Over de invloed van winverstoringen in duinpannen

Foto boven: De meetopstelling in duinpan Camperduin - Pieter Bliek

Bij windstil weer en onder een heldere hemel koelt het sneller af en wordt het kouder dan in heldere nachten waarin het waait. Dit proces werkt in de duinpannen nog sterker door, doordat koude lucht zich daar op het laagste punt verzamelt en door uitstraling verder afkoelt dan in de landelijke omgeving.

Zodra windvlagen de lucht mengen, wordt dat afkoelingsproces verstoord en stijgt de temperatuur licht. Dit blijkt duidelijk uit de tweede testmeting van afgelopen weekend van vrieskoujagers Pieter Bliek en Karel Holvoet in de diepe duinpan van Camperduin. Zelfs een klein zuchtje wind deed de temperatuur daar al meteen oplopen.

De meetopstelling in duinpan Camperduin - Pieter Bliek

Het was zonovergoten, er leen een koude nacht op komst

Het was zaterdagmiddag zonovergoten en het beloofde een heldere en koude nacht te worden. Dus begon het flink te kriebelen bij vrieskoujager Pieter Bliek. ‘Vanuit het noordoosten kwam aan het einde van de middag nog wel een gebied met laaghangende bewolking naderbij, maar volgens weerverteller Reinout van den Born zou dit gewoon overschuiven, waarna het weer helder moest worden. Hierop vertrouwend, pakte ik de meetapparatuur (ultrasoon windmeter, netto-radiometer voor het meten van de inkomende- en uitgaande straling, heat flux meter voor het meten van de warmtestroom in de bodem en de dataloggertjes voor het meten van de temperatuur en de luchtvochtigheid en statieven) bij elkaar en reed naar Camperduin. Gelukkig hielp mijn vrouw met tillen van de apparatuur. Dat scheelde een extra keer op en neer van de auto naar de duinpan heen en weer lopen. Na een klein uurtje had ik alle apparatuur opgesteld en zaten de sensoren voor het meten van de bodemtemperatuur en warmtestroom in de bodem. Kort voor 19:00 uur verdween de zon achter de duinen en zette ik, net op tijd, de meetapparatuur aan om het afkoelingsproces te monitoren.’

Advertentie

De opstelling waarmee temperaturen op verschillende hoogtes worden gemeten - Pieter Bliek

De door Reinout verwachte laaghangende bewolking kwam, net op het moment dat Pieter de apparatuur had aangezet, binnenschuiven. ‘Kort daarvoor was het afkoelingsproces in gang gezet, maar dat werd door het passeren van het wolkenveld meteen onderbroken.’

Uitstraling nam snel af

Bedroeg de netto-uitstraling vlak voor het binnenschuiven van de bewolking onder een heldere hemel nog -78 Watt per vierkante meter, op het moment dat de wolken op een hoogte van 150 tot 160 meter overtrokken, temperde die uitstraling tot -54 Watt. Ook nam de wind toe van 0,05 meter per seconde naar 2,74 meter per seconde.

Na 20:00 uur nam de uitstraling nog verder af tot -39 Watt. De temperatuur liep hierdoor op anderhalve meter op van 6,25 graden tot 7,34 graden. Kort na 21:00 verliet het wolkenveld het vasteland en trok de Noordzee op, waarna het opklaarde en de temperatuur tot 21:40 uur naar 2,17 graden daalde. De netto-uitstraling daalde na het wegtrekken weer naar -83 Watt.

Later speelden windverstoringen een hoofdrol

Was de eerste onderbreking van het afkoelingsproces het gevolg van een combinatie van overtrekkende wolken en wind, de tweede stijging van de temperatuur in de curve werd duidelijk alleen door een windverstoring veroorzaakt. Dat was vooral goed te zien in de tabel van de data, afkomstig van de ultrasone windmeter, die met een nauwkeurigheid van 0,01 meter per seconde meet en maar liefst 4 keer per seconde een meting verricht.

Advertentie

Pieter: ‘Met dergelijk gevoelige meetapparatuur kunnen we elk zuchtje wind vangen en heel precies zien wat het effect daarvan op het temperatuurverloop is.’

Rond 21:30 was de wind bijna gaan liggen. De lucht stroomde met slechts 0,02 tot 0,03 meter per seconde. Maar om 21:42 uur werd de koudepoel in de duinpan door een windvlaag van 1,18 meter per seconde weer flink opgeschud. Die windverstoring hield, met een gemiddelde snelheid van tussen 0,5 en 0,7 meter per seconde, anderhalve minuut aan.

Een sensor op spijkers, net boven de grond - Pieter Bliek

Het gevolg was dat de temperatuur in 10 minuten met 0,78 graden steeg. Weer 10 minuten later was het effect van die windvlagen tenietgedaan en pakte de duinpan de draad van de afkoeling weer op. Je kunt dus zeggen dat een windvlaag van 1,2 meter per seconde een effect van zo’n 10 minuten heeft op het afkoelingsproces.’

Sommige verstoringen hadden een effect van 50 minuten

De vrieskoujager vervolgt: ‘Nog geen 10 minuten later verstoorde een tweede windvlaag het afkoelingsproces. Om 22:09 registreerde de ultrasone sensor een vlaag van 1,36 meter per seconde die de temperatuur in 20 minuten tijd met 1,63 graden deed stijgen.’

Weer 30 minuten later was het effect van ook deze verstoring geneutraliseerd. De verstoring door dit windvlaagje duurde in totaal 50 minuten. Rond 01:47 was het 10 minuten lang met 0,02 tot 0,19 meter per seconde nagenoeg windstil. Maar om 01:55 uur kwam er opnieuw een windvlaag van 1,21 meter per seconde, met als gevolg een stijging van 1,10 graden in 15 minuten.’

Het gevolg van deze windvlaag werd niet helemaal opgeheven, doordat kort daarop een nieuwe windvlaag volgde. Tot aan zonsopkomst werd het afkoelingsproces in de verdere nacht vervolgens bijna voortdurend door hele kleine windverstoringen geplaagd, wat in de temperatuurcurve heel summier terug is te zien is.

De schommelingen in de gemeten temperaturen - Pieter Bliek

Uiteindelijk koelde het niet veel verder af

Door het aanhoudende lichte briesje koelde het in de nacht van zaterdag op zondag dan ook niet veel verder af. De laagste temperaturen in de duinpan van Camperduin werden gedurende de avond daarvoor al bereikt, met een minimum van +0,8 graden op anderhalve meter en -2,7 graden aan de grond. De minimumtemperatuur in de landelijke omgeving op waarnemingshoogte bleef steken op +2,7 graden, vertelt de vrieskoujager.

De luchtvochtigheid was met waardes van 94 à 95 procent hoog. Pieter: ‘Maar dat is altijd zo in heldere nachten, waarbij het in de duinpannen flink afkoelt.’

De gemeten schommelingen in de in duinpan Bol 2 gemeten temperaturen op een hoogte van 10 centimeter - Pieter Bliek

Grote verschillen over een geringe hoogte

De minimumtemperaturen in de bodem bedroegen +4,4 graden op 5 centimeter diepte en +3,3 graden op 2 centimeter diepte. Een verschil van 1,1 graden over 3 centimeter grond dus. De minimumtemperatuur direct aan het oppervlak bedroeg +2,4 graden. Een verschil van 1,3 graden over 2 centimeter grond. ‘Om de oppervlaktetemperatuur te kunnen meten, heb ik de sensor op de grond gedrukt en hier een millimeter zand overheen gedaan.’

De minimumtemperatuur op 1 millimeter boven de grond bedroeg +1,6 graden. ‘Die sensor had ik met spijkertjes vastgeklemd. Later hoop ik een infrarood cameraatje aan te schaffen, dat de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van een vierkante meter om de minuut meet, om hiermee nauwkeurig de energiebalans van de duinpan te kunnen berekenen.’

De schommelingen in de in duinpan Camperduin op een hoogte van 10 centimeter gemeten temperaturen - Pieter Bliek

Ook de oppervlaktetemperatuur werd beïnvloed

De fluctuaties in het temperatuurverloop waren ook in de oppervlaktemperatuur terug te zien. Vlak voordat het veld met lage bewolking overtrok, bedroeg deze temperatuur 7,5 graden, om tijdens de passage van de bewolking tot 9,1 graden te stijgen. De rest van de nacht schommelde de oppervlaktetemperatuur tussen gemiddeld 3,5 en 4,5 graden.

De bodemtemperaturen en de warmtestroom zijn van groot belang bij de afgifte van energie aan de onderste luchtlaag in de duinpannen. Pieter: ‘Dat is vooral op de temperaturen direct aan het oppervlak, vlak daarboven en op 10 centimeter hoogte van invloed. De verschillen tussen die drie zijn bij helder en windstil weer behoorlijk.’

In de nacht van zaterdag op zondag was het verschil op de bodem van de duinpan in Camperduin tussen het directe oppervlak en de meting op 1 millimeter hoogte 0,8 graden. Tussen 1 millimeter hoogte en 10 centimeter hoogte bedroeg het temperatuurverschil 4,3 graden. ‘Op basis van deze verschillen kunnen we later in combinatie met de warmtestroom in de bodem en de nachtelijke netto-uitstraling en de verdamping de energiebalans berekenen.’

De warmtestroom verloopt veel constanter

De warmtestroom in de bodem wordt net als de bodemtemperaturen gemeten op 5 en 2 centimeter diepte. ‘Op deze dieptes maak ik met een theelepeltje een sleufje. De platte sensoren duw ik dan zachtjes in de sleufjes en bedek ik met een beentje duinzand.’

De warmtestroom die ’s nachts naar boven is gericht, fluctueert in tegenstelling tot de netto-uitstraling, niet en verloopt heel geleidelijk. Deze bedroeg 33 Watt per vierkante meter op 2 centimeter diepte en 17 Watt op 5 centimeter diepte. Gedurende de nacht liep de warmtestroom, op 2 centimeter diepte langzaam terug naar 22 Watt per vierkante meter.

De temperaturen op anderhalve meter in duinpan Camperduin - Pieter Bliek

Vooral heldere en stille nachten leveren een duidelijk energiebalans op

Vooral tijdens kraakheldere en totaal windstille nachten kan de energiebalans heel nauwkeurig worden bepaald. Meestal echter staat er toch een heel klein briesje en wordt de koudepoel in de duinpannen een klein beetje verstoord.

‘Met de ultrasone windmeter en de netto-radiometer, die op de dezelfde datalogger zijn aangesloten, kunnen we vanaf nu ieder zuchtje wind vangen. En in combinatie met de netto-uitstraling zien wat meteen het effect ervan is op het afkoelingsproces. Dit allemaal met dank aan Rob ter Brake van RMA Hydromet, een bedrijf gespecialiseerd in sensortechniek voor hydrologische en meteorologische meetgegevens.’

Doel is op termijn het bouwen van een simulatiemodel

De vrieskoujagers meten in deze testfase volop met de apparatuur in de duinpannen. Met de verzamelde data hopen ze in een later stadium een simulatiemodel te bouwen, om hiermee het temperatuursverloop bij verschillende weersomstandigheden te kunnen voorspellen.

‘De temperaturen in microklimaten gedragen zich bij helder en windstil weer of bij weinig wind heel anders dan de temperaturen in de omliggende omgeving. Met name in het voorjaar kan het in de duinpannen in de nachtelijke uren een stuk kouder worden. Dat is belangrijk om in kaart te brengen, want in het voorjaar begint de vegetatie te groeien en die kan tijdens heel koude nachten vorstschade oplopen.’

Eén van de meetsensoren, voordat hij in de grond gaat - Pieter Bliek

Effecten windverstoringen kunnen groot en snel zijn

Dat windverstoringen grote effecten op het temperatuurverloop in duinpannen hebben, bleek in de nacht van zaterdag op zondag ook in de duinpannen van Bol 2 in het Bergense bos en het cluster van de 3 duinpannen Bergens Diep, Bergen Midden en Bergen Ondiep.

Doordat Bol 2 enkele kilometers van het strand ligt, is deze duinpan minder gevoelig voor windverstoringen dan de duinpan van Camperduin, die in de zeereep ligt. De vrieskoujager: ‘In Bol 2 ontstonden, in tegenstelling tot de in de duinpan van Camperduin, meerdere duidelijke koudepoelen.’

Niet overal dringen de windverstoringen door

Heel opvallend was duinpan Bergen Diep, waar de minimumtemperatuur in de vroege ochtend aan de grond tot maar liefst -4,6 graden daalde, terwijl de direct ernaast gelegen duinpannen niet kouder werden dan respectievelijk +0,2 en 0,0 graden.

De verschillen werden onder een heldere hemel veroorzaakt door windverstoringen, die de koudepoelen in Bergen Midden en Bergen Ondiep opschudden, maar duinpan Bergen Diep ongemoeid lieten. Het is een bewijs dat windverstoringen heel plaatselijk kunnen zijn. Bij heel krachtige windverstoringen kunnen de temperatuurschommelingen groot zijn. Zo steeg maandagochtend de temperatuur na een windvlaag in Camperduin in 20 minuten tijd van -1,98 graden naar 6,27 graden. Een stijging van ruim 8 graden dus.’

Voor informatie over de dataloggers van RMA Hydromet: https://rmahydromet.nl