Neerslag (atmosfeer)

Orografische neerslag, frontale neerslag en convectieve neerslag.

Wolkenvorming is de condensatie rond condensatiekernen van in de lucht aanwezig vocht op enige hoogte van de grond tot wolkenelementen. Deze condensatie treedt op door afkoeling na stijging van lucht. Condensatie is daarnaast ook mogelijk door afkoeling door een koude ondergrond of door menging met koude lucht, maar dit leidt meestal tot mist. Waterwolken bestaan uit waterdruppels, terwijl ijswolken ijskristalletjes bevatten. In gemengde wolken komen zowel waterdruppeltjes als ijskristallen voor.

De opstijgende lucht koelt adiabatisch af en als het dauwpunt bereikt wordt, vindt condensatie plaats. Dit kan een gehele luchtmassa zijn, zoals het geval bij:

• convergentie, het samenstromen van lucht bij lagedrukgebieden en isallobarische minima waardoor deze naar boven uit moet wijken;
• bij een front wordt warme massa of lucht opgetild door koude massa;
• bij orografische wolkenvorming wordt een luchtmassa opgetild door een bergketen.

De wolkensoorten die ontstaan, zijn afhankelijk van de stabiliteit van de lucht, maar zijn bij berghellingen en fronten vaak stratiform.

Daarnaast kan er ook sprake zijn van stijgende lucht door golfbewegingen:

• lopende golven kunnen ontstaan als twee luchtmassa's over elkaar heen bewegen. In de golf daalt en stijgt de lucht waardoor wolken zich vormen en weer oplossen. Dit zijn undulatuswolken als altocumulus-undulatus en stratocumulus-undulatus;
• staande golven van het type altocumulus lenticularis kunnen ontstaan aan de lijzijde van bergruggen.

Een derde vorm is plaatselijk opstijging door convectie, het opstijgen van lucht door verwarming van onderin. Dit treedt op in instabiele koude massa, dat is lucht waarvan de temperatuur lager ligt dan die van het oppervlak, de lucht wordt dus onderin verwarmd. Hier stijgt niet de gehele luchtmassa, maar slechts luchtbellen met een grootte van enkele tientallen tot honderden meters. Hieruit ontstaan wolken van het type cumulus en cumulonimbus.

Dat wolkenelementen kunnen uitgroeien tot neerslagelementen als regendruppels, hagelkorrels en sneeuwvlokken is mogelijk door twee processen, het coalescentieproces dat voornamelijk lichte regen produceert en het Wegener-Bergeron-Findeisen-proces dat stevige buien met regen, hagel en sneeuw tot gevolg kan hebben. Daarnaast is het type bewolking van belang, waarbij in eerste instantie onderscheid wordt gemaakt tussen gelaagde of stratiforme bewolking en convectieve bewolking.

Coalescentie speelt zich af in relatief warme wolken waarbij de temperatuur van de wolkentop boven de -10 à -12 °C ligt. Wolkenelementen van verschillende grootte en gewicht en daarmee verschillende valsnelheden, kunnen bij botsing met elkaar samenvloeien. Als de wolk voldoende groot is, kunnen zich regendruppels vormen die door de wolkenbasis vallen. De neerslag uit dit proces is heel lichte regen, motregen en motsneeuw.

1. -23 °C en lager: ijskristallen
2. tussen -10 °C en -15 à -23 °C: gemengde zone
3. tussen 0 °C en -10 °C: onderkoelde waterdruppels
4. 0 °C en hoger: gewone waterdruppels

In relatief koude wolken komen onderkoelde waterdruppeltjes en ijskristallen samen voor. Hier speelt zich het Wegener-Bergeron-Findeisen-proces af. Doordat de lucht rond ijs minder waterdamp kan bevatten dan rond de onderkoelde waterdruppeltjes, zal bij verzadigde lucht de damp verrijpen op de ijskristallen. Hierdoor vermindert de hoeveelheid waterdamp en is er sprake van onverzadigde damp. De waterdruppeltjes zullen daarop verdampen waarna het proces zich herhaalt. De aangroeiende ijskristallen kunnen daarna in verschillende vormen als neerslag – regen, sneeuw, hagel of ijsregen – naar beneden komen. Als de neerslag in de wolk als sneeuw begint, dan kan dit op weg naar beneden weer smelten om als regen neer te komen. Komt de regen op zijn tocht naar beneden aansluitend nog eens in een koudere luchtsoort terecht, dan kan de regen weer bevriezen of onderkoeld raken en aansluitend als hagel, korrelsneeuw of ijsregen naar beneden komen.

Neerslag kan uit gelaagde of stratiforme en uit convectieve bewolking voortkomen. Op gematigde breedten valt het merendeel van de neerslag uit stratiforme bewolking. De verticale luchtstromingen zijn hier beperkt. Als de temperaturen in de bewolking boven het vriespunt blijft, groeien de waterdruppels alleen aan via het coalescentieproces en blijft de neerslag beperkt tot motregen of heel lichte regen, die echter bij dichte bewolking wel uren aan kan houden. Voor intensievere neerslag moet de temperatuur onder de -12 °C komen zodat het Wegener-Bergeron-Findeisen-proces in werking kan treden, wat veelal betekent dat de wolk grotere verticale afmetingen moet hebben.

Convectieve bewolking – cumulus en cumulonimbus – kan een grote verticale ontwikkeling doormaken, soms tot aan de tropopauze. De luchtstromingen zijn veelal meer dan 1 m/s en kunnen in zware buien oplopen tot meer dan 25 m/s. De wolkenelementen kunnen daardoor snel aangroeien, zodat er al zo'n 20 tot 30 minuten na het ontstaan van de wolk intensieve neerslag kan vallen. Door de krachtige verticale luchtbewegingen kunnen ijskristallen meerdere malen omhoog worden gevoerd en aangroeien tot grote hagelstenen. Aangezien de convectie sterker wordt in de zomer, zal er dan meer hagel vallen.

In de tropen kunnen zich in de intertropische convergentiezone (ITCZ) in hot towers zelfs dusdanig sterke stijgwinden ontwikkelen dat deze doorschieten in de stratosfeer.

Hieronder volgen de normale gemiddelde jaarlijkse neerslaghoeveelheden, en de absolute en relatieve neerslagduur, van dertien officiële KNMI-weerstations, over het tijdvak 1971-2000.[1]

De grootste hoeveelheid neerslag in een etmaal sinds het begin van de metingen betrof 208 mm en viel op 3 augustus 1948 in Voorthuizen.[2]

Hieronder volgen ranglijsten van diverse extreme neerslagsommen, zoals gemeten op het KNMI-station in De Bilt tussen 1901 en 2020.[3]