Channel 9 weerteam in More in Oklahoma op een reclamezuil die het overleefde. wel is de schade te zien door rondvliegende deeltjes. Foto: Matty Linders

Na een rustige start is afgelopen week het tornadoseizoen (maart-juni) in de VS in volle hevigheid losgebarsten. Met onder andere een EF4 tornado in Carney en een EF5 tornado in Moore, allebei in de buurt van Oklahoma-City, is iedereen weer wakker geschud. EF5 is de zwaarst mogelijke tornado en sinds 1950 zijn er door de Amerikaanse meteo 59 van dergelijke tornado’s geregistreerd. Bij EF5 tornado’s worden windsnelheden van boven de 320 km per uur gemeten.

Hoe ontstaat nu eigenlijk een tornado? Op Internet zijn diverse sites te vinden waarop dat wordt uitgelegd. Toch ga ik ook een poging wagen voor mijn eigen archief.

Om te beginnen, meteorologen weten nog steeds niet helemaal precies hoe het werkt. We weten welke ingrediënten er nodig zijn maar lang niet in alle gevallen dat die ingrediënten er zijn, komt er ook daadwerkelijk een tornado.

Een supercel. Foto: extremeinstability.com

Voor het ontstaan van een sterke tornado heb je in ieder geval een supercel nodig. Dit is een onweersbui die uren kan blijven bestaan omdat hij zichzelf niet de nek omdraait. Een supercel is namelijk zeer efficiënt opgebouwd waardoor de energie in de bui gewaarborgd blijft. De belangrijkste reden dat een supercel kan blijven bestaan is dat de neerwaartse koude luchtstroom gescheiden is van de opwaartse warme luchtstroom. Bij een gewone bui is dat niet het geval waardoor de neerwaartse luchtstroom de opwaartse luchtstroom op een bepaald moment gaat afsnijden.

Voor het ontstaan van een supercel is vooraf een ideale opbouw van de atmosfeer noodzakelijk. Koude lucht bovenin, warme, vochtige lucht onderin en daartussen een nog warmere, droge luchtlaag die er voor zorgt dat de warme vochtige lucht onderin nog niet kan gaan opstijgen. De middelste laag werkt als een soort deksel. De cap.

Het is nu wachten op het moment dat de onderste luchtlaag door constante aanwarming warmer wordt dan de tussenlaag. Er wordt als het ware extra druk en energie onderin opgebouwd tot het moment dat de inversie wordt doorbroken. Dit doorbreken kan geholpen worden door geforceerde optilling van de onderste laag. Bijvoorbeeld als koude lucht van een koufront zich onder de warmere lucht dringt. ls de cap doorbroken dan kan de warme, vochtige lucht snel verder stijgen en afkoelen en kan er een enorme onweersbui ontstaan die kan doorgroeien tot een supercel met mogelijk een tornado. Maar zoals ik eerder schreef, voor een supercel hebben we gescheiden luchtstromingen nodig in de verticaal.

door de upwaartse luchtstroom wordt de horizontaal roterende windband ‘rechtop’ gezet.

Om die gescheiden luchtstromen te krijgen is er windschering nodig. Dit betekent dat de wind aan de grond anders moet zijn dan op zo’n 4-6 kilometer hoogte. Het verschil in windsnelheid moet minimaal zo’n 30 tot 35 km per uur zijn en het liefst moet de wind ook nog waaien uit een andere richting. Ideaal is een windtoename en ruiming (draaiing met de wijzers van de klok mee) met de hoogte. Door de windschering ontstaat er een horizontale draaiende stroming, evenwijdig aan het aardoppervlak (zie afbeelding hierboven). Bij de eerder gevormde buienwolk is een warme stijgstroom aanwezig en deze stijgstroom tilt in het ideale geval de draaiende, horizontale luchtstroom op waardoor er een verticale, omhoog draaiende stroming ontstaat. Dit noemen we een mesocycloon. De mesocycloon zorgt er voor dat de koude daalstroom en de warme stijgstroom gescheiden blijven en om elkaar heen draaien. Zo zitten ze elkaar niet in de weg en kan de supercel ontstaan. De mesocycloon (ca. 4-7km) is overigens veel groter in doorsnee dan de tornado (ca. 100-2000mtr) die uit de mesocycloon komt.

De opbouw van een supercel en wat andere tornadofeiten in de VS.

Supercellen produceren vaak veel neerslag en gaan gepaard met hagel en onweer. Door de sterke stromingen in de bui kunnen hagelstenen het formaat krijgen van golfballen of zelfs honkballen. De ijsdeeltjes gaan meerdere malen op en neer in de wolk en groeien steeds verder aan totdat de stijgstroom ze niet meer kan tillen.

De supercel is nu een feit en de kans is aanwezig dat er een tornado ontstaat. Een tornado is een luchtkolom die krachtig om zijn verticale as draait. De doorsnee kan sterk verschillen. Ook voor het ontstaan van een tornado is de eerder genoemde onstabiliteit en windschering essentieel. Hoe sterker de opwaartse stroming hoe groter de kans op een tornado. De windschering kan de rotatie versterken waardoor er een omhoog draaiende, ‘zuigende’, luchtstroom ontstaat.

Hoe warmer en vochtiger de lucht onderin is en hoe kouder de lucht bovenin, het maakt de onstabiliteit alleen maar groter en versnelt het condensatieproces (waterdamp wordt water). Bij het condensatieproces komt warmte vrij die gebruikt wordt om de opwaartse stroom nog meer te versnellen. Het proces versterkt zichzelf en een tornado kan geboren worden. De condenserende waterdamp maakt de tornado uiteindelijk ook zichtbaar. Vanuit de onderkant van de wolk zie je een slurf richting de aarde ontstaan. Zolang de slurf de grond nog niet raakt is het nog geen tornado maar een funnel cloud. Wanneer de windslurf de grond bereikt spreken we van een tornado. Een zichtbare tornado krijgt nu vaak een andere kleur door opvliegend stof en rotzooi (debris) die ‘opgezogen’ wordt.

Roterende mesocycloon

Hook echo en debris ball

Meteorologen en ‘spotters’ bestuderen de lucht met het blote oog en zijn op het moment dat het gevaarlijk weer wordt extra alert op de bewegingen in de wolkenmassa’s. Rotaties in de wolken kunnen een mesocycloon verraden, ‘wall clouds’, ‘inflow bands’, ‘funnels’ en een ‘beaver tail’ zijn allemaal kenmerken die met het blote oog in de lucht kunnen worden waargenomen en tekenen kunnen zijn voor het ontstaan van een tornado.

Doppler radar output. Links hook en debris ball (paars) echo, rechts verticale doorsnee tornado,

Tegenwoordig hebben meteorologen ook de beschikking over Doppler radars. Deze radars laten naast de neerslag ook de bewegingen zien die zich afspelen in de buienwolken. Op die manier kunnen bijvoorbeeld rotaties worden herkend.

Beaver tail cloud

Een ‘hook echo‘  op een radarbeeld is een zeer belangrijke aanwijzing voor het ontstaan van een tornado. Het is feitelijk de daalstroom met regen die zich om de opwaartse stijgstroom krult. Het is het bewijs van een mesocycloon. Als er dan ook op de radar een ‘debris ball‘ zichtbaar wordt is de tornado definitief een feit. Het zijn sterke radarecho’s die zichtbaar worden als de tornado puin, takken, bladeren e.d. opslurpt van de grond. Doordat de echo er als een bal uitziet spreekt men van een debris ball.

Hoe sterk de tornado uiteindelijk wordt en hoe lang de tornado blijft doorrazen na zijn ontstaan is afhankelijk van hoe de meteorologische elementen in elkaar passen. Vooraf is dat niet in te schatten. Er worden daarom waarschuwingen uitgegeven voor tornado’s maar niet voor hun kracht. Indien er een waarschuwing uitstaat voor mogelijke tornado’s moet je er voor zorgen dat je altijd zicht hebt op volgende waarschuwingen. Het is van levensbelang. Lokale TV zenders, radio en social media spelen een zeer belangrijke rol om de waarschuwingen door te geven.

Prachtig voorbeeld van een roterende mesocycloon. Goed te zien rond 4.00. Vanaf ca. 4.48 spreken we van een tornado.

Op mijn blog heb ik het meestal over tornado’s die in het centrale deel van de Verenigde Staten voorkomen. Dit wil niet zeggen dat er nergens anders tornado’s voorkomen. Als meteoroloog is de VS een interessant gebied om te volgen omdat de meteorologische data daar makkelijk voorhanden is en er veel kennis wordt uitgewisseld. Het beschikbare beeldmateriaal is enorm. Maar in Argentinië en Bangladesh komen ook relatief veel tornado’s voor. In Europa zijn er jaarlijks diverse voorbeelden van tornado’s. Recentelijk nog in Rusland en  vorig jaar bij Venetië in Italië. In Nederland zijn tornado’s zeker niet onbekend. Deze zijn vrijwel altijd van de lichtere categorieën (FE1/2) maar kunnen evengoed flink wat schade opleveren. Op 6 augustus 2011 trok er nog een tornado over een deel van Friesland. Heel bekend in de Nederlandse geschiedenis zijn de tornado’s die Chaam en Tricht troffen in 1967. In ons land spreken we meestal van zware windhozen in plaats van tornado’s.

Bronnen: Luchtmacht Diktaat Synoptische Meteorologie , NOAA, KNMI