Meteorologica december 2020

Jaargang 29 - nr. 4 - DeceMBer 2020

METEOROLOGICA

THEMANUMMER MARCEL MINNAERT UItgave van de NederLandse VerenIgIng ter BevorderIng van de MeteoroLogIe

Climate Physics Master’s Programme at Utrecht University, The Netherlands This Master’s programme offers a unique combination of theoretical courses and practical training in all aspects of the climate system.

Physics, dynamics and chemistry of the atmosphere, the oceans, the glaciers and ice sheets and their interaction are the core of this programme.

Our research fields: • Ocean Circulation and Climate • Physical Oceanography of the Coastal Zone • Atmospheric Dynamics and the Hydrological Cycle • Atmospheric Physics and Chemistry • Ice and Climate

More information: Utrecht University, The Netherlands Institute for Marine and Atmospheric Research

www.uu.nl/masters/climate

2

Meteorologica 4 - 2020

6

10

Inhoudsopgave 4

Marcel Minnaert (1893 – 1970) Henk de Bruin

6

Uitzonderlijk blauwe voorjaarsluchten in 2020 Jan Fokke Meirink, Wouter Knap, Piet Stammes

10 Het wonderbare ijs

Henk de Bruin, Robert Mureau 14 In het licht van Minnaert – vijftig jaar inspiratie

door een meesterdocent en -waarnemer

Peter Paul Hattinga Verschure

30

18 Geluid en mistpoeffers

Henk de Bruin

Van de hoofdredacteur De cover verklapt het eigenlijk al: dit themanummer is volledig gewijd aan de befaamde natuurkundige Marcel Minnaert, ter ere van de 50-jarige sterfdag (26 oktober 1970) van de auteur van het befaamde driedelige standaardwerk “De natuurkunde van ‘t vrije veld”. Letterlijk elke bijdrage in dit nummer is gewijd aan, of refereert naar, het werk van Minnaert, en zo krijgt u een prachtige dwarsdoorsnede van Minnaerts vele belangrijke bijdragen aan ons vakgebied.

Allereerst wil ik hier graag onze (voor dit nummer) interim redacteur Henk de Bruin bedanken. Henk opperde vorig jaar dit idee en dus ligt hij aan de basis van het Minnaert-themanummer. Ook heeft Henk een aantal interessante bijdragen geschreven, en heeft hij meerdere auteurs benaderd die iets over Minnaert konden vertellen. Ik kan rustig stellen dat dit nummer er zonder Henk niet was gekomen, in elk geval niet in deze vorm. Vandaar mijn erkentelijkheid naar deze onvermoeibare mederedacteur.

Dan de inhoud. Zoals gezegd, het is een en al Minnaert wat de klok slaat, vanuit verschillende standpunten.

Mooie voorbeelden hiervan zijn de bijdrage van Janneke Schenk (pagina 30) en het

persoonlijke relaas van Peter Paul Hattinga Verschure (pagina 14), waarin Peter Paul zijn jeugdige fascinatie voor weer- en hemelverschijnselen beschrijft. Op een gegeven moment leert hij het werk van Minnaert kennen, en bezoekt in 1969 zelfs een lezing van de maestro waarin de jonge Peter Paul werd betoverd door de enthousiaste en beeldende manier waarop Minnaert de talloze optische verschijnselen in de atmosfeer de revue liet passeren.

Een speciale vermelding verdient de column van Gerard van der Schrier (pagina 34), waarin op een geestige manier de raakvlakken (in meerdere opzichten) tussen Minnaert en Hergé (tekenaar van Kuifje) voor het voetlicht worden gebracht, daarbij verwijzend naar Minnaerts werk als directeur van de Utrechtse sterrenwacht om onder meer het zonnespectrum te ontrafelen. De belangrijkste overeenkomst tussen beiden betreft echter de zogenaamde “klare lijn” in zowel de tekenstijl van Hergé als in de duidelijkheid, schoonheid en volledigheid van Minnaerts beschrijvingen van de talloze optische effecten.

Ik wens u veel leesplezier toe.

22 Column – Minnaert

Huug van den Dool

24 Weermuziek – Natuurklanken

Harry Geurts

28 Klimaatoverzicht – Terugblik op de hittegolven

van 2018, 2019 en 2020

Geert Jan van Oldenborgh 30 Heiligenschijn en andere optische verschijnselen

Janneke Schenk 32 Weerbeelden

Henk de Bruin 33 The Harry Otten Prize for Innovation

and Technology 34 Column – De Kuifje van ‘t vrije veld

Gerard van der Schrier 35 NVBM Sponsors en Colofon Advertenties 2 IMAU – Universiteit Utrecht 17 KNMI 23 Wittich en Visser 27 Wageningen Universiteit 31 Zenit 36 CaTeC

Voorkant In 1963 ging Marcel Minnaert met emeritaat. Ter gelegenheid daarvan schilderde Pieter Defesche dit portret van Minnaert. Na wat omzwervingen hangt het schilderij tegenwoordig in Minnaerts eigen collegezaal op Sonnenborgh.

Meteorologica 4 - 2020

3

Marcel Minnaert (1893 – 1970) Henk de Bruin Op 26 oktober 1970 overleed Marcel Minnaert. In dit nummer van Meteorologica herdenken we zijn 50ste sterfjaar. In dit inleidende artikel beschrijf ik kort Minnaerts levensloop aan de hand van zijn biografie (Leo Molenaar, 2007). Daarnaast beschrijf ik Minnaerts trilogie Natuurkunde van ’t Vrije Veld (NvtVV), hoe deze tot stand is gekomen en welk didactisch doel Minnaert voor ogen stond. Zijn zonnefysisch werk laat ik hier buiten beschouwing.

Afkomst, jeugd en Vlaams activisme Op 12 februari 1893 werd Marcel Minnaert in Brugge geboren als enige zoon van Jozefina van Overberge en Jozef Minnaert. Zijn ouders waren docent aan een middelbare school en hielden zich intensief bezig met de opvoeding van hun oogappel. Tot zijn zevende genoot Marcel thuisonderwijs, en ook daarna werd hij thuis onderwezen in de vrije middagen van het reguliere onderwijs. Toen in januari 1903 Minnaerts vader overleed ging de moeder van Minnaert met vervroegd pensioen om fulltime Marcel op te voeden. Ze verhuisden naar Gent, waar Marcel in het kader van thuisonderwijs een eigen timmerwerkplaats en laboratorium kreeg. In 1909 werd een mijlpaal bereikt: Marcel werd tot beste leerling van Vlaanderen uitgeroepen.

Het jaar daarop ging Marcel aan de Franstalige Gentse Hogeschool ‘natuurlijke wetenschappen’ studeren. Een belangrijk aspect in zijn leven is zijn Vlaams activisme. Hij werd voorzitter van de Vlaamsgezinde jongelingmaatschappij De Heremanszonen (Figuur 1). Hij gaf lezingen over Wagners Der Ring des Nibelungen, en begeleidde lokale zangers op de piano. De plantkundige Julius MacLeod werd zijn leermeester.

Deze organiseerde de Vlaamsche Natuur- en Geneeskundige Congressen om zo vervlaamsing van de Gentse Hogeschool te bewerkstelligen. MacLeod introduceerde wis- en natuurkunde bij biologische onderzoeksmethoden. Op 24 juli 1914 promoveerde Minnaert met lof op een Nederlandstalig proefschrift: Licht- en schaduwnaalden bij Pinus Laricio Poir. Hij besefte dat zijn natuurkundige kennis over optica onvoldoende was door het gebrekkig onderwijssysteem in Vlaanderen. In 1915 – 1916 stuurde zijn moeder hem naar Leiden, destijds het wereldcentrum voor natuurkunde waar Nobelprijswinnaars zoals Lorentz en Kamerlingh Onnes hadden gewerkt, om daar verder te studeren. Op woensdagavonden woonde Minnaert de beroemde natuurkundecolloquia van Paul Erhenfest en zijn vrouw Tatiana bij, beiden vernieuwers op het gebied van wisen natuurkundeonderwijs. Op deze avonden spraken mensen als Einstein en Heisenberg, waarbij Ehrenfest opmerkte: “Houd in gedachten dat we weinig weten, maar we begrijpen het snel.” Ehrenfest schroomde niet sprekers als Heisenberg terecht te wijzen als ze onduidelijk waren. Minnaert viel zodoende met de neus in de boter van de didactiek.

Politiek vluchteling en zonnefysicus In de Eerste Wereldoorlog stimuleerde de Duitse bezetter het geven van onderwijs in het Vlaams en Minnaert aanvaarde een docentschap aan de Gentse universiteit. Als Vlaams activist heulde hij zo met de Duitse bezetters. Dit kwam hem op een strafrechtelijke veroordeling te staan en om zijn straf te ontlopen vluchtte hij met zijn moeder naar Nederland. In 1916 slaagde Minnaert erin om de zonnetelescoop van Julius op de Sonnenborgh in Utrecht aan de praat te krijgen – wat anderen 4

Meteorologica 4 - 2020

niet was gelukt – en op grond daarvan werd hij na de oorlog als onderzoeker bij het Utrechtse Heliofysisch Instituut en als medewerker van Ornstein op het Fysisch Laboratorium aangesteld. Minnaert verrichtte baanbrekend werk op het gebied van kwantitatief interpreteren van zonnespectra. Door zijn analyse van zonsverduisteringwaarnemingen in Lapland in 1927 en op Sumatra (Figuur 2) brak hij internationaal door.

Minnaert ontving in 1951 de Bruce Medal, de Nobelprijs in de astronomie. Voor verdere details over zijn zonneonderzoek zie het artikel van Molenaar (2003).

De periode 1920 – 1940 te Bilthoven en Natuurkunde van ’t Vrije Veld (NvtVV) In 1920 verhuisde Minnaert met zijn moeder naar Bilthoven, waar hij tot 1940 zou blijven wonen. Hier schreef hij zijn befaamde trilogie (NvtVV). Veel van de beschreven waarnemingen werden in de omgeving van Bilthoven verricht. Zijn huis (Parklaan 88) valt op door een dakplatform voor een sterrenkijker en de Vlaams-activistische gevelleus: “Vliegt de Blauwvoet. Storm op zee.” Het huis staat er nog steeds.

In 1928 trouwde hij met natuurkundestudente Maria (Miep) Coelingh (Figuur 3). Zij was toen 22, en Marcel 35. Miep wilde met haar meisjesnaam worden aangesproken en ook nog promoveren, in die tijd maatschappelijk zeer ongepast. Het was al een schande dat Miep zwanger afstudeerde. Ondanks de maatschappelijke tegenwind promoveerde zij in 1938. Haar hartsvriendin Johanna (Truus) van Cittert-Eymers, verzorgde na Minnaerts dood enkele herdrukken van NvtVV. Zijn sympathie voor de Vlaamse beweging bracht Minnaert tijdens een herdenkingsbijeenkomst voor de Vlaamse activist en dichter De Clercq in Lage Vuursche in moeilijkheden. Hier brachten NSB’ers de fascistengroet waarop Minnaert uit protest de communistische vuist balde. De Utrechtse Universiteit verbood Minnaert daarna nog college te geven, want communisme was taboe, in tegenstelling tot de NSB.

Figuur 1. Het bestuur van De Heremanszonen (1910) met in het midden Marcel Minnaert.

schrijft Minnaert: “De betekenis van de openluchtwaarnemingen voor het onderwijs in de natuurkunde is nog niet voldoende erkend. Zij helpen ons in het toenemend streven om ons onderwijs te doen aansluiten bij het leven: zij geven ons een natuurlijke aanleiding tot het stellen van duizenden vragen, en ze zorgen ervoor, dat hetgeen op school is geleerd later nog telkens en telkens ook buiten de schoolmuren wordt teruggevonden.” Deze passage toont aan dat de NvtVV bedoeld is als bijdrage aan een onderwijsvernieuwing. Merk op dat Minnaert leefde in een tijd van onderwijsvernieuwing waarbij het kind en niet de leerstof centraal werden gesteld.

Figuur 2. Minnaert op Sumatra in 1929.

In deze woelige periode schreef Minnaert zijn drieluik. In 1936 stuurde hij het manuscript voor deel 1 (Licht en kleur in het Landschap) naar uitgeverij Thieme. In een begeleidende brief schreef hij “De bedoeling is, te laten zien dat de natuurkundige even goed als de plant- of dierkundige vreugde aan de hem omgevende natuur beleven kan, en dat ook de belangstellende leek op dit gebied volop genieten kan. Ik verwacht dat het verkocht zal worden aan leraren, schoolbibliotheken, openbare leeszalen, padvinderleiders, de lezers van Hemel en Dampkring, en alle amateurmeteorologen, de leden der Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde, de vrijwillige waarnemers van het Meteorologisch Instituut, fysici, toeristen, geografen, enz.” Deze verwachtingen zijn volledig uitgekomen.

Het eerste deel werd in vele talen vertaald en verkreeg daardoor internationale bekendheid. De delen 2 (Geluid, Warmte en Elektriciteit) en 3 (Rust en Beweging) verschenen in 1939 en 1940. Deze zijn minder bekend geworden, mede omdat ze nooit zijn vertaald.

Minnaert als didactische Zijn NvtVV had een didactische achtergrond. In de inleiding

In navolging van Minnaert en dit themanummer De trilogie NvtVV is nog steeds hét naslagwerk voor natuurkundige verschijnselen van alledag. Er zijn velen in Minnaerts voetsporen getreden: beroepsmatig zoals ondergetekende, maar ook als journalist, zoals Karel Knip (wetenschapsjournalist van de NRC), of als kunstenaar of amateuronderzoeker. Tot de beroepsmatige categorie kunnen de leden van de NVBM gerekend worden, want meteorologie gaat immers over de natuurkunde om ons heen. Tot deze groep behoren zeker mensen als Günther Können, Kees Floor (atmosferische optica) en Hans Vugts (auteur van Weerzien op de Wadden, waarin een veelheid aan Minnaertiaanse onderwerpen aan bod komen). Astronoom Frans Snik initieerde de rubriek NvtVV in het Nederlands Tijdschrift van Natuurkunde en was gastredacteur van een themanummer over NvtVV. Voor internationale navolgers verwijs ik naar het recente themanummer van Applied Optics (2020).

Minnaert richtte zich op een breed publiek en in dat kader moeten mensen genoemd worden als Karel Knip (NRC-rubriek Alledaagse wetenschap) en Jo Hermans (Physics in Daily life in Europhysics News), en daarnaast kunstenaars als Peter Paul Hattinga Verschure en grafisch ontwerpers als Janneke Schenk. Ik ben erg blij dat Peter Paul en Janneke een persoonlijke bijdrage leveren aan dit themanummer, dat vrijwel geheel in de geest van Minnaert is opgezet. Vooral het verhaal van Janneke (pagina 30) is bijzonder. Zij schreef een prachtig geïllustreerd boek met natuurkundige verklaringen van optische verschijnselen. Hiervoor zegde ze zelfs haar baan op om de bijbehorende natuurkunde te bestuderen.

Dit nummer bevat verder een wetenschappelijke bijdrage van Jan Fokke Meirink, Wouter Knap en Piet Stammes over het Minnaertiaanse onderwerp de extreem blauwe lucht van maart 2020 (pagina 6). Zij werden geïnspireerd door de volgende zinsnede uit deel 1, pagina 227: ‘In eeuwige schoonheid welft zich de blauwe hemel om de Aarde. Dit blauw heeft iets onpeilbaars, het is alsof men er al de diepte van kon zien. Het is getint in oneindige schakeringen, het verschilt van dag tot dag, van het ene punt van de hemel tot het andere.’ Door Minnaert te lezen komt de lezer op het spoor van de nigrometer en cyanometer.

Ondergetekende en Robert Mureau werden bij het schrijven van hun artikel (pagina 10) geïnspireerd door het hoofdstuk “Het wonderbare ijs” uit deel 2 van Minnaerts trilogie. De bijdrage van ondergetekende over geluid en mistpoeffers (pagina 18) is geïnspireerd door het hoofdstuk Geluid, ook uit deel 2.

Literatuur

Figuur 3. Marcel en Miep, 1936.

Applied Optics, Adler et al. (Eds., open acess), 2020: https://www.osapublishing.org/ao/ issue.cfm?volume=59&issue=21.

Molenaar, L., 2003: Marcel Minnaert, astrofysicus 1893-1970. De rok van het universum.

Balans, Amsterdam / Van Halewyck, Leuven, 602 pagina’s.

Schenk, Janneke, 2017: Over de regenboog – Regenbogen en andere lichtverschijnselen aan de hemel, natuurkundig verklaard voor iedereen, Fontaine Uitgevers.

Meteorologica 4 - 2020

5

Uitzonderlijk blauwe voorjaarsluchten in 2020 Jan Fokke Meirink, Wouter Knap, Piet Stammes (KNMI) Blauwe luchten hebben in de loop van de geschiedenis velen gefascineerd en ook Minnaert schrijft er uitvoerig over in zijn werk. Het voorjaar van 2020 bood ruim baan voor deze fascinatie aangezien de lente in Nederland begon met een groot aantal zonnige dagen met helderblauwe luchten. De meteorologische omstandigheden onder de invloed van hoge luchtdruk (Figuur 1) waren hier primair verantwoordelijk voor.

De maatregelen tegen de verspreiding van het coronavirus zorgden daarbij voor een geringere aanwezigheid van vliegtuigstrepen en minder luchtvervuiling, waardoor de luchten nog extra blauw konden worden. Maar hoe kun je een blauwe lucht eigenlijk kwantificeren en hoe bijzonder waren de blauwe luchten dit voorjaar?

Om daar iets over te kunnen zeggen, definiëren we een maat voor de blauwheid van de lucht. Vervolgens worden de blauwe luchten van dit voorjaar op basis van waarnemingen van inkomende zonnestraling op de Ruisdael-meetlocatie te Cabauw, 20 km ten zuidwesten van het KNMI in De Bilt, in historisch perspectief geplaatst.

Simulaties van de kleur van de lucht De kleur van de lucht kan eigenlijk het best worden uitgedrukt door middel van een foto. Zo toont Figuur 2 de blauwe hemel boven Cabauw op 22 maart 2020. Om de kleur kwantitatief te beschrijven maken we gebruik van simulaties van spectrale instraling (dus als functie van de golflengte λ) met het Doubling-Adding KNMI (DAK) model (Stammes, 2001).

Dit model is door de jaren heen ingezet voor vele toepassingen en onder andere gebruikt om de zogenoemde sluiting van stralingscomponenten in Cabauw te evalueren (Wang et al., 2009). Figuur 3 laat spectra zien van in de atmosfeer verstrooid licht dat invalt op het oppervlak. In een atmosfeer zonder wolken, vocht en vervuiling wordt zonlicht alleen verstrooid aan luchtmoleculen, voornamelijk stikstof en zuurstof, die veel kleiner zijn dan de golflengtes van het zonlicht.

De sterkte van deze Rayleighverstrooiing, genoemd naar de Nobelprijswinnaar (1904) Lord Rayleigh, is evenredig met λ-4: het blauwe (en violette) licht, dat de kortste golflengte heeft, wordt dus veel sterker verstrooid dan de andere kleuren, waardoor een heldere lucht diepblauw kleurt. De berekende blauwe curve in Figuur 3 volgt inderdaad ongeveer het λ-4-verband, waarbij kleine afwijkingen worden veroorzaakt door meervoudige verstrooiing en absorptie door ozon, dat als enige sporengas significant effect heeft in dit golflengtegebied. De twee andere curven tonen simulaties met aerosolen, zoals die op 22 maart 2020 zijn waargenomen en in een normale situatie

Figuur 1. Anomalie van de 500-hPa geopotentiaal in maart en april 2020 ten opzichte van de periode 1981 – 2010 op basis van de ERA5-heranalyse. Figuur gemaakt met de KNMI Climate Explorer (climexp.knmi.nl).

6

Meteorologica 4 - 2020

bij Cabauw voorkomen. Aerosolen hebben een vergelijkbare grootte als de golflengtes van het zonlicht en in dat geval vindt Mie-verstrooiing plaats, die veel minder sterk afhangt van de golflengte: λ-α, met α de Ångström-exponent die varieert tussen 0.5 voor grote deeltjes en 2.0 voor kleine deeltjes. De totale verstrooiing neemt dus vrij gelijkmatig toe voor alle kleuren, zodat het contrast tussen blauw en andere kleuren sterk afneemt en de lucht minder blauw (bleker) wordt. Wolken, niet meegenomen in Figuur 3, bestaan uit nog grotere deeltjes. De verstrooiing daaraan hangt nauwelijks van de golflengte af en daarom zijn wolken over het algemeen wit.

Waarnemingen van breedbandige instraling Spectrale waarnemingen van de inkomende straling op de grond zijn in Nederland niet beschikbaar, maar spectraal geïntegreerde, ofwel breedbandige stralingsmetingen worden wel gedaan. Het KNMI verricht sinds 2005 gedetailleerde en uiterst nauwkeurige waarnemingen in Cabauw in het kader van het wereldwijde Baseline Surface Radiation Network (BSRN, Knap, 2020; Driemel et al., 2018). De meetopstelling bevat een pyrheliometer voor direct, uit de richting van de zon, inkomende zonnestraling (Direct Normal Irradiance, DNI) en een beschaduwde pyranometer voor diffuse, ver-

Figuur 2. Opname van de sky imager in Cabauw op 22 maart 2020 om 11:33 UTC. Bovenin is de 213 meter hoge meetmast te zien.

t wereldwijde Baseline Surface Radiation Network (BSRN, Knap, 2000; Driemel et al., etopstelling bevat een pyrheliometer voor direct, uit de richting van de zon, inkomende (Direct Normal Irradiance, DNI) en een beschaduwde pyranometer voor diffuse, onnestraling (Diffuse Horizontal Irradiance, DIF).Irradiance, Deze instrumenten geplaatst opwolkenloze atmosfeer worden de sterkste enzijn ozon.

Voor een strooide, zonnestraling (Diffuse Horizontal DIF). effecten op straling de stralingscomponenten veroorzaakt door aeroDeze instrumenten zijnengeplaatst een nauwkeurige zonrige zonnevolger.

De directe diffuse op component geven samen de globale solen. Een stijging van de aerosol optische dikte (AOD) leidt nevolger. De directe en diffuse component geven samen de ontal Irradiance, GHI) volgens:

tot een afname in DNI en een sterke toename in DIF, zodat de verhouding DNI/DIF scherp afneemt (Figuur 5a), zie ook Gueymard (2019). De totale hoeveelheid inkomende straling GHI = DNI cos đ?œ—đ?œ—0 +DIF, (GHI) verandert relatief veel minder. Uiteraard hangt het waarin Ď‘0 de zonne-zenithoek is. De stralingscomponenten effect van aerosolen af van het type deeltje. In Figuur 5b en e zonne-zenithoek is. De stralingscomponenten worden uitgedrukt in W m-2. Als worden uitgedrukt in W m-2. Als voorbeeld zijn de stralings5c wordt apart gekeken naar twee belangrijke eigenschappen n de stralingsmetingen in Cabauw 22 maart 2020 in Figuur 4 weergegeven. metingen in Cabauw op 22opmaart 2020 in Figuur 4 weergevan aerosolen: het enkelvoudig verstrooiingsalbedo ω0 en de geven. eerder genoemde Ă…ngstrĂśm-exponent Îą. Meer absorberende deeltjes (lagere ω0) zorgen bij gelijkblijvende AOD voor een en breedbandige instraling en blauwe lucht Verband tussen breedbandige instraling en blauwe hogere DNI/DIF. Kleinere deeltjes (grotere Îą) geven ook een nten van lucht de breedbandige instraling hangen, net als de kleur van dehogere lucht,DNI/DIF af van de omdat bij grotere golflengtes minder licht De componenten van de breedbandige instraling hangen, net wordt verstrooid.

Atmosferische gassen zoals waterdamp en van de atmosfeer.

Om deze afhankelijkheden in kaart te brengen, gebruiken we een de kleur van de lucht,GHI, af van de samenstelling van de atmosozon zonlicht in specifieke delen van het specde doorals DAK gesimuleerde DNI en DIF irradianties als functie vanabsorberen een aantal feer. Om deze afhankelijkheden in kaart te brengen, gebruiken trum, waardoor er ook minder licht overblijft om verstrooid te e parameters (Greuell et al., 2013), ontwikkeld voor het afleiden van worden. zonnestraling aan we een database van de door DAK gesimuleerde GHI, DNI De mate waarin DNI/DIF wordt beĂŻnvloed hangt af it satellietmetingen (Meirink et al., 2019).

5 toont van de deverschillende en DIF irradianties als functie van een aantalFiguur atmosferische spectrale signatuur van de absorptie en van de hoogte (Greuell et op al., 2013), afleiden waaropmet de absorberende gassen zich bevinden. Netto leidt ponenten,parameters genormaliseerd hun ontwikkeld waardes voor voorheteen atmosfeer alleen van zonnestraling aan de grond uit satellietmetingen (Meirink waterdamp (Figuur 5d) tot een afname van DNI/DIF terwijl rooiing (verder Rayleighatmosfeer genoemd), als functie van aerosoleigenschappen, et al., 2019). Figuur 5 toont de verschillende stralingscompoozon (Figuur 5e) tot een lichte toename leidt. en ozon.nenten, Voor genormaliseerd een wolkeloze atmosfeer de sterkste effecten de op hun waardes worden voor een atmosfeer Zetten weopde resultaten van Figuur 5 op een rij, dan blijkt alleen Rayleighverstrooiing (verder Rayleigh-atmosfeer ponenten met veroorzaakt door aerosolen. Een stijging van de aerosol optische dikte (AOD) als functie aerosoleigenschappen, waterdamp afname ingenoemd), DNI en een sterke van toename in DIF, zodat de ratio DNI/DIF scherp afneemt globale straling (Global Horizontal Irradiance, GHI) volgens:

ie ook Gueymard (2019). De totale hoeveelheid inkomende straling (GHI) verandert minder. Uiteraard hangt het effect van aerosolen af van het type deeltje. In Figuur 5b en art gekeken naar twee belangrijke eigenschappen van aerosolen: het enkelvoudig albedo đ?œ”đ?œ”0 en de eerder genoemde Ă…ngstrĂśm-exponent Îą. Meer absorberende deeltjes zorgen bij gelijkblijvende AOD relatief voor een hogere DNI/DIF. Kleinere deeltjes geven ook een hogere DNI/DIF omdat bij grotere golflengtes minder licht wordt mosferische gassen zoals waterdamp en ozon absorberen zonlicht in specifieke delen rum, waardoor er ook minder licht overblijft om verstrooid te worden. De mate waarin dt beĂŻnvloed hangt af van de spectrale signatuur van de absorptie en van de hoogte bsorberende gassen zich bevinden. Netto leidt waterdamp (Figuur 5d) tot een afname erwijl ozon (Figuur 5e) tot een lichte toename leidt. n we de resultaten van Figuur 5 van op diffuse een rij, dan blijkt voor de effecten van aerosolen Figuur 3. Gesimuleerde spectra inkomende zonnestraling gemiddeld over alle richtingen van de hemel en genormaliseerd meteen de blauwere hemel. Voor ) steeds te gelden dat een hogere DNI/DIF samengaat met inkomende straling aan de top van de atmosfeer.

Drie gevallen worden iet in Figuur 5 zijn opgenomen, geldt dit des te meer. Al bij een klein beetje bewolking getoond: atmosfeer zonder aerosolen (AOD = 0), atmosfeer van 22 uwe aanzien van de lucht verstoord; tegelijkertijd neemt de diffuse straling sterk toe, maart 2020 in Cabauw (AOD = 0.054) en atmosfeer met een normale ls de wolken zich voor zon bevinden) sterk af en DNI/DIF dus laag. Voor de hoeveelheid aerosolde in Cabauw in maart (AOD = 0.2).

Ookwordt de theoreti-4 sche Rayleigh-afhankelijkheid (Îť ) is afgebeeld.

De simulaties zijn gedaanniet evident, maar daar e gassen waterdamp en ozon (Figuren 5d en 5e) is zo’n verband met het DAK-stralingsmodel voor een zonne-zenithoek van 55 graden en er dat hun effecten relatief klein zijn. Gegeven bovenstaande verbanden definiÍren we een ozonkolom van 410 DU (gemeten waarde van 22 maart 2020). wheidsindex B, een proxy voor de blauwheid van de lucht afgeleid uit metingen van 2

Figuur 4. Directe (links) en diffuse (rechts) instraling in Cabauw op 22 maart 2020 (rood) en 15 februari 2019 (blauw). Deze dagen hebben respectievelijk de hoogste blauwheidsindex in het voorjaar van 2020 en in de hele Cabauw-meetreeks vanaf 2005.

Figuur 5. Gevoeligheid van GHI, DNI, DIF en DNI/DIF voor (a) aerosol optische dikte, AOD, bij 500 nm, (b) enkelvoudig verstrooiingsalbedo, ω0 , (c) ÅngstrÜm-exponent, ι, (d) hoeveelheid waterdamp, WVP en (e) hoeveelheid ozon, TCO (in Dobson Units, DU). De stralingscomponenten zijn genormaliseerd op de Rayleighatmosfeer, behalve in (b) en (c), waar genormaliseerd is op een atmosfeer met AOD = 0.1. In (a) – (c) zijn tevens de waardes van de niet-gevarieerde aerosoleigenschappen aangegeven. De simulaties zijn gedaan voor een zonne-zenithoek van 55 graden en de oppervlaktealbedo van grasland. Merk op dat de verticale as in (a) afwijkt van die in de andere panelen.

Meteorologica 4 - 2020

7

De zeer blauwe luchten van 22 en 31 maart 2020 voor de effecten van aerosolen (Figuren 5a-c) steeds te gelden Voor de periode 2005 – 2020 kunnen we op basis van de dat een hogere DNI/DIF samengaat met een blauwere hemel.

Cabauwmetingen per dag de blauwheidsindex bepalen en Voor wolken, die niet in Figuur 5 zijn opgenomen, geldt dit een top twintig van blauwe dagen samenstellen (Tabel 1). des te meer. Al bij een klein beetje bewolking wordt het blauDe maximale blauwheidsindex voor deze periode blijkt bijna we aanzien van de lucht verstoord; tegelijkertijd neemt de 79% te zijn, gemeten op 15 februari 2019. De op die dag diffuse straling sterk toe, neemt DNI (als de wolken zich voor gemeten instraling is eveneens weergegeven in Figuur 4. 22 de zon bevinden) sterk af en wordt DNI/DIF dus laag. Voor de en 31 maart 2020 komen op de respectievelijk achtste (B = absorberende gassen waterdamp en ozon (Figuren 5d en 5e) is 71.0%) en dertiende (B = 67.8%) plaats. Deze dagen van 2020 zo’n verband niet evident, maar daar staat tegenover dat hun zijn dus zeker bijzonder, maar er zijn recentelijk nog ‘blauweeffecten relatief klein zijn. Gegeven bovenstaande verbanden re’ dagen voorgekomen. Opvallend is overigens dat de meeste definiĂŤren we hier de blauwheidsindex B, een proxy voor de dagen in deze top twintig in recente jaren zijn opgetreden; een blauwheid van de lucht afgeleid uit metingen van DNI/DIF interessant feit dat we nog nader willen onderzoeken.

(Kader 1). Het is van belang hierbij nog twee opmerkingen Kijken we alleen naar de voorjaarsmaanden maart, april en te maken. Ten eerste heeft B een sterke relatie met de blauwmei dan blijkt 22 maart 2020 de ranglijst aan te voeren (Tabel heid van de hemel maar het is er geen directe meting van; B 2). Bovendien staat 31 maart op de derde en 25 maart op de bevat ook subtiele effecten die niet een-op-een met de blauwheid corresponderen. Ten tweede is B een over de hemelbol Kader 1). Het is van belang hierbij nog twee opmerkingen te maken. Ten eerste Ranking heeft B een DIF DNI/DIF Datum Blauwheids- DNI gemiddelde grootheid, die dus geen uitdrukking geeft aan de -2 -2 atie met deblauwheid blauwheidvan vandelen de hemel maar het is er geen directe meting van; B bevat ook ] [W m ] [-] index B [%] [W m van de hemel. ffecten die niet een op een met de blauwheid corresponderen. Ten tweede is B een over 1 15/02/2019 78.8 843 48 17.6 bol gemiddelde grootheid, die dus geen uitdrukking geeft voor de blauwheid van delen van Kader 1 – Blauwheidsindex 2 04/12/2016 75.3 692 37 18.8 In een Rayleighatmosfeer hangt de straling aan de grond af 3 29/11/2016 75.1 700 38 18.4 van de stand van de zon en de hoeveelheid lucht (oppervlak4 17/08/2016 73.9 939 64 14.7 tedruk, ps). Deze aspecten worden geïllustreerd in Figuur 6.

Blauwheidsindex 5 25/02/2018 72.9 887 56 15.8 Het blijkt dat DNI/DIF in een Rayleighatmosfeer toeneemt ayleighatmosfeer hangt de straling aan de grond af van de stand van de zon en de als de zon lager aan de hemel staat en afneemt bij hogere 6 25/02/2019 71.1 847 55 15.3 eid lucht (oppervlaktedruk, ps). Deze aspecten worden geĂŻllustreerd in Figuur 6. Het blijkt oppervlaktedruk. We definiĂŤren de blauwheidsindex (B) als 02/07/2018 71.1 955 69 13.8 IF in een Rayleighatmosfeer als de zon lager de hemel staat en 7afneemt bij de verhouding vantoeneemt de gemeten DNI/DIF en aan de theoretische, 8 22/03/2020 71.0 953 66 14.5 ppervlaktedruk.

We definiĂŤren de blauwheidsindex (B) als de verhouding gesimuleerde DNIR/DIF voor een Rayleighatmosfeer, waar- van de gemeten R 9 01/07/2018 69.0 950 71 13.4 bij alle stralingscomponenten worden geĂŻntegreerd over een en de theoretische, gesimuleerde DNIR/DIF een Rayleighatmosfeer, waarbij alle R voor 10 05/10/2016 68.6 871 60 14.4 te worden kiezen tijdvak (t0 < t over < t1) een op de omponenten geĂŻntegreerd te dag: kiezen tijdvak (t0 < t < t1) op de dag: đ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ =

â&#x2C6;Ť DNI(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą)đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą / â&#x2C6;Ť DIF(đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą)đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą . (đ?&#x153;&#x2014;đ?&#x153;&#x2014;đ?&#x153;&#x2014;đ?&#x153;&#x2014; (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą), đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą))đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą / â&#x2C6;Ť DIFđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; (đ?&#x153;&#x2014;đ?&#x153;&#x2014;đ?&#x153;&#x2014;đ?&#x153;&#x2014;0 (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą), đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; (đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą))đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ą DNI â&#x2C6;Ť đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; 0

11

29/05/2009 68.5

944

72

13.1

12

24/08/2016 68.1

884

65

13.5

13

31/03/2020 67.8

948

70

13.6

14

09/02/2008 66.9

784

52

15.2

15 17/02/2008 65.0 815 57 14.3 wheidsindex kan in theorie waardeskan aannemen tussen 0 en 1 aannemen en kan worden uitgedrukt in Deze blauwheidsindex in theorie waardes 16 28/11/2016 64.0 676 43 15.7 tussen 0 ennaar 1 enblauwe kan worden uitgedrukt %. Aangezien het zo groot mogelijk zien het doel is om dagen te kijkeninwordt het tijdvak doel is om blauwe te kijken wordt het tijdvak 17 boven de 29/01/2006 62.5 745 51 14.7 met als voorwaarde dat naar de zon ook opdagen de kortste dag gedurende het hele tijdvak zo groot mogelijk gekozen als voorwaarde dat UTC de zon aat. Deze voorwaarde leidt ertoe dat wemet het tijdvak 8:00 â&#x20AC;&#x201C; 15:00 zullen beschouwen.

18 10/10/2010 61.6 841 63 13.3 ook op de kortste dag gedurende het hele tijdvak boven de 19 02/10/2015 61.6 869 67 13.0 horizon staat. Deze voorwaarde leidt ertoe dat we het tijdvak auwe luchten van 22 en 31 maart 2020 20 02/02/2012 61.4 777 55 14.2 8:00 â&#x20AC;&#x201C; 15:00 UTC zullen beschouwen. periode 2005 â&#x20AC;&#x201C; 2020 kunnen we op basis van de Cabauwmetingen Tabel per 1. dag de Top twintig van de blauwste dagen in Cabauw sinds de start van dsindex bepalen en een top-20 van blauwe dagen samenstellen (Tabel 1). De maximale de BSRN-metingen in 2005. Alle waardes zijn berekend over het tijdvak dsindex voor deze periode blijkt bijna 79% te zijn, gemeten op 15 februari 2019. die 8 â&#x20AC;&#x201C; De 15 op UTC. ten instraling is eveneens weergegeven in Figuur 4. 22 en 31 maart 2020 komen op de DIF DNI/DIF Ranking Datum Blauwheids- DNI velijk achtste (B = 71.0%) en dertiende (B = 67.8%) plaats. Deze dagen van 2020 zijn dus index B [%] [W m-2] [W m-2] [-] onder, maar er zijn recentelijk nog â&#x20AC;&#x2DC;blauwereâ&#x20AC;&#x2122; dagen voorgekomen. Opvallend is overigens este dagen in deze top twintig in recente jaren zijn opgetreden; een interessant1feit dat we 22/03/2020 71.0 953 66 14.5 r willen onderzoeken.

2 29/05/2009 68.5 944 72 13.1 jken we alleen naar de voorjaarsmaanden maart, april en mei dan blijkt 22 maart 2020 de 3 31/03/2020 67.8 948 70 13.6 an te voeren (Tabel 2). Bovendien staat 31 maart op de derde en 25 maart op de 4 negende 07/03/2011 61.0 865 67 12.9 totaal blijken er vijftien dagen van 2020 (5x maart, 7x april, 3x mei) in de voorjaars top 5 06/05/2018 60.1 933 80 11.7 taan.

6 20/03/2014 60.0 879 70 12.6 7

15/05/2019

59.0

938

82

11.4

r in het voorjaar van 2020 8 20/03/2018 58.5 907 75 12.1 april 2020Figuur kenden langdurige periodes met een persistent hogedrukgebied boven 9 25/03/2020 58.2 931 78 11.9 6. Jaarlijkse gang van GHI, DNI, DIF en DNI/DIF over het tijdd (Figuur 1).vak In de atmosfeer vormden zichinnauwelijks wolken. met de 8 â&#x20AC;&#x201C; stabiele 15 UTC voor een Rayleighatmosfeer Cabauw en voor twee In verband 10 03/05/2011 56.7 943 85 11.1 sis was het vliegverkeer drastisch en door vaak droge bovenlucht lieten de verschillende waardes van afgenomen de oppervlaktedruk.

De de stralingscomponenzijn genormaliseerd de waardes 20 juni bij ps = 1013 hPa. cirrus Tabel 2. Top de tien van de blauwste voorjaarsdagen (maart tot en met h aanwezigetenvliegtuigen vrijwel op geen strepenopachter.

Ook natuurlijke was door in Cabauw enlucht weinig aanwezig. De coronamaatregelen zorgden tevens voor mindermei) uitstoot van sinds de start van de BSRN-metingen in 2005. uiling, zoals bijvoorbeeld overtuigend is aangetoond voor NO2 (Eskes et al., 2020). De lucht 8 Meteorologica 4 - 2020 derland had vaak een noordelijke herkomst, met regelmatig ook een duidelijke oostelijke

negende plaats. In totaal blijken er vijftien dagen van 2020 (5x maart, 7x april, 3x mei) in de voorjaars-topvijftig te staan.

Atmosfeer in het voorjaar van 2020 Maart en april 2020 kenden langdurige periodes met een persistent hogedrukgebied boven Nederland (Figuur 1). In de stabiele atmosfeer vormden zich nauwelijks wolken. Als gevolg van de coronacrisis was het vliegverkeer drastisch afgenomen en door de vaak droge bovenlucht lieten de sporadisch aanwezige vliegtuigen vrijwel geen condensstrepen achter. Ook natuurlijke cirrus was door de droge bovenlucht weinig aanwezig. De coronamaatregelen zorgden tevens voor minder uitstoot van luchtvervuiling, zoals bijvoorbeeld overtuigend is aangetoond voor NO2 (Eskes et al., 2020). De lucht boven Nederland had vaak een noordelijke herkomst, met regelmatig ook een duidelijke oostelijke component (zie

Figuur 7 voor 22 maart), die normaal gesproken voor meer vervuiling zou zorgen maar nu schone lucht bracht. De AOD bij 500 nm was op 22 maart ongeveer 0.05. Dit is een zeer lage waarde voor Cabauw, waar de AOD gemiddeld in deze tijd van het jaar rond de 0.2 bedraagt, hoewel metingen aantonen dat dergelijke lage waardes in het verleden vaker zijn voorgekomen. Verticale profielen gemeten met een lidar (Figuur 8) tonen aan dat vanaf de namiddag van 21 maart tot en met 25 maart de atmosfeer erg schoon was, met lage concentraties aerosol (donkerblauwe kleuren). Op 24 maart is te zien dat er een pluim van stof over Cabauw trok op een hoogte tussen 2 en 4 km. Verder werd aan het eind van deze periode enige cirrusbewolking waargenomen. Na 25 maart nam de luchtvervuiling met een meer zuidelijke stroming sterk toe en op 27 maart liep de AOD zelfs op tot rond de 0.35. Op 31 maart volgde nogmaals een zeer heldere dag.

Conclusie Op basis van de hier geïntroduceerde maat voor de blauwheid van de lucht mogen we concluderen dat, in vergelijking tot eerdere voorjaren, de maanden maart en april van 2020 zeer veel dagen met uitzonderlijk blauwe luchten kenden.

De ‘blauwste’ dag in Cabauw was 22 maart, gevolgd door 31 maart. In de afgelopen 15 jaar is er echter nog een handvol dagen met blauwere luchten geweest, vooral buiten het voorjaar. Zulke blauwe luchten zijn mogelijk als de lucht uit schone regionen komt, wat in de praktijk betekent dat de aanvoerrichting een noordelijke component heeft. De afwezigheid van zowel vliegtuigstrepen als natuurlijke sluierbewolking, veroorzaakt door het persistente hogedrukweer en geholpen door het verminderde vliegverkeer en de verlaagde hoeveelheid luchtvervuiling, hebben de ideale omstandigheden voor blauwe luchten gecreëerd. Het exacte aandeel van de coronamaatregelen hierin is met deze studie niet te bepalen maar is volop onderwerp van lopend onderzoek.

Figuur 7. Terugwaartse trajectoriën op 22 maart 2020. De trajectoriën zijn gemaakt met het NOAA HYSPLIT model op basis van GDAS-data.

Ze eindigen in Cabauw om 12 UTC en gaan 24 uur terug in de tijd. De kleuren komen overeen met drie verschillende hoogtes van het eindpunt: 500 m (rood), 1500 m (blauw) en 2500 m (groen).

Dankwoord We willen Henk de Bruin bedanken voor de stimulerende discussies en Arnoud Apituley voor het maken van Figuur 8.

Referenties

Driemel, A. en 36 co-auteurs, 2018: Baseline Surface Radiation Network (BSRN): structure and data description (1992-2017), Earth Syst. Sci. Data, 10, 1491-1501, doi:10.5194/essd-10-1491-2018.

Eskes, H., Veefkind, P. en Levelt, P., 2020: Afname luchtvervuiling boven Nederland, KNMI-Klimaatbericht 27-03-2020, https://www.knmi.nl/over-het-knmi/nieuws/afname-luchtvervuiling-boven-nederland.

Greuell, W., Meirink, J. F. en Wang, P., 2013: Retrieval and validation of global, direct, and diffuse irradiance derived from SEVIRI satellite observations, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118, 2340–2361, doi:10.1002/jgrd.50194.

Gueymard, C. A., 2019: Clear-sky radiation models and aerosol effects, in Polo, J., Martin-Pomares, L., Sanfilippo, A. (eds) Solar resources mapping, pp 137-182, Green Energy and Technology. Springer, Cham., doi:10.1007/978-3-319-97484-2_5.

Knap, W. H., 2020: Basic measurements of radiation at station Cabauw (2020-05).

Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut, De Bilt, https://doi.pangaea. de/10.1594/PANGAEA.921048.

Figuur 8. Aanwezigheid van aerosolen en wolken in de hoogte gemeten met een lidar-instrument in Cabauw van 20 maart tot 2 april 2020. De kleuren geven aan of er wolken zijn (wit) of aerosolen. De blauwe tinten betekenen weinig aerosol, terwijl groen, geel en bruin hogere concentraties aangeven. Op grotere hoogte (boven de 4 km) neemt de ruis in het lidarsignaal toe. Hierdoor zijn wolken, die een sterk signaal geven, op grotere hoogte wel goed zichtbaar, maar eventuele aerosolen minder.

Meirink, J. F., de Vries, H., Knap, W. en Stammes, P., 2019: Globale straling meten met satellieten – terugblik op het zonnige jaar 2018, Meteorologica, 28, 12–15.

Stammes, P., 2001: Spectral radiance modelling in the UV-visible range, in IRS 2000: Current Problems in Atmospheric Radiation, edited by W. L. Smith and Y. M. Timofeyev, pp. 385–388, A. Deepak, Hampton, Va. Wang, P., W. H. Knap, P. Kuipers Munneke en P. Stammes, 2009: Clear-sky shortwave radiative closure for the Cabauw Baseline Surface Radiation Network site, Netherlands, J. Geophys. Res., 114, D14206, doi:10.1029/2009JD011978.

Meteorologica 4 - 2020

9

Het wonderbare ijs Henk de Bruin, Robert Mureau Minnaert opent zijn hoofdstuk ‘Het wonderbare ijs’ in deel 2 van zijn Natuurkunde van ‘t Vrije Veld met een gedicht over ijs dat smelt door de ochtendzon, waarin de lezer de vergankelijkheid der dingen kan lezen.

Maar de bijzondere natuurkundige eigenschappen van ijs zijn onvergankelijk. Bij weer en klimaat speelt ijs een grote rol. Denk aan poolijs, gletsjers maar ook aan het Wegener-Findeisen-Bergeron proces dat verklaart hoe neerslag ontstaat in onze gematigde streken. IJskristallen zorgen voor halo’s, rijp en ruige rijp, en ijsvorming in de grond bevordert de bodemvruchtbaarheid. Minnaerts hoofdstuk omvat ijsfenomenen die bekend waren omstreeks 1940. Sindsdien zijn er nog nieuwe fenomenen gevonden: zo ontdekte de Tanzaniaanse scholier Erasto Mpemba dat warm water sneller bevriest dan koud water. In dit artikel worden enkele ijsvormen behandeld die in Minnaerts tijd nog niet goed bekend of begrepen waren. Dit betreft met name ‘ijsspikes’ die uit ijsblokjes kunnen ontstaan, ‘haarijs’ uit dood hout, en ‘lintijs’ dat aan overwinterende stengels van vorstkruid vormt. Het hoofdthema van dit artikel is echter de relatie tussen weer en ijsvorming op open water en over het nog altijd operationele ijsgroeimodel van het KNMI. Dat dit model destijds operationeel werd, is in eerste instantie te danken aan wijlen Herman Wessels. Daarom hebben we dit artikel deels aan hem opgedragen.

IJs op open water – de belangrijke processen Voor ijsvorming is een mechanisme nodig waardoor allereerst water afkoelt tot het vriespunt. Na de eerste ijsvorming moet de stollingswarmte die aan de onderkant van het ijs vrijkomt worden afgevoerd naar de atmosfeer. Hierbij spelen drie processen een rol. Ten eerste: de afgifte van voelbare warmte door het ijs-watersysteem aan de koudere atmosfeer.

Deze afgifte hangt af van de luchttemperatuur en neemt toe bij hogere windsnelheid. Ten tweede: het koelend effect van verdamping van water en ijs (sublimatie) aan het oppervlak.

Dit hangt af van de windsnelheid en de luchtvochtigheid. Bij drogere lucht is er meer verdamping dan bij vochtige lucht.

Ten derde: het nettoverlies van infrarode (IR) straling. Water en ijs zijn beide in eerste benadering ‘zwart’ in het infrarood (golflengten tussen 4 en 100 micron). Omdat bij vorstinval het ijs of het water warmer is dan de atmosfeer, emitteert dit meer infrarode straling dan ontvangen wordt door de atmosfeer, vooral ’s nachts onder onbewolkte en droge omstandigheden.

Deze drie processen zijn te beschrijven met een model om de ijsvorming (en de watertemperatuur) te berekenen.

Het model van de Bruin en Wessels Het ijsgroeimodel van het KNMI is in eerste instantie ontwikkeld door de Bruin en Wessels (1988) als uitbreiding van het watertemperatuurmodel van Keijman (1974). Hier behandelen we kort enkele natuurkundige aspecten. Het model begint nadat het eerste ijslaagje is gevormd. Verdere ijsaangroei vindt plaats aan de onderkant van de ijslaag. Zoals hierboven vermeld komt bij het stollen van water tot ijs warmte vrij. IJs zal alleen aangroeien als deze warmte kan worden afgegeven aan de atmosfeer. Centrale grootheid in het model is de stollingswarmte (Qs) die per seconde en per m2 aan de atmosfeer wordt afgegeven:

dhijs dt

=

Qs ρijs Ls

met hijs de ijsdikte, ρijs de dichtheid van ijs en Ls de specifieke stollingswarmte. Omdat de waterlaag onder het ijs stabiel van opbouw is (relatief zwaar water aan de bodem en licht water net onder de ijslaag) is de warmteafgifte aan het diepere water verwaarloosbaar. In het model wordt een, niet eerder gepubliceerde, formule voor Qs afgeleid als functie van standaard 10

Meteorologica 4 - 2020

(verwachte) weergegevens (bewolking, luchttemperatuur, luchtvochtigheid en windsnelheid op 2m) en de oppervlaktetemperatuur van het ijs (Ts). Deze formule omvat de eerder beschreven processen (afgifte door voelbare warmte, afkoeling door verdamping van ijs (sublimatie) en door IR-stralingsverlies), en zou in de toekomst gebruikt kunnen worden door met een IR-thermometer Ts te meten. De stollingswarmte Qs moet door de ijslaag worden getransporteerd. Dit transport is gelijk aan het temperatuurverschil over de ijslaag (Ts - Tf), waarin Tf het vriespunt van water is, gedeeld door de ijsdikte hijs en vermenigvuldigd met de warmtegeleidingscoëfficiënt van ijs λijs. Met deze vergelijking kan de onbekende Ts worden geëlimineerd.

De relatie laat zien dat hoe dikker het ijs is hoe langzamer het zal aangroeien. IJsaangroei van 0 tot 10 cm gaat daardoor sneller dan van 10 naar 20 cm. Voor een Elfstedentocht met 20.000 deelnemers en een miljoenenpubliek is ten minste 20 cm nodig, en dus een langere periode met aanhoudende vorst vergt. Het model beschrijft ook het afsmelten van de ijslaag bij een dooi-inval. In dat geval strijkt warme lucht over het ijsoppervlak, dat gaat smelten en dus 0 °C wordt. De temperatuurgradiënt door de ijslaag is dan nul en het warmtetransport door het ijs ook. De waterlaag onder het ijs kan dus niet bijdragen aan het smeltproces. De atmosfeer moet zorgen voor warmtetoevoer naar de ijslaag. Dat kan door straling (overdag de zon, ’s nachts warmere wolken dan ijs, wat leidt tot netto IR-straling naar het ijs toe, maar hoofdzakelijk door toevoer van voelbare warmte van de warme lucht richting ijs). De toevoer wordt bemoeilijkt door het feit dat de lucht vlak boven de ijsvloer stabiel van opbouw is. Het oppervlak is immers 0 °C en de lucht is warmer. Het smeltproces gaat daardoor relatief langzaam. Vaak blijft ijs na een dooi-inval nog lang liggen.

Het model houdt ook rekening met sneeuw. Sneeuw is een slechte warmtegeleider. Daardoor belemmert een sneeuwlaag de aangroei van ijs. Validatie van het model werd gedaan op basis van ijsdiktemetingen door de ijsmeesters van de Koninklijke Vereniging de Friesche Elf Steden tijdens de tochten van 1985 en 1986 (de Bruin en Wessels, 1988).

Speciale ijsvorming – pannenkoekenijs Het model kan alleen regelmatige ijsvorming en dooi modelleren. Dat komt voor bij stilstaand water. Er is echter een groot verschil tussen ijsvorming op stilstaand water en op stromend

water. Dit komt doordat de dichtheid van water het grootst is bij 4 °C. In het geval van stilstaand water dat warmer is dan 4 °C zakt afgekoeld oppervlaktewater naar de bodem. In deze fase moet dus de gehele waterlaag worden afgekoeld, wat verklaart dat ondiepe sloten eerder bevriezen dan diepe kanalen. Wanneer de watertemperatuur onder de 4 °C komt verandert de situatie, omdat oppervlaktewater dan gaat drijven op de diepere waterlaag. Bij stilstaand water begint ijsvorming daarom aan het oppervlak. In snelstromend water zorgt stroming ervoor dat de hele waterlaag goed wordt gemengd, ook onder de 4 °C. Onder het vriespunt ontstaan dan door de hele waterlaag kleine ijsdeeltjes rondom vrieskernen. Een deel van de gevormde ijsdeeltjes plakken aan de bodem vast en groeien daar aan door meer ijsdeeltjes in te vangen. Zo ontstaat grondijs. Op een gegeven moment worden de brokken grondijs zo groot dat ze door de stroming loskomen en aan het oppervlak gaan drijven. De grondijsbrokken botsen aan het oppervlak tegen elkaar aan en krijgen daardoor een afgeronde vorm. Bij aanhoudende vorst vriezen deze aan elkaar vast, en zo ontstaat pannenkoekenijs (Figuur 1).

Figuur 1. Pannenkoekenijs opgestuwd richting kust (bron: Wikipedia).

Het Cabauw slootexperiment In de winter 1996 – 1997 verrichtten Bert Heusinkveld en Adrie Jacobs (Wageningen Universiteit) en Fred Bosveld (KNMI) temperatuurmetingen in een sloot vlakbij de 200m-mast te Cabauw (Heusinkveld et al., 1997). Zij wezen erop dat, indien de oppervlaktetemperatuur van het ijs continu kan worden gemeten, de ijsdikte kan worden bepaald. Een nieuwe formule hiervoor werd door hen getest. Uit de gegevens blijkt duidelijk dat bij watertemperaturen boven 4 °C het water redelijk goed is gemengd, terwijl tussen 0 en 4 °C de verticale temperatuurgradiënt groot wordt, met koud water aan het oppervlak en warm water van ongeveer 4 °C aan de bodem (Figuur 2). Dit komt doordat water van 4 °C de hoogste dichtheid heeft.

Figuur 2. Temperatuurverloop in de tijd in een sloot te Cabauw na de vorstinval van 21 december 1996 (bron: Bert Heusinkveld et al., 1997).

Meteorologica 4 - 2020

11

5

0

0

5

5

10

10

20 We

15

Leeuwarden ice thickness Th

Fr

Celsius

5

Celsius

10

15

Sa

Su

Mo Day

Tu

We

Th

Fr

Sa

20

KNMI ice thickness forecast EPS (97010112) Thursday 2 January 1997

20

Leeuwarden T water

Control Oper Obs

15

10

10

5

5

0

0

5

5

10 15

10 15

20 25

20 25

30 Leeuwarden 35 ice thickness 40 We Th Fr

30 35 40

Sa

Su

Mo Day

Tu

We

Th

Fr

Sa

KNMI

Leeuwarden T2m 00/12 UTC

Control Oper Obs

Celsius

10

20

15

15

10 5

10

EPS (97010112) Thursday 2 January 1997

15

Leeuwarden T2m 00/12 UTC

Control Oper Obs

10 5

0

0

-5

-5

5

5

0

0

-10

-10

-5

-5

-15

-15

-10

-20 We

-10 We

Th

Fr

Sa

Su

Mo Day

Tu

We

Th

Fr

Sa

KNMI

Figuur 3. De verwachte temperatuur (onder) en ijsdikte (boven) voor Leeuwarden vanaf 18 december 1996 12 UTC (beschikbaar donderdagochtend 19 december). Groen zijn de individuele ensemble-leden (T63), rood is het operationele model (T213) en zwart de uiteindelijke verificatie. In het bovenste panel geven de groene lijnen de watertemperatuur aan.

12

KNMI

Celsius

15

Celsius

20

EPS (96121812) Thursday 19 December 1996

Meteorologica 4 - 2020

Celsius

15

10

15

20

ice (cm)

20

Leeuwarden T water

Control Oper Obs

Toekomst van ijsgroeimodellering Jammer genoeg is het ijsgroeimodel in al die jaren niet verder gemoderniseerd. Het huidige ijsmodel is erg simpel, het is een 1-kolomsmodel, met een beperkt aantal keuzeparameters zoals diepte en stroming. De diepte wordt gewoonlijk op twee

ice (cm)

ice (cm)

Celsius

15

KNMI ice thickness forecast EPS (96121812) Thursday 19 December 1996

ice (cm)

20

contactpersoon bij de Elfstedencommissie, die samen met een aantal weerkamermeteorologen de scenario’s interpreteerde.

Het was meteen raak: in de tweede week van december 1996 sloeg het weer om en gaven de tiendaagse verwachtingen een overgang naar hevige koude te zien (Figuur 3). Enigszins nerveus en argwanend volgden we de ontwikkelingen. Zou het waar zijn? Inmiddels kennen we het resultaat: het ging zelfs harder dan de modellen aangaven. Uiteraard ging de verwachting nog wel flink op en neer, want een ensemble kan nogal springerig zijn.

Omdat de ijspluim voor de eerste week van januari na het weekend van 4 januari (Figuur 4) een kleine kans op een minder koude periode aangaf (met risico dat wakken zouden ontstaan of niet meer zouden dichtvriezen), besloot de Elfstedencommissie op basis van de verwachting van donderdag, om de tocht – tegen alle gewoontes in – in het weekend, op zaterdag 4 januari, te organiseren, en niet te wachten tot de maandag erna. De zachte periode kwam uiteindelijk niet, maar dit is een goed voorbeeld van hoe je op basis van een risico-inschatting een zo veilig mogelijk besluit neemt onder het motto “better safe than sorry”. Zie voor een uitgebreidere tekst hierover de ECMWF Newsletter (Number 74, Winter 1996/97).

Inmiddels is de ijspluim een begrip geworden, ondanks (of misschien juist wel dankzij) de vele zachte winters die we sindsdien hebben gehad. Bij de geringste hint van een overgang naar koud weer begint de liefhebber in de ensembleverwachting en de ijspluim te speuren naar koude scenario’s.

Th

Fr

Sa

Su

Mo Day

Tu

We

Th

Fr

Sa

Celsius

De ijspluim (opgedragen aan Herman Wessels) Het KNMI-ijsgroeimodel zoals hierboven beschreven was al enige tijd in gebruik op het KNMI toen onderzoeker Herman Wessels in 1996 het idee opperde dit te koppelen aan de ECMWF-ensembleverwachtingen. Tot dan toe werd de ijsdikteverwachting in tabelvorm gepresenteerd, slechts twee dagen vooruit. Het leek Herman een aardig idee om verder vooruit in de tijd de aangroei van ijs en de betrouwbaarheid van de aangroei in te schatten. Hij ging, geheel in de stijl van Minnaert, hoogstpersoonlijk iedere ochtend in de winter bij vorst naar de vijver van het oude KNMI-gebouw om ter plekke de ijsdikte te meten (en als hij niet kon dan waren er altijd wel enthousiaste meteorologen die dit voor hem deden). Met behulp van het model, gevalideerd met deze metingen, kon hij nauwkeurig de ijsdikte in Friesland in de gehele 20e eeuw beschrijven (Wessels, 1999).

De code van het model werd door hem aangepast. Er werd een “loop” gebouwd om de ijsmodelcode heen (aanvankelijk voor 32 ensemble-leden, maar al spoedig voor 50). Het ECMWF-ensemble leverde uitvoer in 12-uurintervallen (op 00 en 12 UTC) van temperatuur, wind, neerslag, dauwpunt en bedekkingsgraad, waaruit alle benodigde parameters konden worden afgeleid. Toen enkele jaren later het ensemble de uitvoer om de 6 uur genereerde (en dus mogelijk een betere schatting van de minimumtemperatuur), was Herman not amused aangezien de nachttemperatuur in het model afgeregeld was op basis van de 00 UTC waargenomen temperatuur en actuele waargenomen bewolking in die nacht. Om die reden kan het model dan ook alleen op basis van de 12 UTC ensemble run gedraaid worden (die toen pas vrij laat op de dag beschikbaar kwam).

In de maand december van de daaropvolgende winter werd, via internet, de ijspluim ter beschikking gesteld aan de

-20 KNMI

Figuur 4. De verwachting waarop de Elfstedencommissie haar beslissing baseerde (beschikbaar op donderdagochtend 2 januari). Het operationele model bevond zich aan de bovenkant van de pluim; de kans op een iets minder koude periode was aanwezig maar klein. Let op de smalle ijspluim voor het dikke ijs.

Kader 1 – Enkele bijzondere ijsvormen Haarijs In Meteorologica 2006 nummer 2 (pagina’s 9 – 10) werd dit verschijnsel nog als ‘ijsvezel’ aangeduid, daarbij verwijzend naar Minnaert, maar diens beschrijving is onvolledig. Pas in 2008 werd het verschijnsel wetenschappelijk verklaard door Christian Mäzler en Gerhart Wagner en sindsdien heet het haarijs (Figuur 5, midden). Zij bevestigen de theorie van Wegener, die inhoudt dat haarijs wordt veroorzaakt door zwammen in nat rottend hout (Wagner en Mäzler, 2009; de Bruin en van den Dool, 2013). Haarijs wordt gevormd tijdens windstil weer bij temperaturen tussen -4 en -1 °C. Het is waargenomen op dood hout van de berk, de haagbeuk, de hazelaar, de els, de eik, de beuk, de esdoorn, de wilde lijsterbes en de wilde kers. Haarijs wordt in Nederland geregeld gezien.

Lintijs Lintijs (Figuur 5, links) ontstaat aan levende stengels van vorstkruid (Verbesina virginica) en kreeg enige bekendheid door James Carter (2020) die het verschijnsel bespreekt op

zijn website, waar een video is te vinden over de aangroei in de nacht en het wegsmelten na zonsopkomst. Het ontstaat bij lichte vorst. In Nederland is het verschijnsel nog nooit waargenomen. Zover bekend is er geen andere levende plant waaraan dit bijzondere verschijnsel wordt waargenomen.

Meer onderzoek is dus nodig.

IJsspikes IJsspikes of ijsspijkers (Figuur 5, rechts) worden waargenomen aan drinkbakjes voor vogels. IJsspikes kunnen thuis in de vriezer worden gemaakt met zuiver water en een ijsblokjeshouder. Kraanwater werkt niet omdat dit voor dit doel te onzuiver is. Bevriezing begint aan de randen en zo ontstaat in het midden aan het oppervlak een plek met nog onbevroren water. Verder ontstaan er op willekeurige plaatsen in het onbevroren water ijskristallen. Door dichtheidsverschillen tussen ijs en water komt er een stroming op gang met een stijgende tak in het centrum. Kleine ijskristallen worden meegevoerd en zo ontstaat een uitstulping naar boven die van onderaf steeds verder aangroeit tot een ijsspike.

Figuur 5. Lintijs (links), haarijs (midden) en ijsspikes (rechts).

meter gezet: de gemiddelde diepte van kanalen en meren in Nederland. (Dieper water met een thermocline, een grote verticale temperatuurovergang, kan het model niet aan.).

Er zijn wel ontwikkelingen gaande. Het ijsmodel is recentelijk opnieuw opgezet door de Universiteit Wageningen (Steeneveld en Koopmans, 2018), voornamelijk voor onderzoeksdoeleinden. Verder bestaat er in de internationale meteorologische wereld een Freshwater Lake (Flake) module, dat de watertemperatuur en de ijsdikte van meren berekent.

Het Flake model is vrij beschikbaar en kan gekoppeld worden aan een weermodel zoals WRF, Harmonie, het ECMWF deterministisch model, of het ensemble. Cisco de Bruijn heeft in de Meteorologica van maart 2016 een vergelijkend onderzoek beschreven tussen het Wessels en de Bruin model en Flake, beide gekoppeld aan Harmonie. Ook door de Universiteit Twente is in samenwerking met Rijkswaterstaat een vergelijkende literatuurstudie gedaan, maar dan specifiek voor ijsvorming op Nederlandse rivieren (Engberts, 2015).

We moeten bedenken dat Flake vooral ontwikkeld is om de interactie van grote meren met de grenslaag van het atmosfeermodel te verbeteren. Voor berekeningen van watertemperatuur en ijsdikte op “kanaalschaal” was men in de internationale meteorologische wereld niet geïnteresseerd. Er bestaat echter wel degelijk een relevante ECMWF-uitvoerparameter: “Lake ice depth”, zowel in het deterministische model als in

het ensemblesysteem, maar die wordt voor zover bekend niet gebruikt. Misschien moet daar toch eens naar gekeken worden, ook al beseffen we dat de resolutie van het ECMWF-model een beperking zal zijn voor kanaalverwachtingen. Hoe dan ook kan dit mogelijk een stimulans zijn voor een verdere modernisering van het huidige ijsgroeimodel.

Literatuur de Bruin, H.A.R, en H.R.A. Wessels, 1988: A model for the formation and the melting of ice on surface waters. J. Appl. Meteor., 27, 164-173. de Bruin, H.A.R, en Wessels, H.R.A., 1990: IJs in de Lage Landen. Zenit 12 (1990) 437451. de Bruin H., en H. van den Dool, 2013: Meteorologica 2013-03. de Bruijn C., en F. Bosveld 2016: Een vegelijkende studie van ijsgroeimodellen in Nederland. Meteorologica, Maart 2016.

Carter, J., 2020: http://my.ilstu.edu/~jrcarter/ice/diurnal/ Engberts H., 2015: IJsvorming op de Nederlandse Rivieren, Tech Report Univ Twente.

Helmenstine, 2019: www.thoughtco.com/make-ice-spikes-in-your-freezer-609398 Heusinkveld, B.G., A.F.G. Jacobs en F.C. Bosveld, 1997: De opkomst en ondergang van ijs in een sloot. Meteorologica 1997-04.

Mureau R., Wessels H., en H. van Dorp, 1997: Skating on EPS. ECMWF Newsletter, Number 74, Winter 1996-97 (https://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/ 1996/14650-newsletter-no74-winter-199697.pdf).

Steeneveld G.J. en S. Koopmans, 2018: Ice in Dutch cities, Urban Climate news letter, pg 30. (http://urban-climate.org/newsletters/IAUC067.pdf).

Wagner, G. &Ch. Mäzler, 2009; https://www.wagnerger.ch/daten/haareis4.pdf Wessels H.R.A., 1999: IJsbedekking in Friesland gedurende de 20e eeuw, Zenit, 26, 60-63.

Meteorologica 4 - 2020

13

In het licht van Minnaert – vijftig jaar inspiratie door een meesterdocent en -waarnemer Peter Paul Hattinga Verschure Een van de markanste natuurkundigen uit de voorbije eeuw was prof. dr. M.G.J. (Marcel) Minnaert, schepper van het wereldberoemde werk De natuurkunde van ‘t vrije veld (I). Hij is nog levendig aanwezig in het collectief geheugen van de fysicawereld, maar niet alleen daar: hij was een zeer inspirerende persoonlijkheid voor iedereen die liefde en belangstelling toonde voor verschijnselen aan de hemel en in de vrije natuur. In oktober 2020 is het vijftig jaar geleden dat hij is overleden. Dit artikel wil dat gedenken vanuit de optiek van weerliefhebbers uit het amateurveld en dan met name waarnemers van optische verschijnselen, zogezegd de uitvoerders van De natuurkunde van ‘t vrije veld.

Minnaert als inspiratiebron Het overlijden van Marcel Minnaert op 26 oktober 1970 markeert het einde van een tijdperk. De jaren waarin een actief landelijk netwerk van vrijwillige waarnemers van optische verschijnselen en onweer werkzaam was voor het KNMI waren met het beëindigen per 31 december 1965 van de jaarlijkse uitgave van Onweders, optische verschijnselen enz. in Nederland naar vrijwillige waarnemingen (2) voorbij. Het waren ook de laatste jaren van het tijdschrift Hemel en Dampkring, dat sinds 1903 het orgaan was van de Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde (NVWS). (De NVWS, Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde, werd ter gelegenheid van haar honderdjarig jubileum in 2001 het predicaat ‘Koninklijk’ verleend, waardoor de naam nu KNVWS is.)

Hemel en Dampkring was spreekbuis en verbindingskanaal van zeer actieve weer- en sterrenkundebeoefenaars uit amateur- én academiekringen.

Niets vond Minnaert belangrijker dan het stimuleren van belangstelling voor de dagelijkse natuur om ons heen, en dan in het bijzonder de ‘niet-levende natuur’ van wolken en wind, sterren en meteoren, licht en kleur. Hij had de overtuiging dat belangstelling voor de natuur de mensen dichter bij elkaar kon brengen en aldus tot een betere wereld zou leiden. Hij zou het heel jammer hebben gevonden als alle activiteiten en inspanningen uit zijn jaren zonder vervolg zouden zijn gebleven. Er moet voor hem evenwel hoop gegloord hebben. Signalen van een nieuwe generatie liefhebbers en waarnemers hebben hem bereikt. Schrijver dezes was een van hen.

Figuur 1. Marcel Minnaert legt de werking van luchtspiegeling uit bij zijn lezing in Amsterdam op 18 april 1969 (J. Degewij).

Natuurkundeles Tijdens mijn schooljaren in Amsterdam ontstond mijn belangstelling voor het weer en hemelverschijnselen. Die moet zijn voortgekomen uit een fascinatie voor het ongrijpbare en het onverwachte. De ondoorgrondelijke diepte van de sterrenheKader 1 – Citaat uit ‘De natuurkunde van ‘t vrije veld’ “Wie houdt van de natuur neemt haar verschijnselen waar, zoals hij ademt en leeft. Zonneschijn en regen, warmte en koude, zijn hem even welkome gelegenheden tot opmerken, hij vindt zijn gading in de stad en in het bos, in een zandvlakte en op de zee. Ieder ogenblik wordt hij getroffen door nieuwe en belangwekkende gebeurtenissen”. [Uit de inleiding van De natuurkunde van ‘t vrije veld, deel 1: ‘Licht en kleur in het landschap’] 14

Meteorologica 4 - 2020

Figuur 2. Een simpele opstelling om de blauwtinten van verschillende hemelgebieden te kunnen vergelijken. Inzet: cyanometer van Horace-Bénédict de Saussure (eind 18de eeuw) waarmee de blauwtint kan worden bepaald.

Figuur 3. Een straatlantaren doet de natte boomtakken in een kransvorm glinsteren.

mel en een onaangekondigde plotselinge aanwezigheid van een natuurverschijnsel riepen een levendige verwondering op. In 1965 begon ik met het dagelijks noteren van de weersgesteldheid. Al in de loop van de eerste jaren raakte ik in het bijzonder geïnteresseerd in licht- en kleurfenomenen die zich volgens zekere patronen in de chaotische wolkenhemel aftekenen. Vanaf 1969 kwam het accent in de dagnotities dan ook meer te liggen op wat ik toen al wist te benoemen als ‘optische verschijnselen’. Ik kwam daar steeds meer van te weten door publicaties als Optische verschijnselen aan de hemel van S. W. Visser (3) en De natuurkunde van ‘t vrije veld van Minnaert.

Ik bezocht in die jaren lezingen over weer- en sterrenkunde die werden georganiseerd door de Amsterdamse Weer- en Sterrenkundige Kring, de AWSK. Onvergetelijk bleef voor mij de lezing van Minnaert over ‘Licht en kleur in het landschap’ op 18 april 1969. Ademloos nam ik zijn enthousiasme in mij op en de onnavolgbare wijze waarop hij natuurkundige dingen eenvoudig en met veel gebaren wist uit te leggen was zeer inspirerend. Dít was nog eens natuurkundeles! Ik bewonderde al zijn dia’s van verschijnselen die je allemaal kon zien als je maar goed keek. En kijken, dat was mijn leven. Halo’s, kransen en regenbogen zouden voor de rest van mijn leven de kern vormen van mijn belangstelling en liefde voor de natuur.

Afspraak Doorslaggevend voor die belangstelling waren enkele waarnemingen van haloverschijnselen in Amsterdam, waarvan ik met de opgedane kennis uit genoemde boeken en lezingen had vastgesteld dat die voor Nederland heel ongewoon

Figuur 4. Halo om de maan. Gouache van W. Wenckebach uit 1908.

Deze afbeelding is meerdere malen gebruikt in KNMI-publicaties en staat ook in De natuurkunde van ‘t vrije veld.

Figuur 5. Luchtspiegeling op een asfaltweg.

moesten zijn geweest. Van die haloverschijnselen had ik ook foto’s gemaakt. Ik schreef er een artikel over voor Hemel en Dampkring (4) en voor het Britse tijdschrift Weather (5). Ook richtte ik brieven over mijn bevindingen aan H. ten Kate, toenmalig hoofd Klimatologische Dienst van het KNMI, en aan Minnaert. Op 8 juli 1970 ontving ik een terugschrijven (6): Beste mijnheer Hattinga Verschure, Ik zal het zeer prettig vinden, bij gelegenheid Uw dia’s te bewonderen van verschillende optische verschijnselen. Deze week ben ik nog wel erg bezet, maar misschien wilt u voor de volgende week eens telefonisch een afspraak maken. Het beste is voor mij ‘s ochtends tussen 11 en 12 uur.

Met vriendelijke groeten, M. Minnaert Toen ik de week erna opbelde bleek een afspraak nog even te moeten wachten omdat Minnaert vermoeidheidsklachten had.

Een ontmoeting heeft helaas niet meer kunnen plaatsvinden.

Jonge waarnemers Het was zeker in de geest van Minnaert dat in 1971 een eerste correspondentie plaatsvond tussen ondergetekende en Frank Nieuwenhuijs uit Den Haag waarin uitvoerig waarnemingen van haloverschijnselen werden uitgewisseld. Frank was in 1970 de initiator van de Werkgroep Meteorologie van de Jongerenwerkgroep (‘JWG’) van de NVWS. De nieuwe werkgroep beleefde een snelle aanwas en telde begin 1972 ongeveer 25 actieve leden. Begin 1972 deed Nieuwenhuijs een eerste editie verschijnen van Waarnemingen van optische verschijnselen, onweders enz. in Nederland, met daarin waarnemingsgegevens van een handjevol jonge waarnemers. In mei werd het blad omgedoopt tot Mededelingenblad van de Werkgroep Meteorologie in Nederland en werd de redactie ingericht. Behalve waarnemingen van optische verschijnselen en onweders verschenen ook maandoverzichten van amateur-meetgegevens. Na een periode van vallen en opstaan kwam uit dit initiatief het maandblad Weerspiegel (7) voort, dat voor het eerst in maart 1974 verscheen en inmiddels zijn 47ste jaargang beleeft. Weerspiegel verzorgt elke maand overzichten van onweer, sneeuw, windhozen en ook een door ondergetekende verzorgde uitgebreide rubriek ‘optische verschijnselen’ die nog altijd in de geest van Minnaert wordt gemaakt. Die geest behelst niet alleen aandacht voor de waargenomen hemelverschijnselen op zichzelf, maar ook voor de Meteorologica 4 - 2020

15

Figuur 6. Vensterrijp op de binnenkant van een enkellaagse vensterruit.

begrenzingen en subjectiviteit die nu eenmaal inherent zijn aan de waarnemers ervan. Die aspecten mogen bij de bewerking van de rapportages niet uit het oog worden verloren. Om met Minnaert te spreken: ‘...het is een feit dat men niet veel anders opmerkt dan de dingen die men al kent...’

Verdiensten Sinds het overlijden van Minnaert zijn veel van de in de drie delen van De natuurkunde van ‘t vrije veld beschreven natuurverschijnselen daadwerkelijk waargenomen, beschreven en in veel gevallen ook gefotografeerd, gefilmd of anderszins geregistreerd. Enkele voorbeelden daarvan zijn bij dit artikel Kader 2 – Over de auteur Peter Paul Hattinga Verschure (Utrecht, 1953) is redacteur Optische verschijnselen van het maandblad Weerspiegel van de Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie (VWK).

Hij heeft zich vanaf 1969 verdiept in het waarnemen en documenteren van optische verschijnselen aan de hemel.

Voor het eerst in 1972 publiceert hij maandelijks de waarnemingen ervan in Nederland in het maandblad van de twee jaar eerder opgerichte Werkgroep Meteorologie, en sinds 1974 in het daaruit voortgekomen maandblad Weerspiegel.

Hattinga Verschure verzorgde regelmatig publicaties over optische verschijnselen in Hemel en Dampkring en in Zenit en ook in buitenlandse tijdschriften. Ook is hij als redacteur verbonden aan Het Weer Magazine. Hij geeft lezingen over het waarnemen van optische verschijnselen en over wolken.

Zijn missie is het voortzetten van de eind 1965 beëindigde KNMI-publicatiereeks Onweders, optische verschijnselen, enz. in Nederland naar vrijwillige waarnemingen die van internationale wetenschappelijke betekenis is gebleken. Zijn archief bevat inmiddels meer dan vijftig jaar aan waarnemingen van optische verschijnselen in Nederland door tal van vrijwillige waarnemers. Hij werkt nu aan een publicatie over dit materiaal. Hattinga Verschure is beeldend kunstenaar.

Van zijn hand verschenen de tekeningenatlassen Een wereld van verschil (2010) en Zie de stad (2019). Alle foto’s bij dit artikel zijn van zijn hand, tenzij anders vermeld.

16

Meteorologica 4 - 2020

geplaatst (Figuren 1 – 6). De waarnemingen van optische verschijnselen zijn ook na 1965 systematisch gearchiveerd. Dat wat er in het KNMI-archief van optische meldingen na 1965 aanwezig was, kon ik nog op eigen formulieren overzetten voordat het definitief werd opgeruimd. Daarmee kon ik het ‘gat’ tussen 1965 en 1969 enigszins dichten. Mijn archief bevat nu een schat aan beschrijvingen en tekeningen van zeer uiteenlopende verschijnselen, waaronder ook hoogst bijzondere die zelfs niet door Minnaert worden genoemd. Mede geïnspireerd door Minnaert hebben amateurwaarnemers een collectie tot stand doen komen waar hij zelf van zou hebben gesmuld. Een traditie van consciëntieuze meteorologisch-optische waarnemingen in Nederland en het beschrijven daarvan die teruggaat tot omstreeks 1890 is anno 2020 nog geheel actueel. Al dit materiaal ademt een sfeer van kijken en zien, waarnemen en interpreteren, ervaring en verwondering. Zoals gedoceerd in De natuurkunde van ‘t vrije veld; dit is natuurkunde van ‘t vrije veld.

Minnaert was wars van statusgedrag en ego-vertoon. Juist daarin zie ik zijn buitengewone verdienste: hij heeft zijn licht laten stralen in zowel de academische wereld als in de kringen van enthousiaste amateurs. Hij verstond de kunst om in zijn hoedanigheid van hoogleraar zonder dédain de betekenis van wetenschapsbeoefening door amateurs voor het academische domein aan te voelen en dat uit te dragen. Hij was en is een ware inspirator.

Dankwoord Met speciale dank aan Günther Können voor het welwillend ter beschikking stellen van exemplaren van het Mededelingenblad van de Amsterdamse Weer- en Sterrenkundige Kring dat verscheen in 1968 en 1969.

Referenties (1) Minnaert, M., De natuurkunde van ‘t vrije veld, 3 delen: 1 Licht en kleur in het landschap, 2 Geluid, warmte, elektriciteit, 3 Rust en beweging; diverse drukken en in diverse vertalingen verschenen (voor het eerst verschenen in 1937).

(2) Onweders, optische verschijnselen, enz. in Nederland naar vrijwillige waarnemingen, KNMI no.81; jaarlijkse publicatie, dln. I tot en met LXXXII, 1882-1965.

(3) Visser, prof. dr. S.W.: Optische verschijnselen aan de hemel, KNMI Verspreide opstellen 3; ‘s-Gravenhage, 1957.

(4) Hattinga Verschure, Peter Paul: Zeldzame HALO’S in de zomer van 1970, Hemel en Dampkring jaargang 68, 11, pp. 281-285; november 1970.

(5) Hattinga Verschure, P.P.: Rare halo displays in Amsterdam, Weather volume 26, pp.

532-536; 1971.

(6) Archief P.P. Hattinga Verschure (12.06.02).

(7) Weerspiegel, maandblad van de Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie, 19742020.

Werken bij het KNMI: the best place to be voor onderzoekers!

Het weer is grillig, de bodem beweegt en het klimaat verandert. Voor onze veiligheid en welvaart moeten we weten welke risico’s en kansen dit oplevert.

En: hoe we ons het beste kunnen voorbereiden.

Die kennis heeft het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) in huis als het nationale kennis- en datacentrum voor weer, klimaat, oceanografie en seismologie. Betrouwbaar, onafhankelijk en gericht op wat Nederland nodig heeft. Voor een veilig Nederland dat voorbereid is op de invloed van weer, klimaat en aardbevingen.

Voorbereiden, waarschuwen en adviseren

In ons dichtbevolkte land van water, wind en dijken leven we al eeuwenlang met de elementen. Nu de aarde opwarmt, de zeespiegel stijgt en extreem weer vaker voorkomt, groeit de kans dat het weer ons onaangenaam verrast.

De weerkamer van het KNMI staat 24/7 paraat om Nederlanders te waarschuwen als er gevaarlijk of extreem weer dreigt. Tijdig, gericht en met oog voor de impact van het verwachte weer.

Uniek onderzoek bij het KNMI

In de R&D vakgroepen van het KNMI wordt gewerkt aan verbetering van het waarneemsysteem en van de modellen.

Unieke expertise ligt op het gebied van satellietmetingen van de atmosferische samenstelling. Het KNMI heeft de wetenschappelijke leiding over het TROPOMI satellietinstrument dat in 2017 succesvol is gelanceerd. TROPOMI is de opvolger van OMI, en brengt de mondiale luchtkwaliteit in kaart. Ook wordt gewerkt aan innovatieve metingen met kleine sensoren op de grond. Op het gebied van modellering wordt gewerkt aan het HARMONIE hogeresolutie model.

Werken bij het KNMI?

Voor onze R&D vakgroepen zoeken we regelmatig onderzoekers, zowel OIO’s als post-doc’s, die een bijdrage willen leveren aan ons internationaal hoog gewaardeerde onderzoek.

Kijk voor onze actuele vacatures op www.werkenvoornederland.nl/knmi.

Evalueren, onderzoek en wetenschap

Na elke gebeurtenis maken we de balans op. We plaatsen incidenten in een bredere context. We willen ervan leren en nieuwe kennis opdoen. Zodat we risico’s preciezer kunnen bepalen en onze kwaliteit als kennisinstituut kunnen waarborgen. Uniek aan het KNMI is de koppeling tussen operationeel en wetenschap. Praktijkervaringen kunnen meteen wetenschappelijk onderzocht worden. Kennis kan direct ingezet worden ten behoeve van de operationele diensten van het KNMI.

Meteorologica 4 - 2020

17

Over geluid en mistpoeffers Henk de Bruin In deel 2 van zijn drieluik Natuurkunde van ‘t Vrije Veld (hierna M2) wijdde Minnaert ongeveer 60 pagina’s aan het onderwerp geluid. Voorbeelden van dit natuurkundig fenomeen in de open lucht komen daarin aan bod, waaronder de mysterieuze mistpoeffers. Veel van de beschreven verschijnselen werden door hemzelf waargenomen rondom zijn huis in Bilthoven, gelegen in een kleine villawijk vlak bij het station. De rust in deze bosrijke omgeving werd af en toe verstoord door het lawaai van passerende stoomlocomotieven, die floten als ze de spoorwegovergang naderden. In dit artikel wordt een aantal aspecten van geluid besproken.

Enerzijds betreft dit onderwerpen uit M2, waarbij ik zo vrij ben geweest om Minnaert letterlijk te citeren, maar anderzijds komen ook aspecten van geluid aan bod die tegenwoordig actueel zijn en waarvan enkele zelfs in de meteorologie worden toegepast.

Het meten van de geluidssnelheid (ontleend aan M2) Minnaert schreef zijn trilogie in het kader van het verbeteren van het natuurkundeonderwijs in Nederland. Hij deed dit door een aantal eenvoudige proeven te beschrijven waarmee de lezer/leerling zelf eigenschappen van geluid proefondervindelijk kon ontdekken. Een voorbeeld is het bepalen van de geluidssnelheid, zie Figuur 1 (zie M2, pagina 3). Tijdsbepaling wordt gedaan met een zelf getimmerde slinger, gemaakt van een dunne lat met een plankje. De lengte van de lat is zo gekozen dat de slingertijd precies 1 seconde is. De jongeman links houdt de slinger in beweging, terwijl de jongeman rechts op afroep twee latten tegen elkaar slaat. De waarnemer op afstand x van de twee mannen kan zo de tijd meten tussen de tijdstippen van de visuele en auditieve waarneming van een lattenklap. Omdat de geluidssnelheid ongeveer 330 m/s is, kan men met deze eenvoudige meetmethode het tijdsverschil op zeg 300 meter afstand redelijk nauwkeurig bepalen. Verder nodigde Minnaert de lezer uit om de geluidssnelheid van spoorrails te meten door iemand verderop met een hamer op de rails te laten slaan en zelf een oor op de rails te leggen. In dit geval is het tijdverschil voor een mens te kort om nauwkeurig te kunnen bepalen. Zo kon de lezer zelf proefondervindelijk de voortplantingssnelheid van geluid in verschillende media leren kennen.

Hoorbaarheid van geluid Minnaert beschrijft de algemene wetmatigheden van de hoorbaarheid van geluidsbronnen onder verschillende meteorologische omstandigheden. Net als bij licht worden ‘geluidsstralen’ afgebogen als de brekingsindex voor geluid langs het pad van voortplanting verandert. Hier is de brekingsindex voor geluid de verhouding van de actuele geluidsnelheid en de geluidssnelheid in stilstaande lucht bij een referentietemperatuur. Omdat de geluidssnelheid evenredig is met de wortel

uit de absolute temperatuur plus de windsnelheidscomponent in de richting van het geluid, is de brekingsindex een functie van de verticale profielen van windsnelheid en temperatuur (Fleagle en Businger, 1980).

Minnaert beschouwde allereerst de windeffecten. Door wrijving neemt de windsnelheid vlak boven de grond altijd toe met de hoogte en daardoor verandert de brekingsindex voor geluid met de hoogte. Geluidsstralen worden derhalve afgebogen zoals weergegeven in Figuur 2. De hoorbaarheid van een geluidsbron G hangt af van de windrichting. Voor waarnemer W1 geldt dat de stralen van hem worden afgebogen. Voor W1 is G daarom minder goed hoorbaar. Voor waarnemer W2 daarentegen is G juist beter hoorbaar, want de stralen worden naar hem toe gebogen. Dit verklaart waarom een snelweg in de buurt beter hoorbaar is als de wind uit die richting komt.

Vervolgens wordt de invloed van temperatuur beschouwd bij een windstille situatie. Overdag neemt de temperatuur met de hoogte af vanwege de opwarming door de zon van het aardoppervlak. In dat geval neemt de brekingsindex voor geluid ook af met de hoogte. Geluid wordt naar boven afgebogen en voor zowel waarnemer W1 als waarnemer W2 is G minder goed hoorbaar (Figuur 3, links). In een heldere nacht neemt de temperatuur met de hoogte toe door bijvoorbeeld afkoeling nabij het aardoppervlak. G is dan beter hoorbaar voor zowel W3 en W4, omdat geluid nu naar beneden wordt afgebogen

Figuur 2. Invloed van wind op hoorbaarheid van geluid (ontleend aan M2).

Figuur 1. Bepaling van de snelheid van het geluid (ontleend aan M2).

18

Meteorologica 4 - 2020

Figuur 3. Hoorbaarheid geluidsbron (G) overdag (links) en ’s nachts (rechts) bij windstil weer.

(Figuur 3, rechts). Dit verklaart waarom op een windstille zomeravond het geluid van een trein op een kilometers afstand nog goed hoorbaar is.

De hoorbaarheid van geluidsbronnen is dus deels een meteorologisch fenomeen. KNMI�ers Wessels en Velds (1983) presenteren een monogram voor het bepalen van de afbuiging van geluid afhankelijk van de wind- en temperatuuropbouw van de atmosfeer, gebaseerd op metingen te Cabauw langs de 200 meter hoge KNMI-meetmast.

Het Dopplereffect voor geluid Minnaert kende uiteraard het experiment van Buys Ballot betreffende het Dopplereffect voor geluid. In M2 beschrijft hij het daaraan verwante Doppler-echo effect wanneer geluid wordt teruggekaatst tegen een muur, zoals geschetst in Figuur 4.

Een trein rijdt van de waarnemer (links onder) af en fluit vlak voor de bocht. Men hoort dan de echo tegen het getekende huis op een lagere toon. Dit komt omdat de echo afkomstig is van het ‘spiegelbeeld’ L’ van locomotief L dat in tegengestelde richting van de locomotief zelf beweegt. De waarnemer hoort de echo daarom op lagere toon. Wanneer de terugkaatsende wand aan de andere zijde van de waarnemer zou zijn opgesteld ten opzichte van de locomotief, dan is de echo op even hoge toon te horen als het oorspronkelijke geluid.

Bevindt men zichzelf op de fluitende locomotief dan kan men ‘zwevingen’ horen tussen het fluitsein en de terugkaatsing daarvan. De locomotief op sommige buurttreintjes van en naar Zeist waren uitgerust met een bel. In de nabijheid van huizen die een zwakke echo geven, krijgt elk van de belslagen een naklank die soms hoger en soms lager ligt, al naar gelang van de plaats van de terugkaatsende muur en de richting waarin de trein rijdt. Volgens Minnaert kan een fietser het Doppler-echo effect waarnemen als de slagen van een kerkklok door de gevel van een huis worden teruggekaatst. Maar dan moet die fietser wel een behoorlijke vaart hebben.

Mistpoeffers In hoofdstuk 41 van M2 bespreekt Minnaert de mysterieuze mistpoeffers. Hij schrijft hierover:

Figuur 4. Het verschijnsel van Doppler bij een echo (uit M2, Figuur 15).

‘Het geluid klinkt als boem, of brroem, en gaat vergezeld van een dreunen; sommigen beweren dat ze eerst gedurende een paar sekunden een soort vóórgeluid horen, dat dan in de korte, dreunende knal eindigt, waarbij men soms de deuren voelt trillen. Vooral bij sterke knallen voelt men een trilling in de borst. Dikwijls komen de knallen in onregelmatige groepjes; de tussenruimten zijn zeer ongelijk, soms een paar minuten, soms een half uur. Er zijn gevallen bekend dat men een paar uur lang gemiddeld drie knallen per minuut hoorde, en zelfs andere waarbij de knallen als een aanhoudend gebrom op elkaar volgden. Onderscheid tegenover kanongeschut: onregelmatige tussenruimten, geleidelijk vertragen bij het einde van het verschijnsel.’

Joost Businger (1986) werd door de letterkundige Abraham Keller benaderd met de vraag of geluid kan bevriezen en ontdooien. Dit naar aanleiding van de romans van Rabelais (1483 – 1553) getiteld Gargantua en Pantagruel. Omdat veel van de fantasieën van Rabelais achteraf natuurwetenschappelijk verklaard konden worden, speculeerde Keller dat verschijnselen als mistpoeffers of barisal guns Rabelais hadden geïnspireerd,

Figuur 5. Links: Geografische verdeling van barisal guns waarnemingen (+); in de gebieden met een (–) worden ze niet waargenomen. Kopie van de figuur uit Chiplonkar (1947); rechts de bathymetrische kaart van de Golf van Bengalen met de ligging van de Swash of no ground canyon.

Meteorologica 4 - 2020

19

en Keller ging zelf op onderzoek uit. Hij vond meldingen van vreemde geluiden in oude geschriften, bijvoorbeeld bij Plutarchus en Aristoteles en in de Vulgaatbijbel. Op zijn beurt inspireerde Keller Joost Businger tot het schrijven van een overzichtsartikel over nog onverklaarde geluidsfenomenen, die Businger Unidentified Sounds in the Air (USA’s) noemde. Hij verzamelde diverse USA-meldingen, gepubliceerd in onder andere Nature en Weather. Verder vond hij uitgebreide literatuur over barisal guns, waargenomen rondom de Golf van Bengalen. Door het artikel van Babu Gaurdas Bysack in het Journal of the Asiatic Society of Bengal trok dit onderwerp de aandacht van de Royal Society in Engeland, en in de periode 1888 – 1890 werden verschillende studies aan

Figuur 6. Maandelijkse verdeling van mistpoefferdagen en onweersdagen (Bleeker, 1933).

Figuur 7. Fourieranalyse van geluid van een olifant, de grondtoonfrequentie (F0) met boventonen en de formanten (F1 – F4). Bron: Garstang (2004, Figuur 1).

20

Meteorologica 4 - 2020

het verschijnsel gewijd. De barisal guns geluiden lijken op het dreunen van verre kanonnen en ontlenen hun naam aan de plaats Barisal waar ze voor het eerst werden opgetekend.

Helaas leverden deze studies geen bevredigende verklaring van het verschijnsel op.

Meer dan een halve eeuw later analyseerde Chiplonkar (1947) alle beschikbare waarnemingen verzameld rondom 1890. Hij vond dat het verschijnsel in een zeer groot gebied rondom de Golf van Bengalen werd waargenomen, maar er waren ook grote gebieden waar ze nooit werden gesignaleerd (Figuur 5, links). Hij ontwikkelde een theorie voor barisal guns. De bron zou The swash of no ground zijn, een onderzeese 14 km brede canyon in de Golf van Bengalen (Figuur 5, rechts). De barisal guns die daar werden gegenereerd zouden zich vervolgens op een abnormale manier voortplanten tot in de stratosfeer, waar ze vervolgens door de temperatuuropbouw aldaar weer zouden worden afgebogen naar beneden.

Op grond van deze theorie reconstrueerde Chiplonkar (1947) de verticale temperatuurverdeling in de stratosfeer die deze verklaring moest onderbouwen. Helaas wijken latere waarnemingen van atmosferische stratosferische temperatuurprofielen substantieel af van de profielen van Chiplonkar. Zo werd er nooit een verklaring voor de barisal guns gevonden.

Minnaert verwijst naar het werk van de Belg van den Broeck die USA’s waarnemingen verzamelde in Europa.

Deze wist de hoofddirecteur van het KNMI te overtuigen mistpoeffers-meldingen door het publiek te publiceren in de KNMI-jaarboeken. In die tijd werden publieksmeldingen van bijvoorbeeld onweer en bliksem al door het KNMI verzameld en gepubliceerd. In de periode 1896 – 1903 werden aldus 200 mistpoeffermeldingen door het KNMI gepubliceerd. In 1933 analyseerde de latere KNMI-hoofddirecteur Wouter Bleeker dit materiaal. Hij vond een jaarlijkse gang in het maandelijks voorkomen van mistpoefferdagen, die voor een belangrijk deel samenvielen met onweersdagen (Figuur 6). Op 97 (van de 200) dagen met mistpoeffers werd ook onweer gerapporteerd. Van de overige mistpoefferdagen werden er 33 gevolgd of voorafgegaan door een dag met onweer. Voor 70 dagen was er echter geen verband te vinden met onweer. Een sluitende verklaring voor mistpoeffers werd dus niet echt gevonden.

De conclusie is dat de verschillende studies aan mistpoeffers nog steeds geen bevredigende verklaring voor het verschijnsel hebben opgeleverd. Ze zijn dus nog even mysterieus als in de jaren 1930 toen Minnaert ze in zijn trilogie beschreef.

Sonische anemometers Joost Businger verwierf internationale bekendheid omdat hij samen met anderen de zogeheten 3D sonische anemometer (Kaimal en Businger, 1963) ontwikkelde. Deze wordt tegenwoordig wereldwijd toegepast in internationale meetnetwerken voor het meten van fluxen van warmte, waterdamp, CO2 en methaan. In deze methode wordt het verschil gemeten tussen het tijdstip dat een geluidpuls wordt uitgezonden en het moment dat een microfoon op een bepaalde afstand (bijvoorbeeld 10 cm) deze detecteert.

Naast de drie componenten van de wind wordt ook de geluidssnelheid bepaald en dus de luchttemperatuur. Voor details van deze methode, zie De Bruin (2014). Waarnemingen met sonische anemometers worden gebruikt om weermodellen te valideren. Deze sensoren werden gebruikt bij het veldexperiment in Kansas die resulteerde in de flux-profiel relaties tegenwoordig toegepast worden in land-atmosfeer-weermodellen. (Businger et al., 1971).

Tabel 1. Verschillen tussen gemeten en berekende geluidsniveaus tijdens de Belevingsvlucht van 20 mei 2018 (van Leeuwen, 2018, Tabel 4).

Infrageluid Infrageluid is geluid waarvan de trillingsfrequentie lager ligt dan het geluid dat mensen kunnen horen. Dit type geluid is voor het eerst ontdekt na de uitbarsting van de vulkaan Krakatau in Indonesië in 1883. De uitbarsting was zó intens dat deze hoorbaar was op Mauritius, op 5000 kilometer afstand.

De infrasone drukgolf werd wereldwijd op barografen waargenomen en is ten minste vier keer rondom de aarde gereisd.

Om infrageluid op te wekken zijn grote verplaatsende volumes lucht of bewegende oppervlaktes nodig. Denk bijvoorbeeld aan exploderende vulkanen, grote explosies (zoals die in Enschede of Beiroet), hevige stormen, of vliegtuigen die door de geluidsbarrière gaan. Ook bovengrondse kernproeven veroorzaken infrageluid. Recent onderzoek heeft aangetoond dat zelfs olifanten infrageluid kunnen produceren en waarnemen.

Infrageluid kan worden gemeten met microbarometers.

Deze zijn gevoeliger en hoogfrequenter dan de standaard barometers die gebruikt worden op weerstations. Een wereldwijd netwerk van infrageluidsensoren is aangelegd om de naleving van het kernstopverdrag te controleren. Het KNMI heeft daarvoor in Nederland zo’n netwerk ingericht. Onderzoekers van het KNMI en van de Universiteit Delft gebruiken infrageluid voor akoestische remote sensing van de wind- en temperatuurstructuur in de atmosfeer. De ruimte ontbreekt om hier verder op in te gaan, maar ik verwijs graag naar Evers (2009) en www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/achtergrond/ hoe-wat-en-waarom-van-infrageluid-metingen.

Een recente studie heeft aangetoond dat olifanten via infrageluid over aftstanden tot 2.5 km met elkaar kunnen communiceren (Garstang, 2004). De auteur toont een figuur met de Fourieranalyse van een gemeten geluidssignaal van een vrouwtjesolifant (Figuur 7). Naast de grondtoon en de boventonen spelen ook de zogeheten formanten een rol (nl. wikipedia.org/wiki/Formant). Deze ontstaan door resonanties in lichaamsholten. Te zien is dat een belangrijk deel van het frequentiegebied onder de 50 Hz ligt. Garstang (2004) beschrijft hoe olifanten dit infrageluid kunnen produceren en ook hoe ze deze detecteren.

gegevens hebben kunnen bewerken die verzameld zijn tijdens de proef ‘Belevingsvlucht’ van 30 mei 2018 rondom vliegveld Lelystad (Boersma, 2018). Het ministerie van I&W gaf twee ingenieursbureaus de opdracht deze gegevens te analyseren.

Dit resulteerde in een aantal rapporten (Hoekstra et al., 2018; van Leeuwen, 2018). In Tabel 1 worden de gemeten en de berekende geluidwaarden getoond. De laatste zijn gebruikt bij de MER (Milieueffectrapportage) die aan het parlement is aangeboden. Opvallend is dat in de in opdracht van I&W geschreven rapporten de verschillen tussen waarnemingen en modelschattingen worden weggepoetst. Nadrukkelijk wordt gewezen op meetfouten en foutenmarges. Op grond daarvan verklaart de minister in de Tweede Kamer en de media dat de MER niet hoeft te worden aangepast (Een Vandaag, 18-072018). De bewoners interpreteren de gegevens totaal anders (Trouw, 2018). Opvallend is dat het hierbij deels destijds door de overheid aangewezen stiltegebieden betreft, gebieden waar geluidsniveaunormen moeten gelden horend bij van fluitende vogeltjes. In voornoemde rapporten wordt het probleem echter teruggebracht tot de vraag of 50 dan wel 60 dB nog aanvaardbaar is, maar dan kan je elkaar al bijna niet meer verstaan.

Op meetpost Zeewolde vlak bij het Klimaatbos van Natuurmonumenten (het eerste boompje daarvan werd nog geplant door prinses Maxima) werd een piekwaarde van bijna 60 dB gemeten! Als Lelystad Airport opengaat komen er in de vakantiemaanden zo’n 120 vliegtuigen per dag over de stiltegebieden op de Veluwe en in Overijssel/Gelderland. De politiek beslist, maar in de voorbereidende fase moet de overheid onafhankelijke informatie verstrekken aan het parlement, informatie die gebaseerd is op de Natuurkunde van ’t Vrije Veld.

Geluidoverlast en VWO Aanleiding tot het schrijven van dit artikel is het feit dat Minnaert betrokken was bij de oprichting van het Verbond van Wetenschappelijke Onderzoekers (VWO) dat later samen zou gaan met de Bond van Wetenschappelijke Arbeiders (BWA).

Wetenschap moest ten dienste staan van de maatschappij en dus ook die van de gewone burgers. Tegenwoordig is bekend dat geluidsoverlast schadelijk is voor de gezondheid. Geregeld komt geluidsoverlast door de luchtvaart in het nieuws. Hierbij speelt een belangenconflict tussen economie en milieu, en de ervaring leert dat de overheid ertoe neigt economische groei en toename van de mobiliteit prioriteit te geven boven nadelige milieugevolgen. Geluidsoverlast door de luchtvaart zou derhalve een zeer geschikte case study zijn voor het VWO. Deze zou dan bijvoorbeeld op een onafhankelijke manier de

Evers, L.G, 2009, Meteorologica, 24-26.

Literatuur Bleeker, W., 1933: Hemel & Dampkring, 13-19, 43-51.

Boersma, G., 2018: Geluidmetingen Belevingsvlucht 30 mei 2018, Muniscense, 52 pp.

Businger, J., 1986: Weather, 1986, 497-504.

Businger, J. en coauteurs, 1971: J. Atmos. Sci., 28:181-189.

De Bruin, H.A.R., 2014: Meteorologica-3, 30-32.

Fleagle & Businger, 1980: An Introduction of Atmospheric Physics.

Hoekstra, A. en coauteurs, 2018: Onderzoek geluidmetingen belevingsvlucht Lelystad Airport, Bureau TO70, pp 43.

Garstang M. 2004: J. Comp. Physiol., A. 190, 791-805.

Leeuwen, van, H., 2018: Contra-expertise Geluid Belevingsvlucht in het kader van de MER Lelystad Airport, Bureau DGMR, pp19.

Kaimal, J. C. en Businger, J. A.: 1963, J. Appl. Meteorol., 1963, 2, 156-164.

Stichting Red de Veluwe: https://www.stichtingreddeveluwe.nl/belevingsvlucht-30-mei. html# Trouw, 30 oktober 2018: “Met berekeningen over geluidshinder komt overheid niet langer weg” krantenartikel.

Wessels, H.R.A. en C.A. Velds, 1983: J. Acoustic. Soc. Am., 1983, 74, 275-280.

Meteorologica 4 - 2020

21

Minnaert Huug van den Dool

Op m’n dagelijkse fietstocht van Utrecht CS naar de aanvankelijk vrijwel lege Uithof zag ik de universiteitsvlaggen halfstok wapperen. Zeker weer een icoon overleden; niet ongewoon natuurlijk in een oude universiteitsstad. “Professor Minnaert is overleden!” wist de twee jaar wijzere plaatsgenoot Jan van Leeuwen met wie ik wel vaker meefietste. Datering kan in dit geval: dat moet dus 1970 zijn geweest. Ik durfde tegenover Jan niet toe te geven dat ik, vijfdejaars student meteorologie, nauwelijks van Minnaert had gehoord, een astronoom nog wel; de brede veronderstelling een leven lang met mij mee torsend dat meteorologie iets met astronomie te maken heeft (Hemel én Dampkring, immers). Ik heb die middag wel mijn kennisachterstand met behulp van de universiteitsbibliotheek een beetje ingehaald. Zo leerde ik al eens eerder over de voor ons vak eveneens belangrijke Berlage, voor wie in 1968 half werd gevlagd; ook van hem wist ik niets, wat een gênante situatie voor een jongeling. Minnaert bleek een uitermate interessant persoon te zijn, en niet alleen als wetenschapper. Een veel complexere persoonsgeschiedenis is bijna niet te verzinnen. Vroeger had je mensen die in heel veel vakken uitblonken. Berlage en Minnaert waren polymaths zoals dat in (uit het Grieks geleend) Engels heet.

Eerst levende natuur gestudeerd in België, dan dode natuur in het toenmalig mekka der natuurkunde (Leiden), daarna afgedwaald naar sterrenkunde in Utrecht. Op basis hiervan is nog niet direct te voorzien dat Minnaert de “natuurkunde van het vrije veld” zou schrijven. De man kon blijkbaar alles en was niet in bestaande hokjes te vangen. Een polymath is iemand die een flink aantal vakgebieden beheerst. Maar vakgebieden hebben een definitie. Minnaerts natuurkunde van het vrije veld is een originele definitie van een vakgebied dat nooit had bestaan, en eigenlijk nog niet. Kun je ergens “natuurkunde van het vrije veld” studeren? Zittend in de eerbiedwaardige bieb keek ik met verbazing naar de drie al wat oudere boeken die ik meteen in mocht zien (kom daar nog eens om); dat ik hier nauwelijks van gehoord had was toch wel heel raar. Bijna de helft van Minnaerts onderwerpen mag men rustig meteorologisch noemen. Jammer dat ik te laat in Utrecht “aankwam” (1965) om Minnaert nog persoonlijk mee te maken. Ik heb deel 1 in 1971 gekocht (uitgave 1968), en deel III in 1972 (uitgave 1971). Deze nieuwe uitgaven kwamen zo’n dertig jaar na de oorspronkelijke uitgaven. Deel II kan ik niet meer vinden; ik heb het vermoedelijk wel, maar zo gaat dat in een leven met intercontinentale verhuizingen.

Minnaert had een brede belangstelling die vele bètavakken bestreek. Hij was ook een romanticus, wandelend door het vrije veld (de uitdrukking alleen al), een Jac. P. Thijsse voor bèta’s. En een waarnemer als geen ander. Dat is al heel bijzonder. Maar hij had ook nogal iets met taal, niet heel gebruikelijk voor een bèta, daarmee een driedubbel bijzondere man. De oorsprong van Minnaerts taalzuiverheid had mogelijk te maken met zijn persoonlijke geschiedenis die gaat over opgroeien in België met twee talen moeizaam naast elkaar, de dominantie van het Frans destijds (zelfs in het Vlaamse onderwijs), en de politieke beweging van Vlamingen in zijn jongemannentijd om die situatie te veranderen. Tegen die achtergrond kan men begrijpen dat Minnaert ook later in Nederland strijdvaardig bleef om barbarismen op te sporen en 22

Meteorologica 4 - 2020

te vervangen door een nieuw uitgevonden Nederlands woord, voor het te laat was. Anno 2020 is daar geen beginnen meer aan want het Nederlands is doorspekt met woorden uit het Engels, iets wat mij enorm opvalt want ik ben in 1982 als onbedorven Nederlander naar Amerika vertrokken en moet bij ieder bezoek constateren dat in mijn land van herkomst de gesproken taal sterk verandert in de richting van talloze Engelse woorden en uitdrukkingswijzen. Universiteiten gaan op de knieën voor het Engels; wie had dat ooit gedacht? Ik mag anno 2020 amper nog een seminar in het Nederlands geven. Aan de VU kun je geen Nederlands meer studeren!

Zijn jullie gek geworden? Ik voel mij Minnaert.

Ik voelde mij in 1981 ook al een beetje Minnaert toen ik een baantje aan de KU Leuven accepteerde, kort nadat Leuven en Louvain vanwege de opgelaaide taalstrijd in België op onbeschaafde wijze uiteen waren gegaan. Naast andere kwalificaties was voorwaarde nummer één dat ik mijn colleges meteorologie in Leuven in het Nederlands zou geven.

Het schijnt dat Minnaert genuanceerd dacht over emigratie naar de VS, daarmee tegenwicht biedend aan een stroom van net afgestudeerde astronomen die als het exportartikel tulpenbollen de VS overspoelden. Ook aan Minnaert is in de jaren ’30 van de vorige eeuw hard getrokken om naar Chicago te komen, met name door Gerard Kuiper, de succesvolle Nederlands-Amerikaanse astronoom. Ik vermoed dat Minnaert niet graag afscheid zou hebben genomen van zijn taal en cultuur.

Toen Kuiper in de jaren ’60 van de vorige eeuw op bezoek was in Utrecht en een seminar zou geven werd hij ingeleid door Minnaert (zie column van De Jager in Zenit, 2012). De inleiding eindigde met de diepdoorvoelde mededeling dat Kuiper vast heel blij was dat hij eindelijk weer eens een seminar in z’n moederstaal mocht geven, de taal waarvan hij ginds verstoken was. Waarop Kuiper even z’n zelfvertrouwen verloor want hij sprak naar hij zelf beweerde alleen nog maar Engels (wel met een zwaar West-Fries accent natuurlijk, volgens de column van De Jager). Je leert wel je taal af, maar niet het accent.

Minnaert had het even te kwaad, mensen sterven om hun taal; dat iemand z’n eigen taal opgeeft of vergeet bestaat niet!

De band tussen Minnaert en taal doet ons denken aan het Esperanto en het idealisme van een kleine maar vurige groep die wereldvrede en eenheid voorstond en daar veel voor over had, zelfs een nieuwe efficiënte taal voor iedereen op aarde. Vooral tussen de twee wereldoorlogen waren er veel aanhangers van deze beweging. Men was ook vaak tegen ‘drinken’, tegen het eten van vlees, tegen gevestigde religies (die mensen immers dom houden), nieuwe methodes van opvoeden, enzovoorts. Manchettes vol uit te dragen principes.

Daar ziet men ook de politieke overtuiging van Minnaert die, wederom wars van hokjes, zowel linkse als rechtse elementen bevatte. En dan z’n levenslange passie voor goed onderwijs. Dat er nu een Minnaertgebouw in de Uithof staat vind ik gerechtigheid als ik 50 jaar later, nog uitsluitend in lome bejaarde gedachten, of op Google-maps, door Utrecht zweef. Ik moet dan wel even slikken want in 1965, toen ik voor het eerst voortvarend per fiets (de vrije fietser vanuit Waddinxveen!) de Uithof bezocht (en ‘s avonds weer terug), was het veld nog vrij, daar waar nu het Minnaertgebouw in een woestijn van beton staat.

Meteorologica 4 - 2020

23

WEERMUZIEK Natuurklanken Harry Geurts (KNMI, voormalig persvoorlichter) De Natuurkunde van ’t Vrije Veld van Marcel Minnaert (1893 – 1970) is een van de meest geraadpleegde boeken uit mijn collectie. Dit oude meesterwerk in drie delen, waarvan tachtig jaar geleden de eerste druk verscheen, is mijns inziens nooit overtroffen. Je vindt van vrijwel alles wat in de natuur waargenomen kan worden een gedetailleerde verklaring. Minnaert gaf niet alleen zijn ogen de kost, maar liet zich ook inspireren door de geluiden die hij in de natuur hoorde. Hij herkende soms harmonische klanken in geheimzinnige muziekinstrumenten. Dat verraadt meteen de tweede interesse van de grote natuuronderzoeker: muziek!

Muziekminnaer Minnaert was een verwoed verzamelaar van muziekinstrumenten, maar hij musiceerde zelf ook. In zijn studeerkamer stond te midden van de wanden vol boeken een zwarte piano waarop hij werken speelde van onder meer Bach, Beethoven, Brahms, Chopin, Schubert, Mozart en Rimsky Korsakov. In de uitvoerige biografie “De Rok van het Universum” van Leo Molenaar (Uitgeverij Balans, 2003) staan verschillende verwijzingen naar componisten waarvan Minnaert de muziek speelde. “Noeste arbeid dat hoorde bij Minnaert... maar dan hoorde je hem in het holst van de nacht Chopin spelen. Gelukkig maar,” vertelde zijn laatste promovenus T. de Groot.

Volgens oud-KNMI-collega Henk de Bruin speelde met name Vlaamse volksmuziek in het kader van de strijd voor het behoud van de Vlaamse taal een grote rol in zijn leven. Het was de in Brugge geboren Minnaert een doorn in het oog dat aan de universiteit van Gent alleen Frans werd gedoceerd. Hij probeerde in Gent een ‘Vlaamsche Hoogeschool’ te stichten.

Het Vlaams was na de onafhankelijkheid van België in 1830 een tweederangs taal geworden wat bij de Vlaams sprekende bevolking uiteraard niet in goede aarde viel. De vlam sloeg in de pan tijdens een uitvoering in dat jaar van La Muette de Portici, de Stomme van Portici, een opera van de Franse componist Auber die de taalstrijd symboliseert. Het refrein van het strijdlied van de Vlaamse Studentenvereniging ‘Vliegt de Blauwvoet? storm op zee!’ herinnert nog aan het verzet. Deze leus prijkt nog altijd op de gevel van het huis van Minnaert te Bilthoven.

Nu het lied der Vlaamse zonen, nu een dreunend kerelslied, dat in wilde noordertonen uit het diepst ons herte schiet.

De blauwvoet, tekst Albrecht Rodenbach.

Je zou de Vlaamse leus als een weerspreuk kunnen zien maar Minnaert zal daar zelf niet opgekomen zijn. Volkswijsheden kom je in zijn publicaties nauwelijks tegen. Hij was veel meer geïnteresseerd in de ware wetenschap achter de waarnemingen in ’t vrije veld.

Koebellen in de Alpen Terwijl ik in de afgelopen herfst in Zwitserland genoot van het geluid van de koebellen dwaalden mijn gedachten af naar Minnaert. Op sommige momenten waren de koebellen veel duidelijker te horen dan anders. En soms hoorde je de koeien van verre aankomen, waarbij het geluid steeds sterker werd.

24

Meteorologica 4 - 2020

Dat had te maken met de désalpe, een herfstritueel om de koeien voor de komst van de winter uit de bergen naar beneden te halen (Figuur 1). Als de kudde uiteindelijk passeert, maken de koeien een oorverdovend lawaai. Een wandelende koe met een bel levert natuurlijk meer geluid op dan een koe die op haar dooie akkertje graast of stil in de wei ligt, maar dat is niet het enige verschil. Ook het weer heeft invloed op het geluidsniveau. Minnaert haalde een waarneming aan van iemand die in Zwitserland merkte “hoe bij zonnig weer de geluiden uit het dal buitengewoon goed te horen waren, wanneer hij zelf een 1000 meter hoger stond; als echter een wolk haar schaduw over het dal wierp nam de hoorbaarheid af, evenzo was er bij donker weer niets te horen.” Dat heeft natuurlijk alles te maken met de inversie waarbij de temperatuur met de hoogte toeneemt. De inversielaag reflecteert het geluid waardoor het over veel grotere afstanden hoorbaar is dan zonder zo’n inversie.

De Oostenrijkse componist Gustav Mahler was dit fenomeen tijdens zijn wandelingen door Alpen ongetwijfeld ook opgevallen. Hij verwerkte het geluid van koebellen in zijn symfonieën. Een mooi voorbeeld is de finale van zijn zesde symfonie, waarin de koebellen afhankelijk van de uitvoering soms overduidelijk te horen zijn. Ook Richard Strauss verwerkte de koebel in zijn muzikale bergwandeling, de Alpensymfonie. Legio voorbeelden van het gebruik van koebellen zijn te vinden in folk- en popmuziek, zoals in What Have You Done For Me Lately van Janet Jackson en Heartbeat van Buddy Holly.

Het is een geluid om te koesteren want misschien is het over een tijd wel over en uit met de koebel. Dierenactivisten protesteren er tegen omdat de koeien er onder zouden lijden, niet alleen door het harde geluid waarvan ik inmiddels kan meepraten maar ook door het enorme gewicht van de bellen.

Sommige koebellen wegen ruim 5 kilo, geen lolletje om daar dag en nacht mee rond te lopen. Een meerderheid van de Zwitserse bevolking moet er echter niet aan denken om het vertrouwde geluid te missen door de koebel te vervangen door GPS-trackers waarmee de koeien heel precies kunnen worden gevolgd.

Der Rasender Roland De koebel zal dus voorlopig wel blijven maar het geluid van de stoomlocomotief is tegenwoordig nog slechts sporadisch te horen. Minnaert, die met de stoomtrein is opgegroeid, schrijft dat “de stoom waarmee een trein ’s winters verwarmd wordt, ruisend uit een pijp stroomt, 70 cm boven de grond. Dat daarin een bepaalde toon overheerst merkt men pas als men dichterbij komt, want dan hoort men hoe ’t geruis lager wordt;

en omgekeerd.” Als de stoom uit de veiligheidsklep boven de locomotief voorzien is van een bel, zoals sommige van op de locomotief stroomde hoorde hij soms “de toon van de onze buurttreintjes, en hij komt in de nabijheid van huizen die ene harmonische boventoon naar de andere verspringen”. Het een zwakke echo geven, dan krijgt elk van zijn belslagen een is hoe dan ook een bijzonder geluid dat componisten die de naklank die soms hoger ligt, al naar gelang van de plaats van opkomst van de trein hebben meegemaakt in hun muziek hebde terugkaatsende muur en de richting waarin de trein rijdt,” ben verwerkt. Vandaar dat verschillende internationale treinen schrijft hij in de Natuurkunde van ’t Vrije Veld, deel 2, in het zijn vernoemd naar componisten zoals Brahms en Dvorák. hoofdstuk over het Dopplereffect (Figuur 3).

De uit de Bohemen afkomstige Dvorák was als kind getuige Zo schrijft hij over tal van geluiden uit de natuur, zoals van de aanleg van een spoorlijn langs de Moldau. Dat boeide het zoemen van telegraafdraden in de wind, geluiden van een hem zo mateloos dat hij een fanatiek treinspotter werd. Hij luchtballon, de echo tegen een bosrand, vogelgeluiden, de bracht zijn vrije tijd door op het station van Praag om types klank van voetstappen in een wisselende omgeving, zingende en vertrektijden van locomotieven te noteren en een babbeltje beekjes, geluiden bij het schaatsrijden, en het touw van de te maken met machinisten. In zijn muziek hoor je geen trein vlaggenstok en van de wind. Wat een rijkdom! langs denderen maar het idee voor zijn zevende symfonie is volgens de componist op het station geboren. Hij verwerkte het thema ook in een humoresque, een vrolijk stuk naar de melodie van een populair volkslied naar de slogan: niet van het toilet gebruik maken als de trein stilstaat op station.

De natuur klinkt wél duidelijk door in Dvoráks muziek, onder meer in zijn zonnige achtste symfonie waarin een dwarsfluit te horen is die vogelgezang – waarvan hij enorm genoot – uitbeeldt: “Mijn hoofd zit vol ideeën, de melodieën vliegen op me af. Mijn hand kan het tempo niet bijbenen om ze allemaal op te schrijven.”

De trein komt wel luid en duidelijk langs in Copenhagen Steam Railway Galop van Hans Christian Lumbye, ook wel de Deense Johann Strauss genoemd, en ook in O TrenFiguur 1. De koeien worden in de herfst met feestelijk vertoon en lawaai van de bellen vanuit de hooggelegen zinho do Caipira van de BraziAlpenweiden naar beneden gehaald: de désalpe (foto: Harry Geurts). liaanse componist Hector Villa Lobos, een muzikaal verslag van een treinritje door het platteland. Tegenwoordig horen we het intrigerende geluid van de stoomtrein alleen nog incidenteel als er bij gelegenheid een stoomtrein rijdt zoals bij het Spoorwegmuseum in Utrecht.

Op het Duitse eiland Rügen kun je nog dagelijks ervaren hoe het geluid van stoomtreinen door de atmosfeer klinkt.

Daar rijdt de Razende Roland, een toeristische topattractie die van ’s morgens vroeg tot ’s avonds laat, en bij een inversie vooral dan, in alle hoeken van het eiland te horen is (Figuur 2). Voor de liefhebber klinken de fluitjes en het geluid van de ouderwetse stoomtrein als muziek in de oren, zoals Minnaert dat ook heeft ervaren. “Als Figuur 2. Der Rasender Roland, de stoomtrein die over het Duitse eiland Rügen rijdt (foto: Harry Geurts).

Meteorologica 4 - 2020

25

Figuur 3. De bel van een locomotief levert in de buurt van huizen een zwakke echo op. De notenbalken zijn getekend door Minnaert (bron: De Natuurkunde van ’t Vrije Veld, deel 2).

Windklanken De ruisende wind is een verhaal apart. Met het oor recht op de wind gericht hoor je veel minder geluid dan als de wind er rakelings overheen blaast. “Stormwind zou een eigen geluid hebben, toe te schrijven aan beweging van luchtmassa’s ten opzichte van elkaar,” aldus Minnaert, die dat optekent uit verhalen van reizigers en bergbeklimmers bij een naderende orkaan. “De wind loeit als hij langs boomstammen, twijgen en takken blaast. En wat te denken van het zingen van de wind in een afrastering. Noteer op een notenbalk de toonhoogten om de 5 seconden: de toonhoogte is evenredig met de windsnelheid.”

De natuurwetenschapper en instrumentenverzamelaar Minnaert wijdt ook een hoofdstukje aan de windharp. Dit bijzondere instrument werd in het begin van de 19e eeuw, het tijdperk van de romantiek op buitenverblijven, in de wind opgehangen om de sfeer te verhogen. Net als in zoemende telegraafdraden ontstaan er zwieptonen. Van de vele snaren zijn er altijd enkele die daarmee resoneren en die door de windsterkte gaan trillen in harmonische akkoorden. De variabele windsterkte zorgt voor klankvariaties. De windharp komt bij diverse componisten langs, maar het meest indrukwekkende muziekinstrument die de wind bespeelt is de windmachine (Figuur 4). Het instrument bestaat uit een met de hand gedraaide trommel waarover een doek is gespannen die niet meedraait. Bij het draaien van de trommel veroorzaakt de

wrijving over het doek een gierend geluid dat aan wind doet denken. Er bestaan ook exemplaren die aangedreven worden met een elektromotor. Door het toerental te variëren kan de musicus de wind in de muziek laten aanzwellen of afnemen.

Luister maar eens naar Don Quichotte of de Alpensymfonie van Richard Strauss, of Les Boréades van de barokcomponist Rameau. In de overgang van het derde naar het vierde bedrijf wordt de windmachine woest aangezwengeld in Suite des Vents. Het koor smeekt de god van de winden om op te houden: Schrikwekkende nacht! Afschuwelijke dag!

Vreselijke god van de winden, bedaar uw geweld, aanhoor onze smachtelijke kreten.

Uit: Les Boréades, tragédie lyrique uit 1763 van Jean Philippe Rameau.

De Hongaarse componist van eigentijdse muziek György Kurtág verwerkte windvlagen in het lied Voronezh waarin een “in ijs geklonken stad” (and the town stand locked in ice, a paperweight of trees, walls, snow) wordt verklankt door een windmachine, sirene en slagwerk. Heftiger stormt het in de Universe Symphony van de Turkse componist en pianist Fazil Say. Deze componist baseerde zijn moderne zesdelige derde symfonie over het heelal op astronomisch onderzoek en inspiratie. Net als in het magistrale orkestwerk The Planets van Gustav Holst komen in de verschillende delen de planeten langs. In deel drie, gewijd aan Jupiter, steekt een angstaanjagende storm op die door een windmachine wordt verklankt.

Een must voor astronomen die ook van muziek houden. Maar zet de volumeknop van uw geluidsinstallatie vooral niet te hoog als dit stuk langskomt, want het gaat ‘Oerend Hard’, om met Normaal te spreken.

Figuur 4. Windmachine in een concert van Les Correspondances op het Festival Oude Muziek in Utrecht (foto: Harry Geurts).

26

Meteorologica 4 - 2020

Come and study Meteorology and Air Quality at Wageningen University

Bachelor of Science

Soil, Water, Atmosphere

Master of Science

Meteorology and Air Quality Wageningen University Meteorology and Air Quality http://www.maq.wur.nl Contact: Michiel van der Molen Michiel.vanderMolen@wur.nl Information: BSc: http://www.wur.nl/bbw MSc: http://www.wur.nl/mee

Meteorologica 4 - 2020

27

KLIMAATOVERZICHT Terugblik op de hittegolven van 2018, 2019 en 2020 Geert Jan van Oldenborgh (KNMI) Drie zomers met hittegolven. Drie totaal verschillende zomers. Hitte heeft vele verschijningsvormen, en behalve dat de kans op hitte toeneemt met de algehele opwarming van de aarde en dus ook van Nederland hebben we verschillende aspecten van de hitte meegemaakt.

2018 Tot begin augustus 2018 was het bijna de hele tijd warm voor de tijd van het jaar (Figuur 1, boven). Uiteindelijk kwam de zomergemiddelde maximumtemperatuur in De Bilt uit op 24.2 ºC, de op een na hoogste waarde in de reeks, na 2003 en samen met 1976. De zomergemiddelde daggemiddelde temperatuur was zelfs de hoogste in de reeks (Figuur 2, boven). Een warme zomer dus. Het warmste deel van de seizoenscyclus valt in Nederland in de periode eind juli tot begin augustus. Zoals Marcel Minnaert destijds al aangaf: door de hoge warmtecapaciteit van water, in dit geval de Noordzee en Atlantische Oceaan, valt deze ruim een maand later dan de hoogste zonnestand – en dus sterkste instraling – rond 21 juni. In 2018 zorgde de aanhoudende warmte plus deze seizoenscyclus voor een tiendaagse hittegolf van 29 juli

tot 7 augustus. Echt heel warm werd het niet (voor het huidige klimaat): de hoogst gemeten temperatuur in De Bilt was 33.9 ºC. De hoogste daggemiddelde temperatuur en minimumtemperatuur waren wel veel hoger dan ooit eerder gemeten.

De zomer van 2018 was tot 10 augustus ook enorm droog.

Dit geeft uiteraard een wisselwerking met de hitte. Enerzijds regent het minder op hete strakblauwe dagen en verdampt er potentieel meer bij de hoge temperaturen en hoge inkomende zonnestraling. Anderzijds leidt uitdroging van de bodem als er niet meer geïrrigeerd mag worden tot hogere temperaturen, omdat er minder warmte naar verdamping gaat en meer overblijft voor de temperatuurstijging. Dit speelde een belangrijke rol in het oosten en zuiden van het land, waar door de droogte een beregeningsverbod was afgekondigd en zowel natuur als Juni-Augustus Centraal Nederland Temperatuur

maximumtemperatuur De Bilt

20

35

19 CNT [Celsius]

40

TX [Celsius]

30 25 20

18 17 16 15

15

14 10 20180501

20180601

20180701

20180801

20180901

1920

1960

1980

2000

2020

hoogste maximumtemperatuur De Bilt

maximumtemperatuur De Bilt 40

38

35

36 TXx [Celsius]

TX [Celsius]

1940

20181001

30 25 20

34 32 30 28

15 10 20190501

26 1900 20190601

20190701

20190801

20190901

34

35

32 TX7x [Celsius]

40

30

TX [Celsius]

1940

1960

1980

2000

2020

hoogste weekgemiddelde maximumtemperatuur De Bilt

maximumtemperatuur De Bilt

25 20

30 28 26 24

15 10 20200501

22 1900 20200601

20200701

20200801

20200901

20201001

Figuur 1. De maximumtemperatuur in De Bilt in de periode mei – september van 2018, 2019 en 2020 vergeleken met de 1981 – 2020 klimatologie.

28

1920

20191001

Meteorologica 4 - 2020

1920

1940

1960

1980

2000

2020

Figuur 2. De zomergemiddelde Centraal Nederland Temperatuur (boven), de hoogste maximumtemperatuur van het jaar (TXx) in De Bilt (midden), en de hoogste weekgemiddelde maximumtemperatuur in De Bilt (onder).

de landbouw uitgedroogd waren. We weten echter nog niet hoe belangrijk dit effect precies is voor Nederland. In de laaggelegen delen van Nederland kan rivierwater ingelaten worden en was er dus minder uitdroging.

Behalve het verschil in irrigatie zijn er ook verschillen in meteorologische trends tussen de brede kuststrook en het binnenland (Philip et al., 2020). In een brede kuststrook is er een trend naar meer zomerneerslag: we vermoeden dat dit veroorzaakt wordt door de snel opwarmende Noordzee. In het binnenland is er geen trend in neerslag te zien. Ook in de factoren die de potentiële verdamping bepalen zijn regionaal verschillende trends: in het binnenland zijn er iets sterkere trends naar hogere temperaturen en meer zonnestraling waargenomen. Ook hierdoor nam het neerslagtekort in het binnenland in 2018 toe.

2019 Het temperatuurverloop in 2019 was heel anders dan het jaar ervoor: meer dagen met normale waarden voor de tijd van het jaar en daarbovenop een paar (extreem) hete perioden. Zoals iedereen zich herinnert vielen vele nationale records op 26 juli, en weer op 27 juli met 37.5 ºC in De Bilt en 40.7 ºC in Gilze Rijen. Waarden waarvan ik een paar jaar geleden zou hebben gezegd dat ze voorlopig nog niet voor zouden komen. Statistisch zijn dit soort temperaturen nog steeds heel ongewoon, met herhalingstijden van tientallen jaren, zelfs in het huidige, opgewarmde klimaat. Op het gevaar af dezelfde fout te maken als toen denk ik toch dat zulke temperaturen niet snel nog eens zullen optreden. Mogelijk hebben de hoogste temperaturen in het binnenland in 2019 een extra zetje gekregen door de uitdroging van de bodem. Rond de thermometer in De Bilt bleef het gras wel groen, voor zo ver ik uit het raam van mijn werkkamer kon waarnemen, dus ik denk niet dat dit het record in de Bilt sterk heeft beïnvloed.

Als we de trend in de warmste middag van het jaar (TXx) in De Bilt bekijken (Figuur 2, midden) valt op dat die heel sterk is.

Was in het begin van de twintigste eeuw TXx gemiddeld rond de 30 ºC, tegenwoordig is dat zo’n 34 ºC. Klimaatmodellen laten maar de helft daarvan zien. Het verschil kan twee oorzaken hebben. Het kan zijn dat klimaatmodellen dit soort extremen niet goed kunnen simuleren: de extreme hitte in 2019 werd veroorzaakt door sterke advectie van hete lucht uit Spanje en verder.

Zo’n hittedag heeft een extreem warme grenslaag met een extreme reactie van de begroeiing op de hitte. Het is heel goed mogelijk dat de klimaatmodellen in dit soort uitzonderlijke situaties niet realistisch meer zijn, vooral omdat veel voor extreme hitte relevante processen niet opgelost worden maar geparameteriseerd zijn. Deze parameterisaties zijn waarschijnlijk nooit onder dit soort condities getest. Een aanwijzing hiervoor is dat het ECMWF-model systematisch een graad minder hitte voorspelde dan uiteindelijk werd waargenomen (Mureau et al., 2019).

Een tweede mogelijkheid is dat een gedeelte van de trend niet door klimaatverandering wordt veroorzaakt, maar een andere oorzaak heeft, die niet in de klimaatmodellen wordt meegenomen. Het is echter onduidelijk wat dit zou kunnen zijn.

Een stadseffect ligt voor de hand, maar bij zuidoostenwind ligt er noch bij De Bilt noch bij vliegbasis Gilze-Rijen stroomopwaarts een stedelijk gebied. We kunnen ook geen andere lokale forcering van de hele hoge temperaturen vinden. De gemiddelde temperatuur van de zomer is sinds 1900 “maar” 2 graden opgelopen (Figuur 2, boven), dus het probleem ligt vooral bij de heetste dagen.

Vrijwel niemand heeft gemerkt dat er na deze recordwarme dagen nog een tweede hittegolf geregistreerd werd (23 – 28

augustus). Vroeger waren hittegolven groot nieuws, nu niet meer.

2020 De zomer van 2020 liet alweer een ander gezicht zien. Het begon als een droge zomer, met een groot neerslagtekort. Eind juni werd het koel en wisselvallig weer, waardoor de zomervakantie die noodgedwongen vaak in eigen land gevierd moest worden vaak in het water viel. Recent onderzoek van het KNMI toont aan dat dit type circulatie heel persistent kan zijn, en de rest van de zomer kan voortduren. Op 31 juli werd het echter opeens 32 ºC, en op 5 augustus begon een ongekend lange reeks van acht opeenvolgende tropische dagen in De Bilt. Het werd daarbij niet uitzonderlijk heet; de 34.6 ºC van zaterdag 8 augustus is tegenwoordig ongeveer wat je verwacht voor de hoogste maximumtemperatuur van het jaar, maar het bleef erg lang warm. De lopende weekgemiddelde maximumtemperatuur was verreweg de hoogste ooit gemeten in De Bilt (Figuur 2, onder). In ons huis, zonder airconditioning, werd het elke dag een halve graad warmer tot het in de koelste kamer van het huis 31 ºC was, wat behoorlijk onaangenaam was. De trend in de weekgemiddelde maximum (en gemiddelde) temperatuur is hoger dan we verwachten: ruim 3 graden.

Daarna sloeg het weer om naar perioden met veel wind en onweer, zodat de zomergemiddelde temperatuur ondanks de hitte uiteindelijk maar net boven het gemiddelde voor het huidige klimaat uitkwam (Figuur 2, boven). Als uitsmijter werd het op 15 september nog 31.4 ºC in De Bilt, net iets later in het jaar dan de vorige laatste tropische dag: 14 september 2016.

Conclusies De afgelopen drie zomers hebben in Nederland extreme hitte gebracht, maar telkens op een andere manier. Er zijn veel methodes om een hete periode te karakteriseren. In 2018 was het de ééndaagse minimumtemperatuur die het meest uitzonderlijk was, in 2019 de maximumtemperatuur en in 2020 de weekgemiddelde temperatuur. De meest zinvolle definitie hangt af van het doel waarvoor de hitte gekarakteriseerd wordt.

Daar is behoorlijk veel wat literatuur over en ik heb in Oxford veel met experts gepraat over dit soort attributiestudies. Qua gezondheid in Europa lijkt een meerdaagse maat relevanter, zoals de driedaagse periode die voor het Nederlandse hitteplan wordt gebruikt. Een geïsoleerde hete dag heeft in Nederland een relatief beperkte impact, hoewel de literatuur voor andere Europese landen laat zien dat de meningen hierover verdeeld zijn. De daggemiddelde en maximumtemperatuur verklaren ongeveer evenveel van de oversterfte, de minimumtemperatuur iets minder. Voor verdere toepassingen zijn andere aspecten van de hitte belangrijker.

Het is duidelijk dat hitte-extremen in Nederland snel toenemen, sneller zelfs dan we op basis van klimaatmodellen hadden verwacht. Dat betekent enerzijds dat we ons moeten aanpassen aan het regelmatig optreden van dit soort zomerhitte, en anderzijds dat we er achter moeten zien te komen waar dit door veroorzaakt wordt: betreft het een niet-klimaatforcering of hebben klimaatmodellen problemen zulke extreme omstandigheden goed te simuleren? Er is kortom nog volop werk voor deze klimaatonderzoeker.

Literatuur

Mureau R., B. Lankamp, W. van den Berg (2019). Hoe het hitterecord al vroeg in het vizier kwam. Meteorologica, september.

Philip, S.Y., Kew, S. F., van der Wiel, K., Wanders, N., en van Oldenborgh, G. J. (2020). Regional differentiation in climate change induced drought trends in the Netherlands. Environmental Research Letters, 15(9), 094081.

Meteorologica 4 - 2020

29

Heiligenschijn en andere optische verschijnselen Janneke Schenk (grafisch ontwerper en auteur) In het najaar van 2011, op vakantie in Frankrijk, maakte ik een ommetje. Ik liep over een weg met rechts een veld jonge tarwe. De zon stond vrij laag aan de linkerkant. Mijn lange schaduw bewoog met me mee over het veld. Ineens viel het me op dat er een lichtvlek om de schaduw van mijn hoofd zat.

Als ik stilstond kon ik het niet meer met zekerheid zeggen, maar als ik ging lopen bewoog het licht duidelijk met mijn schaduw mee. Ik maakte met mijn telefoon een foto waarop de lichtvlek goed te zien was. Wat kon dit zijn? Terug van vakantie ging ik op onderzoek uit en kwam ik erachter dat wat ik gezien had heiligenschijn moest zijn geweest.

Ik werd nieuwsgierig naar waardoor heiligenschijn veroorzaakt werd en ging op zoek naar informatie. Het viel me op dat de boeken en artikelen waar heiligenschijn in besproken werd, óf natuurkundige voorkennis veronderstelden óf juist erg oppervlakkig waren. Ik miste een aansprekend boek voor de leek die de details wil weten. En zo ontstond in mijn naïviteit het plan om in mijn vrije tijd zelf dat boek ‘voor iedereen’ te gaan maken. Het zou moeten gaan over de theorie achter verschillende licht- en kleurverschijnselen aan de hemel. Het bleek al snel veel te ambitieus voor de avonduren en zelfs een dag in de week was niet genoeg. Ik had meer concentratie nodig en besloot om een halfjaar vrij te nemen.

In deze periode ontdekte ik dat er allerlei soorten regenbogen zijn: enkele, dubbele, overtallige, witte, rode, wagenwielregenbogen, spiegelbogen. Na de regenbogen stuitte ik op glorie, corona en vele soorten halo’s. Minnaert beschrijft deze verschijnselen ook in zijn eerste deel van De natuurkunde van ‘t vrije veld dat al jaren in mijn kast stond. Geïnspireerd door zijn experimentele instelling maakte ik ’s ochtends vroeg foto’s van heiligenschijn met de camera voor het hoofd en op armlengte, probeerde vast te leggen of de dauwdruppels op het gras rond of afgeplat waren en met een tuinslang in de zon bleek een regenboog inderdaad helemaal rond te zijn met de schaduw van je hoofd in het middelpunt van de cirkel.

De natuurkunde achter deze licht- en kleurverschijnselen viel mee: reflectie, breking, kleurscheiding, interferentie en lenswerking: middelbare schoolstof die niet heel moeilijk is. Wel lastig is de ruimtelijkheid waarin de processen zich afspelen. Natuurkundigen maken snelle stappen van 2D naar 3D, maar ik vond het hersenkrakend. Soms duurde het dagen

voordat het kwartje viel. Ik kreeg nog grotere bewondering voor Minnaert, die zich steeds van alles wat hij zag, afvroeg waardoor het werd veroorzaakt en al zoekend overal een antwoord op wist te vinden.

Als grafisch ontwerper ben ik het boek tijdens het schrijven meteen gaan vormgeven. Vorm en inhoud ontstonden tegelijkertijd. Ik heb geprobeerd de theorie en de ruimtelijkheid op een visuele manier inzichtelijk te maken met illustraties. Het boek heeft ook vele afmetingen gekend, maar een klein formaat vond ik uiteindelijk het beste werken om de vele processen in kleine behapbare stapjes over te brengen (Janneke Schenk – Over de regenboog, 2017, Fontaine Uitgevers).

Een van de foto’s in het boek toont een prachtige corona rondom de zon, hoog in de besneeuwde bergen van Canada. Ik was ervan overtuigd dat ik dat in een stad in Nederland nooit zou kunnen zien. Maar, op een dag tijdens het boodschappen doen, vlakbij mijn huis in Amsterdam, zag ik dat de wolken in de buurt van de zon enigszins gekleurde randjes hadden. Ik kon het niet goed zien doordat ik werd verblind door de zon.

Ik rende naar huis om mijn camera te halen en toen ik die op de zon richtte zag ik op het schermpje gekleurde ringen om de zon, recht boven het Lloyds Hotel: een echte corona! Daar stond ik bij het winkelcentrum, met mijn camera richting de zon. Voorbijgangers keken me bevreemd aan. Ik had moeite om me in te houden en niet iedereen erbij te roepen.

Kijken naar de lucht is inmiddels een tweede natuur geworden. Als ik aan het werk ben hou ik de lucht vanuit mijn ooghoeken in de gaten en ik heb al vele verschijnselen gezien die me nooit eerder waren opgevallen. Zo was er een dag waarop de lucht vol zichtbare vliegtuigstrepen zat; ze vormden als het ware een sluier van bewolking. Ik wist inmiddels dat condenssporen van vliegtuigen, als die hoog vliegen waar het koud is, uit ijskristallen bestaan. Met ijskristallen in de lucht kunnen halo’s in de richting van de zon zichtbaar worden. Ik verliet mijn kantoor in hartje Amsterdam en keek omhoog, richting de zon. En ja hoor, daar zag ik niet één, maar wel drie haloverschijnselen tegelijk: een 22° halo, een omhullende halo en een bijzonnenring.

Het gevoel iets in de zichtbare werkelijkheid te ontdekken en het helemaal te kunnen doorgronden kan mij intens gelukkig maken.

Figuur 1. Foto van heiligenschijn met de camera voor het hoofd van de linker waarnemer. Beide waarnemers zagen de heiligenschijn om hun eigen hoofd (Holysloot, augustus 2016).

Figuur 2. Foto van heiligenschijn met de camera op armlengte.

De camera ‘ziet’ de heiligenschijn nu rondom de hand met de camera (Holysloot, augustus 2016).

30

Meteorologica 4 - 2020

HĂŠt magazine voor sterrenkunde, ruimteonderzoek weer en klimaat

Proefabonnement Stopt automatisch

â&#x201A;Ź 29,95

Ontvang zes maanden het Zenit magazine! Ga naar www.zenitonline.nl/meteo of bel +31(0)72 531 49 78 Meteorologica 4 - 2020

31

WEERBEELDEN In deel twee van zijn trilogie (blz. 203) behandelt Minnaert het fenomeen ‘ruwe rijp’. Tegenwoordig noemen we dat ruige rijp. Dit ontstaat wanneer onderkoelde mist- of wolkendruppeltjes door obstakels worden ingevangen en ter plekke bevriezen. De foto links laat ruige rijp zien en is gemaakt door Hamza Al Amarat op 2 maart 2019 in Zuid-Jordanië. Deze foto werd gepubliceerd op sociale media door Osama Tarifi, een weerman uit Jordanië. Hier gaat het om onderkoelde mist.

De foto rechts toont een ander voorbeeld van ruige rijp in onderkoelde wolken, gevormd op de Dutch Open Telescope (DOT). De DOT staat op een bergtop van de Canarische Eilanden, op het terrein van de “Observatorio Roque de los Muchachos in La Palma”. Dit observatorium werd gebouwd door onderzoekers van het toenmalige Sterrenkundig Instituut te Utrecht aan de Universiteit Utrecht (SIUU), de astrofysica-groep van Minnaert. De foto is genomen door Rob Hammerschlag, toenmalig medewerker van het SIUU. Hij ontwierp de unieke slanke mast die het windveld zo min mogelijk verstoort en niet wordt opgewarmd door de zon. Hoewel het SIUU in 2011 werd opgeheven is de DOT nog altijd operationeel.

32

Meteorologica 4 - 2020

25000 Euro

for the best innovative idea in meteorology The Harry Otten Prize is a prize of 25000 Euro that is being awarded every two years for the best innovative idea in Meteorology.

The prize encourages individuals and small groups (maximum of 3 individuals) to propose new ideas of how meteorology can, in a practical way, move society forward.

The next prize will be awarded during the meeting of the European Meteorological Society (EMS) in Barcelona (Spain) in September 2021.

Ideas for the prize may be submitted from 15 September 2020 until the closing date of 10 March 2021.

The endowment created by Harry Otten, which allows awarding the prize, is governed by an independent board. The members of the board also form the prize jury.

Meteorologica 4 - 2020

33

De Kuifje van ‘t vrije veld

column

Gerard van der Schrier

34

Meteorologica 4 - 2020

‘Ge vertelt een histoorke. En die historie moet verstaanbaar zijn, dus ge moet kláár zijn,’ vertelt Hergé, de schepper van Kuifje, in een interview met striptekenaar Joost Swarte in 1977 als Hergé uitlegt wat de ‘ligne claire’ of ‘klare lijn’ betekent. Maar het had net zo goed een uitspraak van Marcel Minnaert kunnen zijn die met zijn eenvoudige waarnemingen en natuurkundige beschrijvingen daarvan dezelfde klaarheid nastreefde.

Hoewel er geen aanwijzing is dat Minnaert en Hergé, een pseudoniem van Georges Remi, elkaar ooit ontmoet hebben, had dat zomaar gekund. Beide zijn geboren in Vlaanderen (Minnaert in Brugge, Hergé in Etterbeek bij Brussel) en bijna tijdgenoten: Minnaert was 14 jaar ouder dan Hergé. Verder konden de heren niet meer verschillend zijn: Hergé was conservatief katholiek en Minnaert atheïst en links georiënteerd. De francofone Hergé en de flamingant Minnaert hadden elkaar nooit kunnen vinden over de ‘Vlaamse kwestie’.

Maar ze vinden elkaar wel in de zonnefysica.

Het album waar Kuifje en Minnaert elkaar bijna tegenkomen is ‘De geheimzinnige ster’.

In dat verhaal raast een planetoïde op de aarde af en een brokstuk ervan komt in de Noordelijke IJszee terecht. Deze planetoïde blijkt een nieuw metaal te bevatten en een wetenschappelijke expeditie gaat op zoek naar de resten van de planetoïde om het onbekende metaal te bemonsteren.

Hergé publiceerde dit verhaal in 1942 en heeft moeten buigen voor de Duitse censuur om het verhaal überhaupt gedrukt te krijgen.

De competitie in de jacht naar het nieuwe metaal gaat tussen een Amerikaanse groep (in latere drukken vervangen door het fictieve land Sao Rico) en een groep wetenschappers afkomstig uit nazi-Duitsland, het fascistische Spanje of strikt neutrale staten. Hergé kon geen onderwerpen kiezen uit de actualiteit, zoals hij in het voorafgaande album ‘De scepter van Ottakar’ wel doet en waar Kuifje tegen de dictator Musstler – herken de twee fascisten – vecht.

Vanaf 1934 doet Hergé vaker onderzoek voor zijn verhalen, wat vanaf ‘De blauwe lotus’ de Kuifje-albums meer realistisch maakte. In ‘De geheimzinnige ster’ slaat Hergé overigens wel de plank mis als de aanstormende planetoïde een hittegolf veroorzaakt (onzin natuurlijk) en de tsunami die je verwacht nadat een planetoïde in zee stort uitblijft. Maar Hergé, die om de hoek bij de Belgische sterrenwacht in Ukkel woonde, heeft duidelijk navraag gedaan bij deze Sterrenwacht om zijn kennis over de zonnefysica op te vijzelen. De Sterrenwacht en een variant van de telescoop zijn afgebeeld in het album.

Minnaert, met zijn haar in de zo karakteristieke kuif, was in die tijd directeur van de Utrechtse sterrenwacht en hij had juist faam gemaakt met zijn fotometrische atlas van de intensiteiten van de donkere lijnen in het zonnespectrum. Elk scheikundig element, zoals helium of uranium, zendt zijn eigen karakteristieke lijnen uit als het heet genoeg is om gasvormig te zijn. Aan deze lijnen wordt het element herkend als een soort streepjescode van het betreffende gas. In het genoemde Kuifje album maakt de directeur van de Sterrenwacht een spectrografische opname van het licht dat de planetoïde uitzendt en ontdekt aldus een stel lijnen die hij niet thuis kan brengen: het onbekende metaal. Deze scenes in het album liggen zo dicht tegen het werk en de expertise van Minnaert aan dat het uiterst waarschijnlijk is dat de directeur van de Belgische Sterrenwacht destijds, Eugène Delporte, het werk van zijn collega Minnaert aan Hergé heeft uitgelegd.

Hergé is de connectie met de zonnefysica nooit echt kwijtgeraakt. In het album ‘Mannen naar de maan’ uit 1954 slagen Kuifje en prof. Zonnebloem erin om op het maanoppervlak de zonneconstante te bepalen en ‘exact de grenzen te bepalen van het zonnespectrum in het ultraviolet’. Ook de Belgische Sterrenwacht komt niet los van Kuifje; in 1950 vernoemen ze een dan ontdekte planetoïde naar Bianca Castafiore (de operadiva uit de Kuifje albums) en in 1953 zelfs eentje naar Hergé. Overigens nadat men in 1934 er al eentje naar Minnaert had vernoemd.

Hergé maakte niet zomaar illustraties bij een verhaal, hij maakte kunst. Kijk naar de beroemde omslagen van de Kuifje albums als ‘De Blauwe Lotus’ met Kuifje en Bobbie in een mingvaas tegen een rode achtergrond met een schaduwdraak. Ook Minnaert streeft naar schoonheid en raakt een diepere snaar met zijn ‘De Natuurkunde van ‘t vrije veld’.

Karel Knip schrijft in de NRC over dit magistrale werk dat niemand er ooit in is geslaagd Minnaert te evenaren in de beschrijving van alle optische effecten in de natuur, niet in volledigheid en niet in schoonheid, en dat de echte Minnaert-liefhebber zijn ‘vrije veld’ koestert als een ouderling zijn bijbel. Maar het werkelijke belang is natuurlijk de klaarheid in Minnaerts werk waarmee hij de natuurkunde van het vrije veld als eerste voor een breed publiek toegankelijk maakte, net als de klaarheid in de tekenstijl van Hergé met zijn strakke inktlijnen en heldere kleurvlakken baanbrekend zijn voor het beeldverhaal.

Met dank aan Peter Siegmund.

Sponsors van de Nederlandse Vereniging ter Bevordering van de Meteorologie

Werken bij KNMI: the best place to be voor onderzoekers!

Colofon Redactie Hoofdredacteur: Richard Bintanja (e-mail: richard.bintanja@knmi.nl, tel: 030-2206499).

Redactieleden: Wim van den Berg, Aarnout van Delden, Robert Mureau, Rob Sluijter, Fiona van der Burgt en Ben Lankamp. Henk de Bruin is interim-redactielid voor dit nummer.

Artikelen en bijdragen Deze dienen uitsluitend digitaal (bv. per e-mail) te worden aangeleverd, als Word document met figuren apart. Uiterste inleverdata hiervoor zijn: 1 februari, 1 mei, 1 augustus en 1 november voor respectievelijk nummer 1, 2, 3 en 4.

Voor meer informatie over de procedure, zie http://www.nvbm.nl/meteorologica/informatie_voor_auteurs/ Artikelen uit Meteorologica mogen uitsluitend worden overgenomen na voorafgaande schriftelijke toestemming van de redactie.

Meteorologica (ISSN 0929-1504) verschijnt vier maal per jaar en is een uitgave van de Nederlandse Vereniging ter Bevordering van de Meteorologie (NVBM).

Penningmeester en administratie: Mike Budde (penningmeester@nvbm.nl) Vormgeving: Colorhouse, Almelo

Vermenigvuldiging: Colorhouse, Almelo Abonnementen Alle leden van de NVBM zijn automatisch geabonneerd op Meteorologica. Ook niet-leden kunnen zich abonneren door 31,- euro voor vier nummers over te maken naar IBAN: NL66INGB0000626907, BIC: INGBNL2A, ten name van: NVBM-Meteorologica Postbus 464 6700 AL Wageningen onder vermelding van: “Abonnement Meteorologica” en uw adres.

Abonnementen worden telkens aangegaan voor een heel kalenderjaar; bij tussentijdse betaling worden de reeds verschenen nummers van dat jaar toegestuurd. Voor abonnees in het buitenland zijn de kosten 38,euro per jaar. Ook losse nummers kunnen op deze manier worden besteld (zolang de voorraad strekt) voor 10,- euro per stuk, onder vermelding van de gewenste jaargang en nummer(s).

Instellingen betalen 65,- euro voor een abonnement. Een student-abonnement kost 16,per jaar. Opzeggingen per email naar het bestuur (bestuur@nvbm.nl); hierbij geldt een opzegtermijn van drie maanden.

Lid worden van de NVBM Het lidmaatschap van de NVBM kost 55,euro per jaar. Meer informatie hierover is te vinden op de NVBM website: www.nvbm. nl. Opzeggingen per email naar het bestuur (bestuur@nvbm.nl); hierbij geldt een opzegtermijn van drie maanden.

Advertenties Adverteren in Meteorologica is mogelijk. Advertenties worden geplaatst op 3 formaten: A5, A4 of A3. Uiterste inleverdata voor advertenties zijn: 1 februari, 1 mei, 1 augustus en 1 november voor respectievelijk nummer 1, 2, 3 en 4.

Tarieven zijn op te vragen bij Richard Bintanja (e-mail: richard.bintanja@knmi.nl, tel: 0302206499).

Sponsorschap NVBM Men kan sponsor worden van de NVBM. Een sponsorschap wordt afgesloten voor minimaal 1 jaar. Een sponsor heeft diverse rechten, o.a.: – Het plaatsen van advertenties in Meteorologica – Plaatsing van het firmalogo in het blad.

– Het bijwonen van congressen e.d. georganiseerd door de NVBM. Voor meer informatie over het sponsorschap kunt u contact opnemen met Richard Bintanja of Mike Budde (zie boven).

Meteorologica 4 - 2020

35

MEETINSTRUMENTATIE

Broeikasgas Instrumentatie en Analyse

LI­830 CO2 Analyzer

LI­7810x CH4 / CO2 / H2O Trace Gas Analyzers

LI­850 CO2 / H2O Analyzer

LI­7700 CH4 Open path Methaan Analyzer

LI­7200RS Closed path CO2 / H2O Analyzer.

Meten in de CLOUD!

LI­7500RS Open path CO2 / H2O Analyzer.

Data analyse voor EC

Turfschipper 114 | 2292 JB Wateringen | Tel. 0174 272330 | info@catec.nl | www.catec.nl