Meer sneeuw achter grote meren

Stel je zit in het noordoosten van de Verenigde Staten en je bent op weg van Cleveland, Ohio, naar Buffalo, New York. Het is een prachtige, zonnige dag in november of december, maar er staat wel een stevige, koude westenwind. Hier en daar ligt wat sneeuw, een overblijfsel van een koufrontpassage niet zo lang geleden. Geleidelijk aan begint het in het noordwesten donkerder te worden. Niet veel later betrekt de hemel en er zijn wat kleine sneeuwbuitjes. Plotseling is het geheel bewolkt en grijs en het gaat veel harder sneeuwen. Er valt 10, 20, misschien wel 25 cm sneeuw per uur. In de sneeuw zakt het zicht sterk terug. De hoop dat je Buffalo nog kunt bereiken, laat je in één klap varen. Hoe kan zo'n onvoorstelbare weersverandering zich over zo korte afstand voltrekken?

De Grote Meren
Voor een verklaring is het van belang te weten dat de route loopt langs de zuidoostkant, de lijzijde, van het Eriemeer, een van de Grote Meren aan de grens tussen de Verenigde Staten en Canada. Cleveland ligt aan de zuidkant van het meer, Buffalo ter hoogte van de noordpunt. Als het Eruiemeer of de andere meren dichtvriezen is dat pas later in de winter, na de jaarwisseling. Tot het zover is, kunnen grote temperatuurtegenstellingen ontstaan tussen het open water, nooit kouder dan nul graden, en de arctische vrieslucht erboven. De opbouw van de atmosfeer boven de meren wordt dan zo onstabiel dat bewolking ontstaat die uiteindelijk kan uitgroeien tot sneeuwbuien. Volgens dit mechanisme gevormde sneeuwbuien doen zich elk jaar voor aan het eind van de herfst en het begin van de winter. Ze nemen in de gebieden aan de lijzijde van de meren een kwart tot de helft van de totale hoeveelheid sneeuw voor hun rekening. In bepaalde streken kan het dan 48 uur achtereen sneeuwen; dat is langer dan de duur van de sneeuwval tijdens het langstrekken van een 'gewone' depressie. Van 20-23 november 2000 sneeuwde het in Buffalo, NY zelfs 60 uur lang.

Wolkenbanden over het Bovenmeer en het Michiganmeer, twee van de Grote Meren in het noordoosten van de Verenigde Staten bij de grens met Canada. Waar de lucht het langst over het warme water van een meer strijkt, is de bewolking het sterkst ontwikkeld. De zuidelijke rand van het Bovenmeer is egaal wit door sneeuwval; de sneeuw is veroorzaakt door het warmwatereffect (lake effect snow). Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Datum: 5 februari 2007. Bron: NASA/GSFC/MODIS Land Rapid Response Team.

Sneeuw in de omgeving van de Grote Meren in de Verenigde Staten op 9 december 2006. De sneeuwval kan er worden veroorzaakt door langstrekkende depressies en door het warmwatereffect. De sneeuwband die zich uitstrekt van linksonder tot aan het Michiganmeer werd gevormd tijdens het overtrekken van een storing op 1 december 2006. De sneeuw ten zuidoosten van de Grote Meren viel op 7 en 8 december en is een gevolg van het warmwatereffect; het is de zogeheten 'lake effect snow' . Het patroon van achtergelaten sneeuw wijkt in dit laatste geval sterk af. Afzonderlijke buien werden door een krachtige wind ver het land op gevoerd en lieten elk een eigen langgerekt en ongeveer 10 kilometer breed sneeuwspoor achter. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC/MODIS Land Rapid Response Team.

Als de meren dichtgevroren zijn, is het doorgaans gedaan met de zware sneeuwval als gevolg van het warmwatereffect. Op 9 maart 2007 was het Eriemeer (midden) vrijwel geheel met ijs bedekt. Dit meer is met een gemiddelde waterdiepte van 19 meter het ondiepste van de Grote Meren en bevriest daardoor relatief snel. Ook op het Huronmeer bevindt zich veel ijs. Het Ontariomeer is redelijk ijsvrij. Instrument: MODIS. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC/MODIS Land Rapid Response Team.

Het warmwatereffect beperkt zich niet tot de Grote Meren in de Verenigde Staten. Dichter bij Nederland doen de wolkenbanden zich soms voor bij een kou-uitval over de Noordzee, het Skagerrak, de Oostzee, de Finse Golf, Het Kanaal of de Ierse Zee. De Botnische Golf is in de hier getoonde situatie dichtgevroren en leent zich onder die omstandigheden niet voor het ontstaan van wolkenbanden als gevolg van een warmwatereffect. Instrument: MERIS. Satelliet: Envisat. Datum: 11 maart 2006. Bron: ESA.

De bewolking en de buien zijn gewoonlijk geordend in wolkenstraten die min of meer evenwijdig aan de wind over het meer liggen. Op figuur 1 is dit patroon duidelijk herkenbaar; het satellietbeeld is afkomstig van de Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) op de Amerikaanse satelliet SeaSTAR. De wolkenstraten zijn slechts enkele kilometers breed, maar kunnen soms meer dan 200 km lang worden. Nu eens is er sprake van slechts één zo'n wolkenband, maar meestal zijn het er tien of twintig, gescheiden door enkele kilometers onbewolkte hemel. De sneeuwhoeveelheden die er vallen lopen sterk uiteen: soms niet meer dan 1 of 2 cm, maar een bui kan ook 120 cm sneeuw achterlaten.
De meeste sneeuw valt in dit geval dus niet tijdens de passage van een koufront van een winterse depressie, maar enige tijd later in de koude lucht achter het front. Elders is het dan opgeklaard, maar aan de lijzijde van de meren doet de invloed van het warmwatereffect zich gelden en wordt het weer alleen maar slechter.
De door dit effect vallende sneeuw veroorzaakt in de Verenigde Staten veel overlast en vormt een belangrijke kostenpost, bijvoorbeeld voor sneeuwruimen of door verkeersschade. Talrijke werk- en schooldagen gaan verloren. Alleen al in de staat Michigan wonen meer dan 1,5 miljoen mensen in het gebied waar het verschijnsel zich voordoet en ondervinden industrie, recreatie en landbouw veel hinder. De sneeuwval treedt, behalve in de reeds genoemde steden, ook op in Syracuse en Rochester in de staat New York, Erie, Pennsylvania en London, Ontario.


Kaart van de Grote Meren in de Verenigde Staten en Canada.


Seizoeneffect neerslag rond Grote Meren.

Meteorologische factoren
Het temperatuurverschil tussen de lucht en het wateroppervlak is niet de enige factor die een rol speelt bij de vorming van sneeuw achter Lake Erie en de andere Grote Meren. Zo moet er voldoende wind staan om de arctische lucht te kunnen doen uitstromen over het meer en om de opgewarmde lucht weer de andere oever op te voeren. Bij meer wind is de uitwisseling tussen het warme water en de koude lucht effectiever. Het moet ook weer niet te hard waaien; als de arctische lucht te snel over het meer wordt gejaagd, is er te weinig tijd om vocht en warmte op te pikken.
De windrichting bepaalt waar de sneeuwbuien zullen toeslaan. Bovendien bepaalt zij de zogeheten strijklengte, de afstand waarover de koude lucht in contact is met het relatief warme water van het meer. Om flinke convectie te krijgen is een strijklengte nodig van ten minste 80 km. Voor het Eriemeer en het Ontariomeer betekent dit, dat de koude lucht bij voorkeur over de volle lengte van de meren moet strijken. Het Huronmeer, het Bovenmeer en het Michiganmeer zijn breed genoeg om ook bij een luchtstroming dwars op het meer sneeuwbuien te krijgen.
De mate van onstabiliteit van de atmosfeer bepaalt tot hoe hoog de sneeuwbuien zich kunnen ontwikkelen. In de koude lucht bevindt zich vaak een inversie, die verticale ontwikkeling van de buien belemmert. Als de inversie niet hoger ligt dan 1000 m, is de grenslaag te ondiep voor de vorming van fikse buien. Is de grenslaag dieper dan 2500 m, dan valt er gewoonlijk een dik pak sneeuw.
De condensatiewarmte die vrijkomt bij de wolkenvorming boven het meer, is een belangrijke bron van energie voor de sneeuwbuien. Verder speelt de relatieve vochtigheid van de aangevoerde arctische lucht een rol. Naarmate deze lucht droger is, duurt het langer en is er dus een grotere strijklengte nodig, om de lucht verzadigd te doen raken. Ook de eigenschappen van het terrein aan de lijzijde van het meer spelen een rol. Hoe ruwer het landschap des te meer wordt de luchtstroming afgeremd. De vertraagde lucht moet naar boven uitwijken, wat eventuele buien een extra stimulans geeft. Als de oevers enkele honderden meters boven het niveau van het meer liggen, krijgen buien opnieuw een impuls. Op jaarbasis levert een hoogteverschil van 100 meter 50 cm extra sneeuw op of meer.

Wolkenbandenpatroon boven het Nipigonmeer, het Bovenmeer en het Michiganmeer, veroorzaakt door het warmwatereffect. Opname van de Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) op de Amerikaanse satelliet SeaSTAR, 5 december 2000.

Warmwatereffect boven de Noordzee, 6 januari 2003. Het beeld is afkomstig van de Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) van de Amerikaanse operationele weersatelliet NOAA 16. Het beeld is samengesteld uit stralingsmetingen in verschillende kanalen of golflengtegebieden: zichbaarlichtkanalen 1 en 2 en infraroodkanaal 4. De beeldbewerking vond plaats op het Institut für Meteorologie van de Freie Universität van Berlijn.

Meer locaties
Het warmwatereffect zoals dat optreedt bij de Grote Meren in de Verenigde Staten en Canada, komt ook op andere plaatsen op aarde voor. Als kou uit Siberië naar het oosten wegstroomt, treedt het verschijnsel op boven de Japanse Zee en valt er veel sneeuw langs de westkust van de Japanse Eilanden Honshu en Hokkaido. Is de stroming iets zuidelijker, dan strijkt ze over de Gele Zee en brengt sneeuw in delen van Korea. Dichter bij huis komen de convectieve sneeuwbanden ook voor boven de Finse Golf, wanneer een oostnoordoostelijke stroming er koude lucht uit Siberie aanvoert. Gezien de vorm van de Finse Golf treedt daar meestal een enkelvoudige sneeuwbuienband op; Europese meteorologen spreken dan van lijnconvergentie.

Warmwatereffect boven de Noordzee, 17 (links) en 18 december 2009. Op 17 december was in het zuidoosten van Engeland nog geen sneeuw gevallen, de dag daarna wel. Satelliet: Terra. Instrument: MODIS. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response System.

Een enkele maal zie je tijdens een koude winter ook boven de Noordzee het warmwatereffect optreden (figuur 2).
Nergens zijn de sneeuwbuien echter zo frequent en zo intens als in het gebied van de Grote Meren. Dat komt door een aantal 'gunstige' geografische factoren. Zo vormen de Grote Meren, na de ijskappen van de polen, de grootste zoetwaterbron ter wereld. Daarbij liggen ze ongeveer midden tussen de Evenaar en de Noordpool, omringd door een groot continent. Elk afzonderlijk meer heeft de omvang van een kleine door continent omgeven zee. Verder liggen de meren op een afstand van elkaar die kleiner is dan hun eigen lengte. Al deze factoren dragen bij aan het unieke weer in het merengebied.

4. Lijnconvergentie boven Het Kanaal. Nachtbeeld met afwijkende inkleuring. Datum: 19 december 2004. Satelliet: NOAA. Beeldbewerking: DLR, Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen, Duitsland.

Mechanisme bij het ontstaan van lijnconvergentie.
De ligging van de lijnen wordt mede bepaald door de achtergrondstroming.
 

Seizoengebonden
Sneeuwval als gevolg van het warmwatereffect treedt vooral op in november en december met eventueel een uitloop in januari. Van augustus tot en met oktober is het water van de meren eveneens relatief warm, maar de buien die zich dan ontwikkelen brengen regen. De eerste maanden van het jaar vormt zich ijs op de meren. Het moment waarop het ijs komt en de hoeveelheid ijs varieert van jaar tot jaar en van meer tot meer. Als het ijs er is, is het met de sneeuwbuien goeddeels gedaan.
Van maart tot augustus is het water van de meren relatief koel; dan gaat er juist een stabiliserend effect van uit: langs de oevers is het zonniger dan op grotere afstand van het meer. Voor een reis van Cleveland, OH naar Buffalo, NY is dit dus een veel geschikter periode.

5. Het Eriemeer is, zoals aan het eind van bijna elk winterseizoen, dichtgevroren op 9 maart 2003. Uitzonderlijker is dat ook het Bovenmeer en het Huronmeer vrijwel geheel zijn dichtgevroren en dat het Michiganmeer een ring van ijs toont langs de oevers en bij het noordelijk uiteinde. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.

6. In het voorjaar is het boven de meren onbewolkt. In beeld zijn het Huron meer, het Eriemeer, het Ontariomeer en delen van het Bovenmeer en het Michiganmeer. De wolkenstraten vormen zich nu boven land, waar ook patronen met gesloten cellen te zien zijn. Datum: 6 april 2002. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.

Vorig hoofdstuk index volgend hoofdstuk