Je leest:

Vraagbaak – Hagel

Vraagbaak – Hagel

Auteur: | 1 januari 2003

In deze vraagbaak een uitgebreid verhaal over hagel. Velen van u kunnen de zware tot zéér zware hagel- en onweersbuien van 6 juni 1998 wel herinneren en sommigen hebben daar zelfs schade aan overgehouden. Wat is hagel, welke soorten zijn er en hoe wordt het gevormd? Ook bespreken we hoe het komt dat hagelstenen zo groot kunnen worden.

Hagel is in feite een algemene naam voor een soort neerslag die tijdens buien en louter en alleen dus uit cumulonimbi valt. Er zijn twee soorten hagel:

1. korrelhagel 2. harde of echte hagel

Korrelhagel

Korrelhagel is de wat fijnere vorm. De deeltjes hebben meestal een diameter van 5 mm of minder. Soms zijn ze iets groter. Belangrijke kenmerk is dat ze vrij doorschijnend zijn, echter niet geheel transparant zoals bij ijsregen het geval is. De steentjes zijn in vele gevallen bolvormig met soms kleine kegelvormige uitsteeksels. Ze zijn vrijwel onbreekbaar en springen na de val van een harde grond op. Ook zijn ze moeilijk of niet samendrukbaar en voelen ze natter (wateriger) aan dan echte hagel. In de Engelstalige landen wordt deze vorm ook wel softhail genoemd. In de METAR-code (zoals op Teletekst- Meteo Schiphol) staat dan bij het weer “GS”, bijv. TSGSRA

(matige korrelhagelbui met regen en onweer). Korrelhagel is een typisch winters verschijnsel en komt veel voor bij temperaturen rond of een paar graden boven het vriespunt. Ook tijdens Maartse buien is het een veel gezien verschijnsel.

Harde of echte hagel

Grootste verschil met korrelhagel is in de meeste gevallen dat de korrels of stenen afwisselend uit doorzichtige en geheel of gedeeltelijk ondoorzichtige laagjes bestaan (schilopbouw als een ui). In een vroeg stadium is dit niet altijd duidelijk of zelfs niet aanwezig. Vandaar dat er dan ook sprake is van een klein overgangsgebied (grijs gebied a.h.w.) tussen korrelhagel en harde hagel.

De vorm van de stenen kunnen uiteenlopen van mooi rond, ovaal tot een onregelmatig klomp met of zonder stekels of punten. De vorm wordt bepaald door het gebied in de wolk waar ze gevormd werden en de mate van turbulentie binnen de wolk. Smelt er veel van de steen af en bevriest dan dat deel later weer snel dan wordt de vorm al snel onregelmatig. In de METAR is de code “GR”.

De afmetingen van echte hagelstenen zijn meestal groter dan 5 mm. De maximale grootte van één enkele gevormde hagelsteen bedraagt omstreeks 10 á 12 cm. Een samenklontering van hagelstenen is vele malen groter en kan meer dan 15 cm in doorsnee zijn. Het is zaak bij de bepaling van de grootte van hagel hier goed onderzoek naar te doen of de steen een cluster is van meerdere stenen of wel één steen op zich is.

Vaak worden de stenen ook aangeduid met namen van bekende voorwerpen om direkt een associatie op te kunnen roepen. Zo zijn er stenen als duive-eieren, kippe-eieren, tennisballen, enz.

Harde hagel is een meestal zomers verschijnsel en komt voor tijdens grote onstabiliteit in de atmosfeer waarbij de buienwolken tot diep in de troposfeer of zelfs in de stratosfeer reiken. Belangrijk ingrediënt is een enorm temperatuurverschil in de bui tussen de natadiabatische temperatuurslijn en de actuele temperatuur op grotere hoogte boven het nulgradenniveau. Een luchtdeeltje dat gecondenseerd raakt koelt boven het condensatie-niveau verder af volgens de natadibaat (temperatuurverval van ca. 0,5 graad per 100 m).

In de tropen komt hagel minder voor, dit door het vaak ontbreken van voldoende grote verschillen in windrichting en snelheid met de hoogte (vertikale windschering) maar soms ook door het ontbreken van voldoende ijskristallen in de buienwolk. Het meest komt hagel voor op de gematigde breedten tussen 30 en 60 graden Noorderbreedte.

Hoe ontstaat hagel precies?

Voor de vorming van hagel is überhaupt een cumulonimbuswolk nodig met voldoende vertikale ontwikkeling, m.a.w. de toppen moeten dan ruim boven de –20 graden uitkomen. Tussen 0 en –20 zijn de meeste neerslagelementen in onderkoelde vorm, boven de –20 graden (in het aambeeld) komen meer ijs- en sneeuwkristallen voor. Wanneer beneden het nulgradenniveau de waterdruppels met de sterke stijgende lucht-stromingen in de cumulonimbus omhoog gevoerd worden, raken ze onderkoeld en verder omhoog op gegeven moment zelfs bevroren.

Boven in de top komen de ijskorreltjes in botsing met de ijskristallen zodat korrelsneeuw ontstaat. Met de in de buienwolk voorkomende daalstromen (downdraught) komen de pasgeboren korreltjes weer beneden het nulgradenniveau en zullen gedeeltelijk gaan smelten. Daarbij zullen ze tegelijkertijd ook weer in botsing komen met andere waterdruppels, al dan niet in onderkoelde vorm. Met een volgende stijgstroom (updraught) worden de iets gesmolten korrels weer omhoog gedwongen en voltrekt het proces opnieuw. Na een eerste reis door de wolk is er korrelhagel ontstaan. Hoe vaker de hagelsteen op en neer de wolk doorgaat, hoe groter de hagelsteen uiteindelijk zal zijn. In buien met korrelhagel zijn de opstijgende luchtstromingen van minder grote sterkte (5-15 m/sec) waardoor al na één reisje door de wolk de korrels al zwaar genoeg zijn en het aardoppervlak kunnen bereiken.

Zijn de temperatuurtegenstellingen erg groot, m.a.w. is de onstabiliteit erg groot dan zullen ook de stijgstromen veel sterker zijn, vaak in de orde van 15 tot 40, soms wel tot 50 m/sec. Zulke krachtige stijgstromen houden de steeds zwaarder wordende stenen langer in de wolk zodat ze steeds verder aan kunnen groeien (zie figuur 1). Dat is de reden waarom een echte hagelsteen uit laagjes bestaat. Elk laagje duidt dus op één reisje door de wolk. Vaak zijn er 4 tot 6 laagjes terug te vinden. Extreem zijn hagelstenen van 15 lagen of meer. In de Verenigde Staten werd zelfs ooit een aantal van 25 lagen geconstateerd. Begrijpelijk is dan ook dat zodra de stenen te zwaar worden tegenover de heersende opwaartse kracht van de stijgstromen, de hagel met een donderend geraas de aarde bereikt.

Het moment waarop dit zal gebeuren is niet te bepalen. Het is overigens al moeilijk de reële kans op hagel behoorlijk in te schatten. Het wel of niet ontstaan en vallen van hagel heeft met een complex van factoren te maken die niet allemaal met een evengrote zekerheid zijn te voorspellen. Grofweg zou men kunnen zeggen dat wanneer de cumulonimbuswolk boven de –20 graden uitgroeit de kans wel aanmerkelijk groter wordt. In de praktijk betekent dit ongeveer in de winter met een koude bovenlucht een wolk vanaf 15.000 voet (5 km) en in de zomer al gauw vanaf 25.000 voet (8 km). Zéér grote hagelstenen vallen meestal uit buienwolken die tot 40.000 á 50.000 voet (13-16 km) reiken.

Ook op 6 juni kwamen cumulonimbi voor tot max. 50.000 voet. De meeste bereikten een hoogte van tussen de 43.000 en 47.000 voet.

Wat voor schade en gevaren?

Het is niet direkt goed aan te geven welke grootte van hagelstenen de meeste schade kunnen veroorzaken. Toch is het gewicht van de hagelsteen een heel belangrijke faktor daar dit ook voor een groot deel de valsnelheid bepaalt. Hoe groter de valsnelheid, hoe groter de impact van de hagelsteen op de grond zal zijn. In het tabelletje is te zien wat de relatie ongeveer is tussen de grootte, het gewicht en de valsnelheid van de hagelsteen.

Aangenomen is bij de tabel dat de hagelstenen exact bolvormig zijn, iets wat weinig voorkomt. De kenmerkende en veel voorkomende ovale vorm remt als bij een parachute de hagelsteen enigszins af. Ander punt is de luchtweerstand die met het gewicht toeneemt waardoor de toename in de snelheid minder groot wordt. Echter, wanneer de hagelstenen in een versnellende neerwaartse beweging terechtkomen zal de snelheid verder gaan versnellen en een groot deel van de luchtweerstand overwonnen worden. Dan zijn de snelheden groter dan aangegeven in de tabel en bedragen dan ca. 1,5 tot 2 keer zoveel.

Een gemiddelde snelheid voor een steen van 8 cm ligt dus rond de 140 km per uur. In een versnellende en dalende luchtstroom komt dit formaat steen met zelfs wel 300 km per uur omlaag. Met een gewicht van 200 tot 250 gram maakt dit dus een aardige klap zodra de aarde bereikt wordt. Glas en andere kwetsbare materialen (bijv. dakpannen) kunnen daar maar moeilijk tegen. Schuinhellende ramen zoals dakramen en autoruiten moeten het dan als eerste ontgelden. In dakpannen schiet de hagel vanaf ca. 7 cm er moeiteloos doorheen. Op 6 juni gebeurde dit op grote schaal in Zeewolde en in Elburg. Ook kunststof, zelfs als het vrij hard PVC is, kan hagelstenen als tennisballen maar moeilijk weren. In het plaatwerk van auto’s komen bij stenen groter dan ca. 3 cm al gauw deuken in. Landbouwgewassen worden na een hagelbui vaak in zéér korte tijd verwoest. Vogels die in de lucht verrast worden door de plotseling ingezette hagel worden a.h.w. uit de lucht gebombardeerd. Mensen kunnen op hun minst ernstige verwondingen aan o.a. het hoofd oplopen. Soms kan een zware hagelsteen met een grootte van 10 cm of meer zelfs fataal zijn. Gevaarlijker zijn dan met name de samenklonteringen van afzonderlijke hagelstenen die zoals gezegd groter kunnen zijn dan zo’n 12 cm, soms wel meer dan 15 cm in doorsnee zijn en dan meer dan 1 kg kunnen wegen. Ook de stekels of punten kunnen soms venijnig aankomen en verwondingen veroorzaken.

Voor het vliegverkeer kan hagel nog voordat het de grond bereikt in de wolk al gevaarlijk zijn en veel schade aan het vliegtuig opleveren. Een goede reden is het dus om de fors ontwikkelde cumulonimbus als piloot alleen daarom al zoveel mogelijk te mijden.

één van de hagelstenen die op 6 juni 1998 in Elburg neerkwam (J. Kambeel, KNMI)

Records en historische feiten

Grootste (enkelvoudige) hagelsteen in Nederland:

waarschijnlijk 9 cm, 6 juni 1998 te Nunspeet (is nog officieus).

Grootste (enkelvoudige) hagelsteen op aarde:

15.2 cm doorsnede, 766 gram zwaar op 3 sept. 1970 in Coffeyville (Kansas, VS).

Meest getroffen gebied met hagel:

In Cheyenne (Wyoming) komen 9 tot 10 echte hagelstormen voor per jaar. Ook het noordwesten van Kansas en noorden van Colorado (VS) behoren tot de meest getroffen gebieden.

In El Dorado (Kansas) viel op 23 juni 1951 de hagel tot een dikte van 30 cm.

In Hyderabad (India) waren op 17 maart 1939 samengestelde stenen gevallen met een gewicht van ca. 3,5 kg.

In Kansas en Missouri viel 23 juni 1951 de hagel in een strook van ruim 300 km lang. Totale schade: meer dan 14 miljoen dollar (de meeste schade in de VS).

Bronnen

Het weer in Nederland, G.P. Können

Weather Analysis and forecasting, Peterssen

Meteorologie voor de luchtvaart, Arie Steenhuisen

Diktaat meteorologie B1-vliegen, Arie Steenhuisen

Foto: J. Kambeel

Dit artikel is een publicatie van Meteonet.
© Meteonet, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 2003
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.