebben wij de nodige instanties gecontacteerd met de vraag of het mogelijk was ons enige radarinformatie te voorzien om deze event te documenteren en na te gaan of hier daadwerkelijk een mesovortex, zoniet een tornado is gepasseerd.

We hebben getracht om ten zuiden van de autosnelweg te gaan onderzoeken hoe de schade daar was maar een omgewaaide boom belette ons dit te doen door de baan te blokkeren zodat we ons schade-onderzoek niet verder konden zetten.

Enkele onzekerheden die wij niet kunnen natrekken zijn de daadwerkelijke diepte waarin deze rotatie te vinden was aangezien wij van Belgocontrol enkel 2 hoogtes hebben ontvangen (0,5km & 1km). Ook weten wij daardoor niet of de supercel die wij hebben gevolgd daadwerkelijk al haar eigenschappen heeft verloren. In principe zouden wij de mid-levels op rotatie moeten nakijken om na te gaan of daar rotatie te vinden is alhoewel de ongedefiniëerde couplet op het 1 km CAPPI beeld ons meer in onze huidige denkpiste stuurt.

Is die rotatie toch in de mid-levels te vinden groeit de mogelijkheid sterk dat er nog steeds supercellulaire buien in dit QLCS aanwezig waren wat een bom onder de RIJ/mesovortex hypothese legt. Deze mogelijkheid is niet te ontkennen daar we alvast hebben opgemerkt dat er meer dan 1 supercel tekeer ging voor het QLCS zijn lineaire vorm boven de Benelux aan nam. Eén daarvan is deze hierboven met de blauwe tint (verantwoordelijk voor de kurkentrekker-updraft die eerder in dit artikel werd vermeld). 

Een 2e exemplaar die wij deze dag hebben opgemerkt vind je hieronder.

Een RHI dwarsdoorsnede dwars door de neerslagzone (door de boogfeature) lijkt de beste optie om de hypothese in dit artikel te bevestigen.

Vandaar dat we duidelijk moeten stellen dat deze denkpiste gebaseerd is op enkele veronderstellingen omdat wij jammer genoeg niet over alle data beschikken om ècht zeker te zijn van deze stelling.

Hoe dan ook lijken de velocitybeelden in combinatie met de besproken schade deze denkpiste te bevestigen (tornadische mesovortex).

De aanvraag om de ruwe data te mogen inkijken met onze interne tools werd ons jammer genoeg geweigerd.

Met dank aan de gezamenlijke samenwerking van de collega's tijdens deze fysiek en mentaal afmattende 3-daagste trip.

Significante hagel-events

Noodweersituaties gaan regelmatig gepaard met hagel. Naast de windstoten & bliksemactiviteit zijn hagel-events tijdens onweersbuien ook een grote bron van schade. Deze bespreking licht deze hagel-events toe waarbij we het zullen hebben over de hagel-groeizone (hail growth zone), het traject hagel in de onweersbui volgt om te groeien tot grotere objecten en zullen we dit linken aan de valsnelheid van hagel, diens impact & waar we de oorsprong van hagel kunnen zoeken.

Laten we beginnen met een discussie omtrent de rol van windschering & mid-level rotatie in de sterkte van een updraft.

Verticale windschering produceert horizontale vorticiteit dat door een updraft gekanteld kan worden in de verticale zin. Deze verticaal-georiënteerde vorticiteit is geassocieerd met een roterende updraft en is volgens onderzoeken het sterkste in de de mid-levels van de updraft. We denken o.a. aan Browning & Laundry in 1963, Fujita & Grandoso in 1968, Rotunno in 1981 & Rotunno & Klemp in 1985.

Ongeacht de richting van de rotatie (cyclonaal of anticyclonaal) is er met de rotatiekolom een centrifugale kracht geassocieerd. Hoe sterker de rotatie, hoe sterker de centrifugale kracht die er mee gepaard gaat. Sterkere roterende updrafts worden op radar geïdentificeerd als mesocyclonen (of mesoanticyclonen).

Om de 2 krachten te balanceren (rotatie & centrifugale kracht) moet er een tegengestelde PGF of pressure gradient force aanwezig zijn. Draait de vortex nu cyclonaal, of anticyclonaal: de rotatiekern genereert een dynamisch geïnduceerde kern van lage druk, nl. het "lifting pressure gradient" zoals genoemd door Kelvin Droegemeier, Frank Gallagher III & Ming Xue en Markowski & Richardson in hun 2010- onderzoek. Hierdoor wordt er een inwaarts gerichte kracht (PGF) opgewekt en blijft de balans tot stand.

Dit dynamische lagedrukgebied werkt een opwaarts gericht drukgradiënt op waardoor er een opwaartse PGF wordt opgezet die de verticale beweging of anders gezegd de updraft versterkt. In de vermelde onderzoeken is het wiskundig aangetoond dat de versterking van de updraft als resultaat van dit concept even groot kan zijn dan de stijgstroom opgewekt door de CAPE. En verhoogt de originele stijgstroom soms met een factor 2.

Sterkere updrafts hebben de mogelijkheid om grotere hagelstenen in de lucht te houden, dus een mesocycloon (roterende updraft) heeft door bovenvermeld proces een grotere kans om een significante hagel-event te brengen. Een mesocycloon is zelfs een héél sterke indicator voor de anticipatie op hagel-events. 

Sterker zelfs... het hoogste percentage van significante hagel-events worden geproduceerd door supercels zoals aangetoond in onderzoeken door o.a. Conway, John W., Dušan S. Zrnić in 1993 en Blair, S. F., D. R. Deroche, J. M. Boustead, J. W. Leighton, B. L. Barjenbruch, & W. P. Gargan in 2011.

Uit de onderzoeken is gebleken dat er een verband bestaat tussen de terminale velociteit van een vallende hagelsteen en de impact die deze hagelstenen kunnen hebben. Als de diameter van een hagelobject vergroot stijgt de impact van deze hagelstenen volgens een expontentiële factor.

m.a.w. De impact van de hagel is veel groter bij een grotere diameter... Dit terwijl volgens het diagram de valsnelheid van hagel niet zo zeer toeneemt. Deze proportionaliteit is te wijten aan het feit dat een grotere hagelsteen een groter oppervlak heeft waardoor de "drag" van de lucht langs de hagelsteen groter wordt en daardoor ook de valsnelheid sterker gemoduleerd (vertraagd) kan worden.

Het vormen van een hagelsteen heeft een soort embryo nodig zoals een ijs-kristal, graupel of een regendruppel, etc... waarop ijs kan accumuleren tijdens zijn tocht doorheen de "superkoele" water-regio in een cumulonimbus updraft. Volgens onderzoek is de meest efficiënte hagelgroei gegenereerd in de regio tussen -10 & -30°C. Dus weten we dat de grootte van een hagelsteen afhankelijk is van de periode of de tijdspanne waarin het zich in die regio kan bevinden.

Deze regio wordt de hagel-groei zone genoemd (hail growth zone).

Een factor waarvan gedacht wordt dat deze de verblijftijd in de hagel-groei zone zou moduleren is de CAPE. Zeker de CAPE in de -10 tot -30°C laag. Een hogere CAPE in de hagel-groei zone is een indicatie dat een updraft van een onweersbui sterk genoeg is om grotere hagelstenen langer in deze hagel-groei zone te houden waardoor accumulatie op het hagelobject langer kan doorgaan en zo resulteert in een grotere hageldiameter.

Hou in gedachten dat de CAPE in de hagel-groei zone enkel een concept is gebaseerd op een model en dat deze stelling nog niet is getest geweest. Ook zijn in-situ waarnemingen er nog niet in geslaagd dit te bevestigen. 

Verder onderzoek is broodnodig want hagel-forecasting staat nog in zijn prille kinderschoenen.

Dit is een sounding van een onweersdag in april, meerbepaald 11 april 2012. De witte lijn representeert het pad een luchtdeeltje volgt dat gelift wordt vanaf het oppervlak (sbCAPE). De blauwe lijnen representeren de -10 tot -30°C laag (= de hagel-groei zone) en het gebied afgebakend tussen de witte & rode lijn & de 2 blauwe is de CAPE in de hagel-groei zone. We zien een dun CAPE-profiel met weinig CAPE in de laag tussen -10 tot -30°C.

Het resultaat was dat er geen significante hagel bij deze onweersdag te melden was. Daarmee bedoelen we niet dat de intensiteit van de hagel-neerslag ondermaats hoeft te zijn maar doelen we op de impact van de hagel gemoduleerd door kinetische energie van de hagelobjecten.

Bovenstaande afbeelding illustreert dit gegeven waar duidelijk is dat de hageldiameter op deze dag klein was en dus ook geen grote impact had op de omgeving en samenleving. Een link naar het filmpje vind je hier (opgemaakt door onze vaste chase-partners "Chase2be").

Vergeet niet dat supercels de mogelijkheid hebben om ondanks een dun CAPE profiel in de hagel-groei zone toch significante hagel kunnen brengen door het dynamisch systeem besproken in het begin van dit artikel (verhoogde updraftsnelheid door het dynamisch geïnduceerd lagedrukgebied)

Als tegenpool op de april-casus is dit een sounding van een andere onweersdag. Ditmaal sprekend over 25 mei 2009. Hier zien we een dik CAPE-profiel in de hagel-groei zone waarbij de volledige sbCAPE veel hoger is (+ 2500 J/kg).

We zien steile lapse rates in de hagel-groei zone waardoor we bij deze onweersituatie wèl een significant hagel-event hebben meegemaakt (ook gemoduleerd door de dynamische eigenschappen van dit systeem).

Een onweersbui heeft verschillende bronnen voor het leveren van hagel-embryo's en kunnen allemaal tegelijkertijd in de bui aanwezig zijn, maar we gaan ons hier enkel focussen op de 3 belangrijkste bronnen.

De eerste bron is deze door een ontwikkelende updraft of groeiende cumuli aan de flank van de primaire bui of binnenin de stijgstromen van een multicel-onweer.

De tweede is bij het "stagnatie punt" in de midlevels van een intense updraft terwijl de derde bron het water is dat van de hagelsteen wordt afgescheiden tijdens zijn smeltproces. Deze laatste is een secundaire bron. Secundair omdat er eerst hagel aanwezig moet zijn vooraleer deze bron betekenis heeft want iets dat smelt dient natuurlijk eerst bevroren te zijn.

Groeiende cumuli & flanking lines nabij de hoofd-updraft van de "parent-cel" zijn een ideale incubator voor jonge hagel-embryo's omdat hun stijgstroomsnelheden niet te sterk zijn zodat de embryo's tot enige grootte kunnen groeien vooraleer ze richting de hoofd-updraft geadvecteerd worden en daarin tot grotere hagelobjecten kunnen groeien.

Het "stagnatiepunt" vinden we in de mid-levels aan de "upshear" kant (richting waaruit de shearvector wijst) van een updraft en is een belangrijke bron voor hagel-embryo's. Het stagnatiepunt ontwikkelt omdat een updraft een obstakel vormt voor de airflow, zodat een dynamisch hogedrukgebied aan de "upwind" kant wordt gecreëerd en een regio van weinig tot geen horizontale flow omdat de airflow in die midlevels splitst en langs de updraft zelf wordt geleid.

Onthoud dat de updraft van een onweersbui poreus is. Daarmee bedoelen we dat het geen vast object is dat de flow verstoort maar enkel een percentage van de mid-level airflow langs de updraft omleidt. Een deel van de flow vindt toch zijn weg nog richting de updraft en ondergaat met deze laatste een mixing.

Het stagnatiepunt is belangrijk omdat de rand van de hoofdzakelijke updraft van een onweersbui een regio is waar graupel & ijskristallen lang genoeg in de hagel-groei zone kunnen blijven om zo tot grotere hagelobjecten te groeien.

Hagelstenen met een diameter hoger dan 9mm zijn gekend om water af te scheiden bij hun smeltproces. Deze waterdruppels zijn dan terug potentiële embryo's geworden en kunnen op hun beurt terug uitgroeien tot grotere hagelobjecten wanneer zij terug worden opgetild door de updraft om het vries & accumulatieproces opnieuw te doorlopen. 

Dual-polarisatie radarapparatuur zoals deze van het KMI in Jabbeke ondersteunt in wezen de detectie van deze "water-afscheidende regio's" indien de software daarvoor aanwezig is.

Het betreft een proces dat als volgt te werk gaat...

Langs het midden van het hagelobject wordt een torus gevormd van water en uit deze watercoating wordt omwille van de oppervlaktespanning die gebroken wordt water afgescheiden.

Deze waterdruppels worden dan terug in de updraft naar boven getrokken waar het terug deze cyclus van bevriezing & accumulatie ondergaat.

Vergeet niet dat een traject van hagel sterk afhankelijk is van de verblijftijd in de hagel-groei zone van supergekoeld water (-10 tot -30°C). Sterke, wijde en persistente updrafts met een storm-relatieve wind die niet al te sterk is lijken het meest voordelig omdat de terminale velociteit van een hagelsteen gebalanceerd is met de updraft om een extensieve periode in de hagel-groei zone te waarborgen.

Dus... het belang om het meest ideale traject te begrijpen dat een hagelsteen doorheen de updraft dient te volgen spreekt voor zichzelf.

Het probleem is daarentegen dat deze trajecten extreem divers zijn en dat veel, zoniet alle trajecten tegelijkertijd in de onweersbui te vinden zijn.

Deze diversiteit wordt nog gecompliceerder wanneer de grootte van de bui, de sterkte van de updraft en winschering toeneemt. Laat staan wanneer er een supercel wordt gevormd bij een splitsing waardoor een left- en of rightmover wordt gevormd.

Een hagel-embryo kan tot de grootte van een golfbal groeien door 1 enkele trip te reizen door een updraft van een pluse-bui (Knight & Knight in 2001) maar grotere dimensies vereisen dat de deze hagelobjecten gerecycleerd moeten worden en dus meerdere cycli doorheen de updraft moeten ondergaan.

Een voorbeeld hiervan gebeurt in een multicel-onweerscomplex waarbij de nieuwere updraft aan diens basis hagelval injecteert van een oudere updraft. De grootste hagelstenen vinden we wanneer embryo's aan de upshear zijde (vb flanking line van een supercel updraft) beginnen en zo door verschillende cycli de langste verblijftijd in de hagel-groei zone behalen.

Laten we een grafische blik werpen op wat we bedoelen met de verblijftijd.

In bovenstaande afbeelding zijn de kleurvelden isopleths die de updraftsnelheden in m/s aanduiden. De grijze stippellijnen stellen de radar-reflectiviteit voor in dBZ en de dikke blauwe horizontale streepjes zijn de isothermen in °C.

Laten we beginnen met een voorwaarts gescheerde updraft en een graupel-deeltje dat zijn oorsprong heeft in de "back-sheared anvil" (het achterste stuk van het vooruit gesmeerd aambeeld). In dit sterk gesimplificeerd 2D model is er horizontale circulatie doorheen de updraft waardoor het graupel-deeltje beweegt. Het graupel deeltje wordt door de stijgstroom omhoog getild en komt in de hagel-groei zone terecht van -10 tot -30°C.

Daar groeit het verder uit tot een groter hagelobject door steeds verdere accumulatie tot het hagelobject zwaarder wordt dan de stijgstroom kan dragen en wordt dan naar beneden geaccelereerd waardoor het richting het aardoppervlak valt.

Hier ziet u een ander beeld van dit recyclage proces. De kleurvelden zijn de reflectiviteit van de radar in dBZ en de blauwe streepjes zijn de isothermen in °C.

Bemerk dat het hageldeeltje niet door de kern van de updraft naar boven trekt daar die meestal neerslagvrij is. Het graupeldeeltje wordt naar boven gebracht tot de EL van de onweersbui waarna het lateraal downshear wordt geadvecteerd en dan langs de rand van de WER (Weak Echo Region) zo terug wordt getrokken, waarna er mogelijks terug een cyclus begint tot het terug te zwaar wordt en vlak naast het updraftmaximum naar beneden valt.

Een HP supercel met een DCZ of "Deep convergence zone", is een peristente potentieel catastrofale onweersbui die grote hoeveelheden neerslag met zich meebrengt, gaande van regen tot grote en soms gigantische hagel met frequent hagelschade over een groot traject.

De typische HP supercel produceert enkel een zwakke korte tornado of meestal zelfs geen enkele, maar het noodweerverschijnsel bij uitstek voor zo een cel is de flash flooding en de hagel.

De sterkste eigenschap van een HP supercel is de DCZ of Deep Convergence Zone en is een smalle zone van hoge shear & turbulentie die gevonden kan worden langs de rand van de rear flank downdraft (RFD) en de forward flank downdraft (FFD).

Men kan dit zien als een soort hellend vlak die 2 types luchtstromen van elkaar scheidt en reikt soms tot 10 km hoog.

Deze illustratie stelt de DCZ voor van een HP supercel zoals voorgesteld werd in een onderzoek door Lemon & Parker (1996). De pijlen stellen de relatieve flow-regimes voor waarbij rood/oranje de warme vochtige lucht is die als inflow in de bui wordt geadvecteerd. De groene pijlen daarentegen stellen de droge lucht voor die langs de achterzijde naar voor wordt gedrukt (RFD).

De oranje "X" is de locatie waar wij ons bevonden toen we deze cel onderzochten en een illustratie hebben voorzien voor het conceptioneel model dat door Lemon & Parker in 1996 werd opgesteld.

In het conceptioneel model van Lemon & Parker is de updraft gelocaliseerd tussen B & C. Hieronder ziet u onze afbeelding van de HP supercel ten NO van Parijs, en kunt u duidelijk de interface en het onderste stuk van het hellend DCZ oppervlak zien.

Mixing wordt hierdoor op een efficiënte manier beperkt tot deze dunne zone die de updraft van destructieve mixing afschermt waardoor de onverstoorde updraft desondanks de hoge water-loading & hoge neerlslagsterkte, waarden kan bereiken die grote tot soms gigantische hagel ondersteunt.

Zulke onweersbui heeft een heel brede updraft die niet noodzakelijk beperkt is tot 1 exemplaar maar soms bestaat uit vele stijgstroomkernen die samenwerken en een enorm hagel-groei gebied (volume) creëren waar de temperatuur tussen de -10 tot -30°C is zodat deze type buien de hagelproducenten bij uitstek zijn.

Met grote dank aan Arne Prové voor het nemen van deze foto en de altijd productieve samenwerking met Chase2be voor de mogelijkheid te brengen een tastbare illustratie van het Lemon & Parker onderzoek te ontdekken.

Bow Echo 25 januari 2014

Door toedoen van een afzakkende trog vanuit het NW is er langs de grenslaag aan het oppervlak een buienlijn gevormd waaruit een stevige Bow-Echo is ontstaan (een gebogen buienlijn in boogvorm).

Een buienlijn buigt door als er aan de achterkant van de lijn een Jet situeert die de "Rear inflow jet" wordt genoemd en indien intens genoeg de buienlijn naar voor kan doen doorbuigen.

De GFS reanalysis van 25 januari om 18Z toont ons een strak 700mb windveld (op ongeveer 3km) met een embedded jetstreak waarbij de hoge windsnelheden tot in West Vlaanderen (BE) en Zeeland (NL) te vinden zijn.

De interne airflow van het systeem spant de 700mb windvectoren harder aan zodat de buienlijn in het bow-echo proces naar voor wordt gedrukt en begint door te buien waardoor de "bow echo" zijn vorm krijgt. Eénmaal dit gebeurt beginnen we te spreken van de "Rear inflow jet (RIJ)"

Wanneer deze RIJ de rij met buien tegenkomt wordt die omwille van de aanwezige neerslag naar beneden getransporteerd waardoor er hevige windstoten optreden met de eventuele schade tot gevolg (zoals het geval was bij deze event).

Het zien van een bow-echo op radar is omwille van die reden een indicator van hevige windstoten.

Als we kijken naar de pre-convectieve omgeving zien we voor de trog uit een tong met hogere Theta-E waarden waarbij de wind aan het oppervlak vanuit een zuidelijk component beweegt terwijl de airflow aan het oppervlak links van de trough-base vanuit het WNW tot NW komt.

We zien een textbook-opstelling van een trogpassage waarbij de verschillende luchtmassa's in het systeem goed van elkaar te onderscheiden zijn. De drogere luchtmassa die vanuit het WNW tot NW komt binnengestroomd dient als ingrediënt voor de lift en toont omwille van zijn gradiënt in de Theta-E waarden frontale features.

Ook toont het 500mb contourenveld duidelijk de divergerende airflow door de uiteenlopende stippellijnen vertrekkend van de trog-basis naar rechts. Dit gegeven wordt "upper level divergence" genoemd. Hierdoor zien we op 500mb (ongeveer 5-6 km hoog) lucht die uit de kolom verdwijnt boven de plaats waar de vochtige luchtmassa zich bevindt. De co-locatie van het sterkste theta-E gradiënt en de upper level divergence is de plaats waar de meeste actie zich ontplooit.

Dit omdat upper level divergence door de natuur wordt beantwoord door low level convergence. Waar in een kolom lucht er bovenaan verdwijnt moet er onderaan worden toegevoerd.

Omwille van de sterke advectie van positieve vorticiteit (PVA) werd er extra lift gecreëerd om het systeem te onderhouden ten tijde van aankomst aan de Benelux.

De vorticiteitsadvectie is te zien aan de windvectoren die de translatie van de vorticity-lobes accentueert. In samenspraak met de gunstige ligging van de 700mb, 500 en 250mb Jet die op zijn beurt aan de linker-uitgang ook PVA genereert, zoals duidelijk in het eerste watervapor image in deze bespreking, hebben we de nodige forcing van de buien ontplooid (een volledige bespreking van PVA komt binnenkort als artikel online).

Op radar zien we duidelijk de locatie waar de Rear inflow jet richting het oppervlak raast aan de "Rear inflow notches" (RIN) aan de achterkant van de buienlijn (afbeelding van Belgocontrol).

Een half uur later vinden we het inklappen van de bow-echo tot de comma-head en zien we duidelijk de dominante noordelijke Book-end vortex terwijl de situatie eenmaal boven de Benelux niet meer indicatief was om onweersbuien te ontwikkelen en/of te onderhouden waardoor zoals verwacht het systeem in enorm snel tempo zou afzwakken.

Ook opmerkelijk zijn de lagere cloudtops die met deze bow echo gepaard gingen... Een sterk gevolg van de verwachte afwezigheid van de CAPE aangezien er geen echt hoge verticale wolkengroei kon worden gegenereerd.

De reflectiviteitswaarden (afbeelding Belgocontrol) tonen dit ook heel goed. We zien een max neerslagwaarde rond de 10 mm/uur, dus echt stevige convectie zoals supercels lijken op dat tijdstip uit den boze. Zelfs de onweersactiviteit ging er zoals verwacht aan een spoed-tempo op achteruit waardoor het gevaar snel geweken was.

Om die befaamde neerdalende luchtstroom (RIJ) te illustreren heb ik een verticale doorsnede gemaakt dwars langs de bow echo die in een noord-zuid richting de trogbasis kruist zodat we die kunnen linken aan de oorsprong van de RIN-features op bovenstaande radarbeelden.

Op het watervapor image zien we zoals gewoonlijk bij zulke situaties een sterke darkzone wat duidt op neerdalende lucht die mooi overeenkomt met de locatie van de schade-as Ieper- Moorsele- Rekkem- Kortrijk.

De blauwe lijn toont ons de locatie van de N-Z georiënteerde verticale doorsnede die op de volgende afbeelding de windsnelheid toont over de gehele lijn. We zien dat het midden van de doorsnede-as (cyan lijntje) overeen stemt met de locatie waar het donkerste stuk van de darkzone op watervapor zich situeert.

Als we dit gegeven linken aan de doorsnede zelf en de locaties van de sterkste RIN in acht houden (Ieper- Moorsele- Rekkem- Kortrijk) zien we een sterke correlatie met de plaats waar op de dwarsdoorsnede de hoge windsnelheden richting het oppervlak zakken.

Op het vergroot & verticaal gestretched stukje van de regio rond het midden van de dwarsdoorsnede zien we duidelijk de trechtervorm van hogere windsnelheden hoe dichter bij het aardoppervlak. Daarop zien we de dry intrusion van het systeem (dat als shortwave begon) en de locatie van een mogelijke Rear inflow jet.

Het lijkt een veilige veronderstelling dat er tussen de Dry intrusion (darkzone op watervapor) en de Rear inflow jet bij deze event een verband lijkt te zijn. Mogelijks was de rol van Rear inflow jet door de sterkte van de dry intrusion ingevuld en/of gemoduleerd.

... Wat op zijn beurt dan impliceert dat deze buienlijn (met Line echo wave pattern: meerdere bow-echo features langs éénzelfde buienlijn) niet alleen voortbewoog omwille van zijn eigen gustfront, maar dat de dry intrusion heeft meegeholpen om hoge windsnelheden naar het oppervlak te brengen en zo de buienlijn naar voor te duwen.

Als er zich een tornado zou voorgedaan hebben zou dit in de buurt van de embedded book-end vortices kunnen geweest zijn en als "leading-edge vortex" ontsprongen waardoor we mogen spreken over een QLCS-tornado event daar supercels in een LEWP situatie volgens studies heel zeldzaam zijn. Een doordachte damage survey in combinatie met de doppler beelden kunnen uiteindelijk uitmaken hoe de situatie is gelopen.

Hierdoor kunnen we concluderen dat de windschade vermoedelijk afkomstig is van geconcentreerde valwinden die aan de basis liggen van een gevormde bow-echo (al dan niet met leading edge gustfront-mesovortices) mogelijk gemaakt door een voorwaartse push van een mogelijke dry-intrusion-RIJ interactie waarbij het SEVIRI watervapor beeld in combinatie met de gedetailleerde radarbeelden afkomstig van Belgocontrol gelinkt zijn aan de GFS reanalysis data en zo de basis zijn van deze bespreking.