In het artikel van 23 februari j.l. besteedde ik voor het eerst aandacht aan de infraroodmetingen die verricht worden op station Cabauw. Verrassend was dat in de periode 2001 t/m 2020 niet alleen de LWD (langgolvige straling van atmosfeer naar aardoppervlak) een lichte negatieve trend vertoont maar ook de LWU, de langgolvige straling van het aardoppervlak naar de atmosfeer. Overigens waren die trends statistisch niet significant.
Fig.1 Data: KNMI
Je zou verwachten dat de LWD (= broeikaseffect van broeikasgassen plus wolken) vanwege het tussen 2001 en 2020 gestegen atmosferisch CO2-gehalte gestegen zou zijn, maar blijkbaar zorgde de afname van de bewolking in die periode voor een lichte netto afname van het broeikaseffect.
De lichte daling van de LWU was verrassend, met name omdat de luchttemperatuur die op 1,5m hoogte wordt gemeten in Cabauw een forse stijging laat zien van 2001 t/m 2020:
Fig.2 Data: KNMI
De luchttemperatuur op 1,5 m hoogte is dus niet synoniem aan de LWU die uitgestraald wordt door het aardoppervlak. Die luchttemperatuur is een maat voor de gemiddelde bewegingsenergie van de atomen of moleculen op 1,5 m hoogte. Er is energie nodig om de temperatuur te laten stijgen, en om de temperatuur te laten dalen moet energie weggehaald worden. Die energie om de luchttemperatuur op 1,5m hoogte te veranderen komt in de vorm van straling (LWD, LWU, SW netto), maar ook van verticale beweging van luchtn (LH= latente warmte en SH=voelbare warmte) en horizontale beweging van lucht (advectie). De luchttemperatuur op 1,5 m hoogte is dus de uitkomst van de aan- en afvoer van diverse vormen van energie, niet alleen van LWU.
In het voorafgaande artikel liet ik al even zien hoe een grafiek op basis van de 10-minutenmetingen in Cabauw er uit ziet. Ik was nieuwsgierig naar de verschillen in de stralingsbalans in Cabauw in de zomer en winter, en bij diverse graden van bewolking. Ik gebruikte de parameter SP (percentage van de langst mogelijke zonneschijnduur per etmaal) als proxy voor de bewolkingsgraad en filterde de etmalen met maximale relatieve zonneschijnduur (SP>90) en maximale hemelbedekking (SP=0). Dat leverde over de gehele periode van 2001 t/m 2020 94 etmalen op met SP=0 of SP>90. Vervolgens heb ik gekeken of er blokjes van 5 etmalen voorkwamen waarbij tenminste 1 etmaal PS=0 had en een ander etmaal SP>90. Dat leverde in totaal slechts 4 blokjes van 5 etmalen op over de gehele periode.
Fig.3 Data: KNMI
Figuur 3 toont de stralingsgegevens (10-minutendata) over 5 dagen in juli 2008. Net SW is SWD minus SWU. Net SW is dus kortgolvige straling die voor 100% geabsorbeerd wordt door het aardoppervlak. Overdag is de inkomende zonnestraling evenredig met de sinus van de hoek van instraling van de zon. Te zien is dat op 4 en 5 juli de net SW nagenoeg perfect is, geen bewolking dus. Vanaf 6 juli komt er steeds meer bewolking binnendrijven, die er voor zorgt dat de grafiek van net SW niet meer perfect is. Op 8 juli is de hemel vrijwel volledig bedekt met wolken en komt de net SW nauwelijks meer boven de 100 W/m2 uit, terwijl de net SW op 4 juli nog tot 750 W/m2 reikte.
Interessant is wat dat voor consequenties heeft voor de LWU en LWD. Op 8 juli met volledig bedekte hemel liggen LWD (warmtestraling omlaag) en LWU (warmtestraling opwaarts) ongeveer op hetzelfde stralingsniveau van 400 W/m2. LWU iets hoger dan LWD. Hoe komt dat?
Laten we de Wet van Stefan Boltzmann eens toepassen op de situatie op 8 juli 2001. LWD is gemiddeld over het hele etmaal 395,3 W/m2, LWU 404,4 W/m2 Dat betekent dat de onderste straler (aardoppervlak) een gemiddelde temperatuur had van 290,61 K en de bovenste straler een temperatuur van 288,96 K. in graden Celsius is dat respectievelijk 17,5 °C en 15,8 °C. Een klein verschil dat zo kenmerkend is voor een volledig bedekte hemel.
Kijken we naar een situatie met clear sky, zoals op 4 juli 2001, dan zien we dat de LWU vrijwel onmiddellijk reageert op de toenemende net SW vanaf zonsopgang. De korte vertraging van ruim 1 uur tussen de top van net SW en LWU is het gevolg van de (geringe) warmtecapaciteit van de bodem. De LWD curve hangt af van de luchttemperatuur die zijn maximum bereikt in de late namiddag vóór zonsondergang en zijn minimum bereikt net na zonsopgang.
De clear sky situatie zorgt er voor dat tussen zonsopgang en zonsondergang het verschil tussen LWU en LWD gemiddeld 100 W/m2 is, en zijn maximum van 120 W/m2 bereikt rond 12 uur ’s middags. Om 12 uur is de LWU 468,4 W/m2 en de LWD 347,5 W/m2.
Fig.4 Data: KNMI
De grafiek van figuur 4 toont nog een zomersituatie, maar nu met 3 dagen clear sky en 2 dagen met gedeeltelijke bewolking: 1 juli lichte bewolking en 2 juli wat meer wolken zoals de net SW laat zien. Aan de snelle verhoging van de LWD rond 3 uur ‘s nachts op 2 juli is te zien dat dan meer wolken boven Cabauw verschijnen. De ruimte tussen de blauwe en bruine lijn neemt dan beduidend af.
Fig.5 Data: KNMI
Bovenstaande grafiek laat de derde zomerse situatie zien. Nu geen clear sky meer, maar 5 dagen met wat meer en wat minder bewolking. Ik denk dat de grafiek verder voor zich spreekt.
Fig.6 Data: KNMI
Fig.7 Data: KNMI
De figuren 6 en 7 geven twee wintersituaties weer. De net SW (zon) grafieken blijven zelfs op de clear sky dagen laag en reiken niet veel hoger dan zo’n 300 W/m2. De overgang van clear sky naar volledig bewolkt en andersom levert een prachtig niveauverschil op tussen LWD en LWU. Je kunt heel nauwkeurig aflezen hoe laat de wolken binnendrijven en wanneer ze weer verdwijnen.
Die 10-minutendata van de straling is een waar goudmijntje. Misschien een volgende keer nog wat meer gegevens uit die mooie databank van Cabauw.