Ballonvaren in de low level jet

BALLONVAREN IN DE LOW LEVEL JET Het nachtelijk windmaximum en de invloed ervan op onze vaarten

DOOR JONAS DE BODT

DE WIND AAN DE GROND EN OP HOOGTE IS VOOR DE BALLONVAART ÉÉN VAN DE MEEST BELANGRIJKE WEERKUNDIGE PARAMETERS VOOR EEN VEILIGE VAART. DE WINDRICHTING EN WINDKRACHT KUNNEN SOMS ENORM VERSCHILLEN TUSSEN LUCHTLAGEN. DAAROM GAAN WE IN DIT ARTIKEL DIEPER IN OP HET NACHTELIJKE WINDMAXIMUM OFWEL DE LOW LEVEL JET. HET IS HÉT WEERFENOMEEN DAT AAN DE BASIS LIGT VAN GROTE VERSCHILLEN IN WINDKRACHT EN -RICHTING OP VERSCHILLENDE HOOGTES TIJDENS HELDERE AVONDEN EN OCHTENDEN.

De Low Level Jet kan zich ontwikkelen als het ’s avonds en ‘s nachts sterk afkoelt. De wind neemt dan al toe op relatief lage hoogte, als gevolg van een sterke temperatuursinversie. Normaal gesproken wordt het kouder naarmate we hoger gaan in de atmosfeer, maar bij een inversie is dat niet het geval. De temperatuur neemt dan in de onderste lagen van de atmosfeer juist toe met de hoogte. Het is belangrijk om je als ballonvaarder bewust te zijn van het fenomeen, want een nachtelijk windmaximum kan een rustige avondvaart beïnvloeden door een toename van de wind net boven boomhoogte, rond zonsondergang, of tijdens een ochtendvaart kan je verrast worden door een plotse toename van de wind tijdens het opstijgen. Turbulentie en zelfs valse lift kunnen hierdoor ontstaan.

Ontstaan en ontwikkeling

Overdag zorgt thermiek voor een goeie menging van de verschillende luchtlagen. De atmosfeer is vaak licht onstabiel en de windsnelheid neemt meestal geleidelijk toe met de hoogte. De windrichting en -sterkte zijn het resultaat van de balans tussen de drukgradiënt-, coriolis- en wrijvingskracht (afbeelding 1). Hoe dichter bij het aardoppervlak, hoe sterker de wind afneemt en krimpt als gevolg van de toename van wrijving (afbeelding 2). Door de afkoeling in de avonduren verdwijnt thermiek. Er ont-

AFBEELDING 1. DE KRACHTENBALANS VAN DE SITUATIE OVERDAG.

DEZE BALANS WORDT VERSTOORD DOOR DE ONTWIKKELING VAN EEN

TEMPERATUURSINVERSIE.

staat een lichte grondinversie waardoor er geen verticale uitwisseling tussen luchtlagen meer mogelijk is en de turbulentie wordt onderdrukt. Het gevolg is een afzwakkende grondwind en dat maakt ballonvaren mogelijk in de avonduren.

Wanneer door gunstige meteorologische omstandigheden sprake is van een sterke temperatuursinversie, wordt de grondwind erg kalm - vaak slechts 0 tot 3 knopen. Net boven boomhoogte kan de wind soms echter opnieuw toenemen, omdat de krachtenbalans van de situatie overdag verstoord geraakt. Door de inversie raakt de luchtlaag immers ontkoppeld van het aardoppervlak waardoor de wrijvingskracht geen rol meer speelt. De coriolis- en drukgradiëntkracht zijn hierdoor niet meer met elkaar in evenwicht en er ontstaat een overreactie. De wind versnelt en als resultaat heb je een windkracht die sterker is dan wat je zou verwachten, op basis van de heersende drukgradiënt. We spreken van een supergeostrofische wind. Ter hoogte van de top van de stabiele laag (top van de inversie) ontstaat er een maximum in het windsnelheidsprofiel. Dit is de Low Level Jet of het nachtelijk windmaximum. Merk overigens op dat een Low Level Jet niets te maken heeft met de straalstroom, die bevindt zicht immers erg hoog in onze atmosfeer.

Voorwaarden voor ontstaan

Een nachtelijk windmaximum ontstaat niet elke avond. Er zijn twee belangrijke meteorologische voorwaarden die moeten worden vervuld om van een Low Level Jet te kunnen spreken: 1. De geostrofische wind moet voldoende groot (10-15 kt) zijn. Dit is eigenlijk de windsterkte die je op basis van de heersende drukgradiënt (afstand tussen de isobaren) zou verwachten. In de praktijk betekent dit dat we ons aan de rand van een hogedruksysteem bevinden. In het centrum van een hogedrukgebied is de drukgradiënt te zwak en zal een Low Level Jet zich niet kunnen vormen (afbeelding 3).

AFBEELDING 3. WEERKAART MET EEN GUNSTIGE DRUKVERDELING AFBEELDING 4. TYPISCHE WINDPROFIELEN VAN EEN LOW LEVEL

JET. DE WINDKRACHT NEEMT TOE IN DE STABIELE LUCHTLAAG EN

2. De aanwezigheid van een sterke grondinversie. Door nachtelijke uitstraling koelt het grondoppervlak sterk af. Dit is alleen mogelijk tijdens nachten met vrijwel helder weer.

Tijdens bewolkte nachten (5/8 hemelbedekking) zal een Low

Level Jet zich dus niet kunnen vormen. Ook de luchtvochtigheid speelt een belangrijke rol. Droge lucht heeft de eigenschap om sneller en sterker af te koelen dan vochtige lucht, vandaar dat de meeste Low Level Jets zich ook vormen bij aanvoer van droge continentale lucht uit oostelijke en zuidelijke richtingen.

Karakteristieken

Wanneer er een sterke temperatuursinversie gevormd is, is de wind aan de grond meestal zeer zwak (0 tot 3 knopen). In de stabiele laag neemt de windsnelheid toe met de hoogte en vervolgens bereikt de wind een maximum aan de top van de inversie. Een typische windsterkte van een goed ontwikkelde Low Level Jet bedraagt in onze streken zo’n 15 à 20 knopen. Het windmaximum bevindt zich meestal tussen 450 en 850 ft AGL maar ook op lagere niveaus wordt er al een (sterke) windtoename waargenomen. Vandaar dat windmolens ons een zeer goede indicatie kunnen geven voor de aanwezigheid of de ontwikkeling van een Low Level Jet. Net boven het windmaximum neemt de windkracht opnieuw (sterk) af. In de literatuur zijn er heel wat verschillende definities voor de Low Level Jet terug te vinden. De meest gangbare definitie is de volgende: “Een nachtelijk windmaximum of Low Level Jet wordt gedefinieerd als een windmaximum in de onderste laag van de troposfeer met een sterke daling van de windsnelheid (4 knopen of meer) net boven het maximum, maar wel nog in de onderste 500 meter (1640 ft) van de atmosfeer”. Een windmaximum impliceert dus ook een minimum in de luchtlaag erboven.

Er zijn drie typische windprofielen van een Low Level Jet te onderscheiden (afbeelding 4). Naast de windsterkte heeft een inversie en bijhorende Low Level Jet ook een invloed op de verandering van de windrichting met de hoogte.

BEREIKT EEN MAXIMUM AAN DE TOP VAN DE INVERSIE. BOVEN DE

In de stabiele inversielaag zal de wind typisch ruimen met de hoogte. Eens boven de inversielaag en boven het windmaximum zal de wind opnieuw krimpen. Enige turbulentie kan optreden door het verschil in windsterkte en -richting (windschering) op relatief korte verticale afstand. In onze streken is in ongeveer 20% van de nachten een Low Level Jet waar te nemen. De meeste komen voor in het lente- en zomerseizoen.

Praktijksituatie

Tijdens de ochtend van 13 juni 2020 werd een duidelijke Low Level Jet geobserveerd tijdens een ochtendvaart van Berlare naar Moerbeke. Als we de data uit de track analyseren en op een snelheid-hoogte grafiek plaatsen, kunnen we het windprofiel afleiden (afbeelding 5). De analyse van deze ochtendvaart bevestigt bovenstaande theorie. Laag bij de grond was het rustig met 2 tot 4 knopen, maar op lage hoogte merkte de ballonvaarder al een significante toename van de wind. Op een hoogte van 700-850 ft bereikte de windsnelheid een maximum van 18-19 knopen om vervolgens boven 1000 ft af te nemen met ruim 10 knopen. Vanaf een hoogte van 1800 ft was er opnieuw een toename van de windsnelheid te merken. Deze Low Level Jet benaderde zeer goed het theoretische profiel geïllustreerd in afbeelding 4. Naast de windsterkte zijn er ook enkele conclusies te trekken uit het windrichtingprofiel. Tot aan de top van de inversielaag (inclusief Low Level Jet) ruimt de wind met de hoogte. Eens boven het windmaximum zien we de wind krimpen, maar boven het minimum ruimt de wind opnieuw. Ook dit is een fenomeen dat we typisch zien bij een Low Level Jet.

AFBEELDING 5. HET TRAJECT VAN EEN OCHTENDVAART OP 13 JUNI 2020, DAARNAAST IS HET WINDSNELHEIDSPROFIEL EN WINDRICHTINGPROFIEL VAN DE VAART WEERGEGEVEN.

Bronnen:

- Ahrens, C. D., & Henson, R. (2016). Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment.

Cengage learning. - Baas, P., Bosveld, F. C., Klein Baltink, H., & Holtslag,

A. A. M. (2009). A climatology of nocturnal low-level jets at

Cabauw. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 48(8), 1627-1642. - De Bruijn, E. I., de Haan, S., Bosveld, F. C., Schreur,

B. W., & Holtslag, A. A. (2016). Observing boundary-layer winds from hot-air balloon flights. Weather and Forecasting, 31(5), 1451-1463. - Whiteman, C. D., Bian, X., & Zhong, S. (1997). Low-level jet climatology from enhanced rawinsonde observations at a site in the southern Great Plains. Journal of Applied

Meteorology, 36(10), 1363-1376. - Djorry Simoen Ballontrack Berlare-Moerbeke, 13 juni 2020,