Windevent Dedemsvaart 30 juni 2016


Windevent Dedemsvaart 30 juni 2016

Donderdag 30 juni2016 heeft er zich een windevent voorgedaan, waarbij enkele huizen en wagens in Dedemsvaart zijn beschadigd. In de ochtend voor de event is door het Stormplatform meteo-team een forecast gepubliceerd waar we deze dreiging hebben aangehaald daar de weermodellen, en dan meerbepaald de fijnmazige, dit aantoonden.

Wegens ietwat onzekerheid en de lage thermodynamische eigenschappen van de verwachte convectieve gebeurtenis hebben wij een BASE-risico uitgegeven voor de regio, met de vermelding van dynamische buienkenmerken, zware windstoten en in mindere mate hagel.


forecast


De bedoeling van dit artikel is dat we deze gebeurtenis proberen koppelen aan de meest recente onderzoeken omtrent lineaire buienconfiguraties, toegespitst op de boogvorm die zich gisteren op radar heeft getoond ten tijde en op locatie van de windevent. Zodoende kunnen we proberen het kaf van het koren te scheiden, met de nadruk op “proberen” aangezien komend artikel duidelijk zal maken dat dit niet altijd even gemakkelijk is.

We weten ondertussen dat buienlijnen in een boogvorm kunnen voorkomen. De boogvorm die duidelijk is op de neerslagbeelden krijgt dan de naam van "bow-echo" toegekend, aangezien de "echo-return" van de radar-pulse een buienlijn in boogvorm retourneert.

Te onthouden is dat niet elke buienconfiguratie in de vorm van een boog voldoet om als bow echo erkend te worden. Het is vooral belangrijk dat er zich een sequentie van gebeurtenissen voordoet waarna een echo in de vorm van een boog de term “bow echo” mag toegekend worden. Trouwens is er niet perse onweer nodig om van een “bow-echo” te spreken, niet tegenstaande dat zij zich meestal wel voordoen in combinatie met onweer.

echotops

Bovenstaande afbeelding toont de zwaar ondermaatse echotops ten tijde van de event en illustreren waarom er zich geen ontladingen hebben plaatsgevonden. De echotops zijn de 5km nèt voorbij geklommen met een kleine marge. De temperatuur op die hoogte laat niet gemakkelijk nucleatie toe waardoor de scheiding van lading zich niet of amper kon manifesteren.

De reden waarom de “bow echo” zijn naam krijgt, dienen we te zoeken in het feit dat er een sterke voorwaartse duw aanwezig is die een buienlijn naar voor doet doorbuigen. Het mechanisme dat verantwoordelijk is voor die boogvorm is de Rear inflow jet (of RIJ), terwijl de locatie waar de befaamde RIJ de buienlijn vooruit drukt gekenmerkt wordt door een RIN (of Rear Inflow Notch). We komen hier iets later wel op terug.

De rol dat deze RIJ invult in deze frequente buienconfiguratie is reeds geruime tijd bestudeerd geweest door o.a. Fujita in 1978 - 1981, Fujita en Wakimoto in 1981, Forbes en Wakimoto in 1983, Atkins et al. 2005, Wheatley et al. 2006 en Wakimoto et al. 2006.

bowechoconcept

Elk van deze onderzoeken toonde aan dat de RIJ als motor diende om de buienlijn naar voor te duwen, de bow echo zijn naam te geven en dat deze boog-configuratie veelal gepaard ging met diverse manifestaties van schade. De schadesporen varieerden sterk en manifesteerden zich in smalle tot brede sporen die zowel kort als lang kunnen zijn, strekkend tot meer dan 100 kilometer lang.

Onderzoeken naar de typische schade, hun manifestaties en sporen van bow echo's werden uitgevoerd door o.a. Fujita and Wakimoto in 1981, Johns & Hirt in 1987, Przybylinski 1995, Jorgensen & Weckwerth 2003 en Atkins et al. 2004.

Een recenter onderzoek (Wheatley et al. in 2006) heeft dan gebruik makend van een schade-onderzoek in combinatie met de doppler data zoals radiale snelheden succesvol kunnen aantonen dat de voorgaande onderzoeken naar de mogelijke RIJ inderdaad juist waren en heeft het bestaan van de RIJ en diens rol in de bow-echo schade kunnen bewijzen.

lewpconcept

De creatie van een Line Echo Wave Pattern (LEWP) is door onderzoeken zoals BAMEX, 2003 & Davis et al, 2004 bevestigd als mogelijke evolutie en/of manifestatie van de bow echo feature en is in wezen een soort ketting van kleinere bow echo's als onderdeel van een volledige lijn.

Door de golvende natuur van deze buienlijn en de veel voorkomende onderbrekingen die bij deze configuratie te vinden zijn werd deze buienconfiguratie dan een Quasi Linear Convective System (QLCS) genoemd, alhoewel in de huidige “era” een QLCS eerder een verzamelnaam is geworden voor alle lijnvormige buien (MCS’s, bow echo’s, squall lines, LEWP’s…), aldus de onderzoekers van NOAA en het SPC/NWS/NSSL.

Recente numerische & observationele onderzoeken hebben uitgewezen dat er op de meso-gamma schaal (2 - 20km) aan de voorkant van bow echo's, mesovortices worden gegenereerd die verantwoordelijk zijn voor versterking en lokalisatie van schade en dat die sterk gelinkt zijn met de plaats waar de RIJ tegen het aardoppervlak wordt gesmakt... Een hypothese voor het eerst naar voor gebracht door Trapp & Weisman in 2003.

We moeten weten dat overal waar die RIJ de grond raakt en het QLCS naar voor drukt dat er aan het voorwaartse gustfront van de bow echo uitstulpingen ontstaan.

De volgende afbeelding illustreert dit gegeven waarbij de roze tot rode uitstulpingen aan de voorkant van de bow echo verantwoordelijk zijn voor de creatie en onderhoud van mesovortices (groene rotatiepijltjes). Het maximum aan RIJ-intrusie illustreert de locatie waar de Rear inflow jet (“Descending RIJ”) langs de achterkant de buienlijn naar voor drukt.

mesovortexconcept

Koppelen we dit aan het radarbeeld van donderdag 30 juni 2016 omstreeks 19u lokale tijd zien we een erg frappante gelijkenis met het conceptioneel model van mesovortices, dewelke tijdens het onderzoek van Atkins 2005 werd opgesteld. We zien op radar dezelfde vorm, waarbij er zich aan de voorkant een markante doorbuiging voordoet van de buienlijn. Dit terwijl de gelijkenis zich reeds vanaf het vroege stadium, de “TALL ECHO”, tot de “BOW ECHO” toont.

De locaties van de sterkste mesovortices zijn sterk gerelateerd aan de locatie van de sterkste RIJ intrusie. m.a.w. Waar de gustfront-uitstulping het grootst is, vinden we iets ten noorden of ten zuiden van die locatie de zwaarste mesovortices. Enkel de sterkste mesovortices zijn deze die schade brengen, terwijl er ook overtrekkende mesovortices zijn die geen schade berokkenen.

radarimage

Onderzoek door Trapp & Weisman in 2003 en Atkins in 2005 heeft uitgewezen dat nagenoeg alle schade bij bow echo events te wijten is aan mesovortices die zich langs het QLCS gevormd hebben.

Let op: mesovortices zijn géén supercels want die hebben een andere diepte waarin de rotatie zich afspeelt. Terwijl de rotatie van supercels zich situeert vanaf de mid levels tot 6 km, vinden we bij deze mesovortices de rotatie tot amper 2 - 3 km hoog. (In de meest extreme gevallen kan die rotatie tot hoger 4 km hoog reiken, maar dit zijn pas een handvol cases en zijn beslist de norm niet).

Ook is de bron van rotatie voor supercels en mesovortices verschillend. De rotatie voor supercels vinden we in de verticale windschering van de omgeving, gemoduleerd door een updraft terwijl de bron van de mesovortex-rotatie (groene rotatierichting) te vinden is in de rotatie langs het gustfront die langs de interface van de uitstulping (outflow) en instulping (inflow) wordt gegenereerd.

mesovortexcloseup

Belangrijk om te weten is dat langs een voortbewegend gustfront van een QLCS er continu mesovortices kunnen worden gecreëerd zolang er een golvende natuur in het gustfront aanwezig is waardoor er een inflow-outflow of anders gezegd een downdraft-updraft interactie mogelijk is. Hier gelden natuurlijk de gekende fysische processen.

Hoe breder de rotatie (lees: hoe breder, en/of minder diep de uitstulping), hoe zwakker de rotatie zal zijn aan de rand van de uitstulping - wanneer thermodynamica & de wind in de omgeving hetzelfde blijft. Hoe kleiner in diameter daarentegen de rotatie is (lees: hoe dieper en/of compacter de uitstulping), hoe sterker de rotatie zal zijn wegens het behoud van hoeksnelheid. Het “vortex-stretching principe” heeft hier dus een grote invloed op.

radarimageannotated

Valt de downdraft (lokaal en/of RIJ) weg, zijn er ook geen uitstulpingen mogelijk en dus ook geen updraft/downdraft interacties. De gelokaliseerde inflow is te wijten aan de vorm en diepte van de uitstulping, waarlangs er lucht wordt gekanaliseerd in een compacte inflow-notch. De locatie waar de RIJ richting de grond raast vinden we aan de achterkant van de boog terug en toont zich aan een verlaging van neerslagintensiteit die aangetoond wordt door de 2 pijlen met annotaties “RIN” (Rear Inflow Notch).

Bow echo's zijn ook gekend omwille van hun mogelijkheid om tornado's te brengen. We denken aan onderzoeken door Fujita in 1979, Forbes & Wakimoto in 1983, Wakimoto 1983, Przybylinski 1995, Funk et al. 1999, Atkins et al. 2004 en Atkins et al. 2005 die dit reeds hebben aangetoond.

Al deze onderzoeken hebben 1 gemene deler, namelijk dat de "parent-cloud" verantwoordelijk voor het brengen van een tornado de gevormde mesovortex is langs het QLCS gustfront.

bowechophases

In tegenstelling tot de tornado's die een extensie zijn van de mid level rotatie van supercels, is de QLCS tornado zoals die genoemd wordt géén extensie van een mid level-supercel updraft rotatie. Ze zijn in het geheel niet aan supercels te linken, dus ook niet geïnduceerd door een supercel- RFD (Rear flank downdraft), alsook niet noodzakelijk verbonden aan een wallcloud, vertonen geen hook-echo en bevinden zich niet waar de typische supercel-tornado zich bevindt (ten ZW van een naar rechts afbuigende supercel). Eigenschappen die het erg moeilijk maken om op zo een event te anticiperen in het nowcasten.

Ook de schade die door de QLCS tornado wordt veroorzaakt verschilt in de EF-schaal sterk van de supercel-tornado's. Onderzoek uitgevoerd door o.a. Przybylinski in 1995, Funk et al. in 1999, Atkins et al. 2004 en 2005 hebben aangetoond dat de typische QLCS tornado schade brengt gaande van EF-0 tot EF-2 terwijl de supercel tornado's de volledige EF-schaal invullen tot EF-5. De schade die werd gepubliceerd in de media suggereren dat er zich EF0 tot hoogstens EF-1 schade heeft voorgedaan met afgewaaide dakpannen en omgewaaide muurtjes & andere diverse zwakkere constructies als schade-indicatoren. Dit valt in de range wat te verwachten valt van een eventuele QLCS tornado, maar een één op één relatie is het beslist niet en het zou enorm voorbarig zijn de conclusie te trekken dat een tornado verantwoordelijk is voor de schade.

De generatie van mesovortices en diens invloed op tornado's is dan ook tot op heden onafgewerkt onderzoek, maar er zijn alvast wel verschillende hypotheses voor hun bestaan en verloop. Het onderzoek dat wel is afgerond zoals Atkins in 2005 en Atkins & ST . Laurent in 2009 toonde sterk aan dat de creatie van al dan niet tornadische mesovortices duidelijk gelinkt was aan de sterkste RIJ- intrusie, zoals reeds werd aangetoond in de vroegere onderzoeken (pre 2005).

Het onderzoek van Atkins & S T . Laurent in 2009 heeft daarboven ook aangetoond hoe deze mesovortices precies worden gegenereerd en hoe die updraft-downdraft interactie tot stand komt.

vortexlines

Er zijn verschillende manieren hoe dit in zijn werk treedt, alsook verschillende configuraties die met mesovortex-genesis gepaard gaan. We vinden couplets zoals hierboven in de afbeelding met een cyclonaal en anticyclonale partner, alsook enkel cyclonale vortices of anticyclonale vortices. Elke configuratie is eigen aan ofwel een apart stadium in de evolutie van de bow-echo of QLCS of is te wijten aan de thermodynamische kenmerken van de atmosfeer. Een kennelijk brede diversiteit die dan ook het terechte idee opwekt op dat deze eveneens moeilijk te forecasten zijn.

De couplet-case vinden we volgens het Atkins 2009 onderzoek veelal in het beginstadium van de boog-ontwikkeling wanneer de RIJ begint aan te spannen en de buienlijn naar voor drukt. De couplet zelf kan op 2 manieren ontstaan, maar zijn beide gelinkt aan de intrusie van de RIJ. Langs het gustfront vinden we een rotatie langs een horizontale as en het is deze vorticiteits-as die ofwel naar beneden of naar boven wordt gekanteld waardoor de vortex-lijnen i.p.v. horizontaal een lokaal verticaal component krijgen.

vortexlinescloseup

Bovenstaande afbeelding toont de neerwaartse kanteling van de horizontale vortexlijnen langs een gustfront. Hier krijgen we een cyclonale mesovortex aan de zuidkant en een anticyclonale aan de noordkant. De rotatie van de aarde (coriolis kracht) versterkt de cyclonale mesovortex en verzwakt de anticyclonale, waarna deze laatste na verloop van tijd verdwijnt of idealiter toch tenminste steeds verder verzwakt onder invloed van de cyclonale rotatie van de aarde.

De andere manier is net het omgekeerde. Hier worden de vortex-lijnen niet naar beneden gedrukt zoals bij de downdraft-dominante case maar worden de vortexlijnen net omhoog getilt, waardoor we de cyclonale mesovortex nu aan de noordkant vinden en de anticyclonale aan de zuidkant. De groene rotatiepijlen tonen de mesovortices. De gele stroomlijnen zijn de vortex-lijnen langs het gustfront & inflow. De blauwe neerdalende pijlen zijn een illustratie van de RIJ en de rode pijlen zijn de updraft/inflow die door de RIJ naar boven wordt gedrukt.

3dmodelvortexlines

We zien terug een tilting van de vortex-lijnen net zoals in het eerste geval maar zien dat deze tilting naar boven is, gekoppeld aan een lokaal updraft-maximum. Hierdoor is de cyclonale & de anticyclonale vortex van plaats verwisseld i.v.m. de downdraft-dominante case die de vortex lijnen naar beneden buigt en zo de horizontale vorticiteit in de verticale zin kantelt.

Deze 2 types mesovortex-paren vinden we veelal terug in het beginstadium van de bow-echo wanneer de RIJ-intrusie nog niet voorbij zijn piek is. Een voorbeeld van een reeks mesovortex-paren vind je in onderstaande afbeelding, waarin de stretching van de vortexlijnen en dus de tilting van de vorticiteit in de verticale zin langs het volledig QLCS gustfront duidelijk is.

vortexparen

De tweede configuratie is deze waarin de RIJ zijn piek behaalt of reeds heeft behaald en creëert veelal enkel cyclonale mesovortices. De RIJ is hier meer lokaal gefocust, valt onder een hoek met de inflow aan de voorkant van de lijn en je hebt een uitstulping in het gustfront die ervoor zorgt dat de inflow aan de linkerkant van deze uitstulping wordt gekanaliseerd met daar een maximum aan convergentie als resultaat.

Hierdoor heb je een gelokaliseerde opwaartse beweging en dus uitrekking van de ontwikkelende mesovortex en wordt zo de low-level circulatie in de verticale zin uitgerokken en aangespannen, net zoals het principe van een schaatser die de armen intrekt en zo de rotatie versterkt.

3dmodelcyclonalemesovortex

De manier hoe we schadelijke mesovortices verantwoordelijk voor “straightline- windschade” kunnen onderscheiden van de tornadische mesovortices wordt in de toekomst verder onderzocht maar de huidige hypothese (Atkins et ST . Laurent in 2009) is dat de doppler beelden dit kunnen aantonen.

Preliminair onderzoek, eerst door Weisman in 2003 en later door Atkins in 2005 - 2009, heeft aangewezen dat tornadogenesis onder de mesovortex-rotatie veelal wordt voorafgegaan door een sterke en snelle verdieping van de mesovortex rotatie vooraleer de tornado ontwikkelt. De basis- resultaten van het erg preliminair onderzoek door Atkins in 2005 - 2009 toont aan dat er een mogelijk onderscheid tussen de tornado-producerende mesovortices en de non-tornado producenten te vinden is in de Doppler /images.

diagramonderscheid

Het diagram toont de rotatie-snelheid: de radial velocity waarden in m/s voor de schadelijke mesovortices die geen tornado's hebben teweeg gebracht (groene lijn) en deze die wel tornado's hebben geproduceerd (rode lijn).

We zien duidelijk een sterk verschil in rotatiesnelheid in de onderste niveaus terwijl hoe hoger de rotatie te vinden is, hoe vlugger het verschil afneemt. Hieruit kunnen we concluderen dat hoe dieper de rotatie in de mesovortex wordt bekeken of gescand, hoe minder gedefinieerd het verschil is tussen de producenten en de niet producenten, dus... hoe sterker de rotatie in de onderste niveaus, hoe meer kans of hints er zijn is dat er zich een QLCS-tornado vormt, heeft gevormd of zal vormen.

De velocity-/images die wij produceren met de data van het KNMI toont op verschillende locaties hints van een bewegingscomponent naar de radar toe, een zogenaamde dipool of "couplet". Dit langs de volledige echo zoals in het onderzoek van Atkins 2009 werd opgetekend.

velocityimage

Deze kunnen een indicatie zijn van de vorming van mesovortices langs de zogenaamde bow-echo. De resolutie van de radar is daarentegen niet erg hoog waardoor de eigenschappen en de details ietwat verloren gaan, alhoewel ze zich nog steeds kenbaar maken aan de groen-rode paren. De afstand tot de radar daarentegen zorgt er tevens ook voor dat de onderste niveaus van de rotatie niet gedetecteerd worden aangezien de radarstraal er gewoon over schijnt. Op de elevatie van bovenstaand image kijken we reeds in de richting van 2km hoog in de wolk, wat volgens de reeds getoonde echotops ruim 1/3 van de volledige buiendiepte lijkt te zijn.

Koppelen we dit aan de hoogte waarin het verschil in rotatiesnelheden tussen de tornadische en non-tornadische mesovortices verwatert in het laatst vermelde diagram merken we op dat de hoogte waarop de radarstraal zich bevindt in de bui zich op een locatie bevindt waarin dat onderscheid steeds minder duidelijk is. Deze benadering is wegens de vermelde kanttekeningen dus minder gunstig, waarbij enkel afgaand op radar een onderscheid tussen een tornado of gewone valwinden niet te maken valt.

In de nowcast-omgeving was het gebrek aan ontladingen ook een factor die in negatieve zin heeft bijgedragen tot een juiste interpretatie van de dreiging tijdens de event, aangezien men er veelal van uitgaat dat convectieve windevents en tornado’s zich uitsluitend voor doen wanneer we daadwerkelijk spreken over onweersbuien. Over onweersbuien was geen sprake aangezien er zich boven het grondgebied van de Benelux geen enkele ontlading heeft plaatsgevonden. Mogelijks lag dit ook aan de basis van het ontbreken aan een forecast van de officiële en gekende instanties.

We zitten hier dan ook aan de uiterste rand van de huidige meteokennis omtrent bow-echo’s, mesovortices & tornadovorming door QLCS’s. Meer onderzoek dat verder bouwt op het materaal van Atkins, ST Laurent, Weissman en anderen is dan ook broodnodig om in de toekomst met grotere “leadtime” op deze events te anticiperen, dit zowel op vlak van nowcasting als forecasting.

In de meteorologie is namelijk niet alles wat het lijkt…