Op het moment van schrijven is het 30 maart 2022. We hebben weken van droog en zonnig weer achter de rug in Nederland. Tot nu toe is er in grote delen van Nederland nog geen meetbare neerslag gevallen. En zó zonnig dat zelfs als maart een zomermaand was geweest, deze gemakkelijk bij de zonnigste maanden ooit zou vallen!
Maar inmiddels staat er een kleine weersverandering in de kaarten. Of klein…Best fors. De wind is al naar het noorden gedraaid en op donderdagmiddag kan er neerslag volgen. Deze neerslag valt in de vorm van sneeuw – en kan tot een fors sneeuwdek leiden.
Nu moet gezegd worden: sneeuwval is één van de moeilijkste weerfenomen om te voorspellen. Er zijn heel veel parameters bij betrokken. Onderstaande kaart is dan ook slechts één oplossing, van één model, gebaseerd op die parameters. En die parameters (de aannames) zijn zeer belangrijk voor de uitkomst.
In deze blogpost zet ik eerst uiteen wat de parameters zijn om tot sneeuwval te komen. Daarna gaan we kijken naar de parameters voor accumulatie: het ontstaan van een sneeuwdek.
Parameters voor sneeuwval
Feitelijk begint vrijwel alle neerslag, overal ter wereld, als sneeuw. Uitzonderingen zijn er natuurlijk wel: miezer en dauw, bijvoorbeeld. Maar doorgaans valt, ook in de tropen, de neerslag in eerste instantie als sneeuw. Dit door het simpele feit dat het boven in de wolken koud is, en waterdruppeltjes daar condenseren en sneeuwvlokken vormen.
Deze sneeuwvlokken vallen naar beneden. En net zoals het kouder wordt als de hoogte toeneemt, wordt het ook warmer als je lager komt. De sneeuw smelt. Als dit op een hoogte gebeurt die boven de grond is, zal de neerslag vallen als regen. Als dezelfde regendruppels door een zogenaamde “updraft” of “stijgstroom” weer omhoog gezogen worden, de wolken in, dan ontstaat hagel.
Nu stijgt de temperatuur niet altijd evenredig met de hoogte. De bovenluchten kunnen koud zijn, en de temperatuur aan de grond kan onder nul zijn. En tóch kan de neerslag dan vallen als (aanvriezende) regen. Dit is het geval als er tussenliggende lagen zijn waar de temperatuur hoger is. In deze luchtlaag smelt de sneeuw, om later weer te bevriezen. De druppel transformeert niet terug tot een sneeuwvlok.
Deze warmere luchtlagen zijn niet altijd duidelijk in beeld, zowel qua grootte als verticale diepte. Een sneeuwvlok kan immers ook gedeeltelijk smelten. Bij het smelten wordt de vlok groter en klonteren ze meer samen. Je kunt dus eenvoudig stellen dat grotere vlokken duiden op een warmere bovenlucht.
Je kunt dit zelf zien: natte sneeuw bestaat uit grote vlokken, die met relatief grote snelheid vallen. Heel droge sneeuw valt als poeder uit de lucht en dwarrelt naar beneden. Daar doen deze vlokken met gemak meerdere minuten over. Als er een sterke wind staat op grote hoogte kan dit leiden tot sneeuw uit een blauwe lucht.
Maar het kan ook anders: het hoeft niet te vriezen aan de grond om te leiden tot sneeuw. Hier speelt droogte mee. Droogte van de luchtlaag wel te verstaan. Als de lucht erg droog is, kan er veel neerslag verdampen. Dit verdampingsproces onttrekt veel warmte aan de lucht, waardoor de hele luchtkolom afkoelt. Hoe sterk de kolom afkoelt hangt af van de droogte van de lucht en de intensiteit van de neerslag. Pas als de lucht “verzadigd” is (100% luchtvochtigheid) stopt de verdamping.
Sneeuw kan voorkomen bij temperaturen tot ongeveer 6 graden Celsius, mits de lucht voldoende droog is en/of de intensiteit hoog genoeg. Maar sprake van een sneeuwdek zal er dan niet zijn en de temperatuur zal rap dalen zolang het blijft sneeuwen.
Conclusie: parameters voor sneeuwval
Een korte samenvatting: voor sneeuwval heb je in de eerste plaats neerslag nodig. Zonder neerslag kan het nog zo koud zijn, maar sneeuw valt er dan uiteraard niet. Als de neerslag valt, is het belangrijk dat de bovenlucht stabiel van opbouw is: een geleidelijke toename van de temperatuur, zonder tussenliggende warme luchtlagen. Ook de temperatuur aan de grond moet laag genoeg zijn zodat niet alle sneeuwvlokken gesmolten zijn.
Zoals gezegd is sneeuwval één van de moeilijkste weerfenomen om te voorspellen. Dit komt onder andere door een gebrek aan data (zeker van de bovenluchtopbouw) en door de wederzijdse beïnvloeding van bijvoorbeeld temperatuur, luchtvochtigheid en neerslagintensiteit.
Parameters voor accumulatie: het ontstaan van een sneeuwdek
Goed, stel dat aan bovenstaande omstandigheden is voldaan: het is koud genoeg om sneeuw te laten vallen. Je ziet vlokken vallen. Maar wanneer blijft de sneeuw nu liggen? Dit is een boeiend samenspel en hangt vol van lokale factoren.
Sneeuw en luchttemperatuur
Laten we beginnen met de eerste parameter: de luchttemperatuur. Zoals eerder toegelicht kan het voorkomen dat het dooit, terwijl het sneeuwt. Zo lang het dooit, smelt of verdampt de sneeuw.
Smelten als de lucht vochtig is, en verdampen als de lucht droog is. Dit proces heet sublimatie: het overgaan van vaste vorm naar gasvorm, zonder de tussenliggende vloeibare toestand aan te gaan. Hierdoor koelt de lucht snel af, maar neemt ook de luchtvochtigheid toe. Als de temperatuur onder 0 graden Celsius ligt, blijft de sneeuw in principe liggen. Mits:
Sneeuw en bodemtemperatuur
Mits de bodem ook bevroren is! Dat is de tweede parameter: de temperatuur van de bodem. Sneeuw die valt op een warme bodem zal direct smelten. Dit smelten zal de toplaag van de bodem doen afkoelen tot het vriespunt, mits het voldoende hard en lang sneeuwt. Hoe warmer de bodem, des te meer sneeuw er moet vallen (en smelten) om de warmte uit de bodem te trekken.
Daarom blijft sneeuw makkelijker liggen op auto’s en grasvelden: auto’s bestaan uit dun staal of aluminium en koelen dus snel af. Bij gras is er geen contact met de bodem: de sneeuw blijft liggen op de grassprieten of andere planten, en komt dus niet in aanraking met de bodem.
Sneeuw & bodemvochtigheid
De derde parameter is vocht in de bodem. Een bevroren bodem is niet vochtig (vocht zal immers overgegaan zijn in ijs). Maar een natte bodem heeft veel meer warmte in zich die er uit moet. Dit komt door de warmtecapaciteit: water (vocht!) heeft een warmtecapaciteit van 4.2kJ per kg. Zand slechts 0.89. Als we corrigeren voor “dichtheid” (zand is immers zwaarder per kuub dan water), dan zijn de waardes respectievelijk 4.2 en 1.4. Bosgrond zit op bijna 2.7.
Er is dus veel meer warmte beschikbaar in vochtige grond dan in droge grond.
Sneeuw & smelten van onderaf
Als er sprake is van accumulatie, dus het ontstaan van een sneeuwdek, dan speelt de bodemwarmte opnieuw een rol. De eerste paar centimeter is voldoende afgekoeld en droog genoeg om sneeuw te laten liggen. Dan begint het sneeuwdek te vormen. Maar het vormen van het sneeuwdek is ook direct een rem op dit proces: de sneeuw isoleert zeer goed: vergelijkbaar met het riet op een dak!
Deze isolerende werking zorgt er voor dat de warmte in de bodem niet meer kan uitstralen: boven het sneeuwdek kan het in deze omstandigheden zeer fors afkoelen in een heldere nacht. Maar onder het sneeuwdek loopt de temperatuur op tot het smeltpunt of daar boven.
De sneeuw wordt van onderaf “aangevreten” door deze dooi. Als de bodem goed waterdoorlatend is zakt het smeltwater snel weg. Als de bodem niet goed doorlatend is blijft het water staan en zal het afsmelten nog sneller gaan: het water kan namelijk meer warmte opnemen dan de sneeuw zelf. Sneeuw heeft namelijk een warmtecapaciteit van 2.2kJ per kg, tegen de eerde genoemde 4.2 van water.
Sneeuw en (diffuse) straling
De zon is krachtig. In december en januari niet zozeer, maar in de herfst en lente wel. Ter illustratie: een bewolkte dag in december levert soms maar 30W als straling. Een bewolkte dag in maart al 5x zoveel: 150W. Dit is allemaal straling die opgenomen wordt door objecten en de bodem. Als de bodem bedekt is met sneeuw, dan is door de isolerende en reflecterende werking deze energie niet beschikbaar om de bodem op te warmen.
Maar als de bodem níet bedekt is met sneeuw, dan zal deze warmte opgenomen worden door de bodem. Bovenop de bodemtemperatuur moet er dus óók voldoende sneeuw smelten om deze diffuse straling te compenseren: totdat de bodem bedekt is. Hier hangt het dus af van de intensiteit van de neerslag en de dikte van de bewolking. Een hogere intensiteit (die ook samenhangt met minder instraling) zal meer warmte onttrekken aan de bodem en meer straling compenseren.
Sneeuw in de lente: niet evident
Zelfs als het tot sneeuwval komt, is het dus niet evident dat sneeuw blijft liggen in de (late) lente. De bodem is al fors opgewarmd en de diffuse straling is groot. Om nog maar te zwijgen van directe straling als het even opklaart tussendoor.
Dat maakt sneeuw in de lente zeer afhankelijk van het tijdstip waarop het valt. In de nacht is er geen sprake van diffuse straling en zal de bovenste laag van de bodem al een stuk verder zijn afgekoeld dan overdag. Om overdag een sneeuwdek te laten ontstaan moet het heel hard sneeuwen. Dan nog zal het een tijdelijk dek zijn: de bodem heeft geen koude gekend. De sneeuw zal dus razendsnel smelten.
Waarom blijft in de bergen de sneeuw dan beter liggen? Dit komt eveneens door bovenstaande omstandigheden: het smeltwater stroomt van de berghelling af, de bodem is reeds bedekt met sneeuw (en dus koud) en de luchttemperatuur is lager als je hoger komt. Ook is het eventuele smelttraject door warme luchtlagen korter.