Onstabiele lucht

Uit het begrip convectie blijkt dat luchtbellen vanaf het aardoppervlak soms kilometers hoog kunnen stijgen en daarbij grote stapelwolken zoals cumulus of cumulonimbus vormen. Dit is echter alleen mogelijk als de atmosfeer onstabiel is.

In welke mate koelt stijgende lucht af?


Wanneer een luchtbel (of in het algemeen een luchtlaag) begint te stijgen, koelt ze op een bijzondere manier af. Luchtbellen zullen niet de temperatuur aannemen van de omgeving waarin ze zich verplaatsen, daarvoor gaan de stijgingen te snel. Een proces waarbij er geen warmteuitwisseling met de omgeving bestaat, noemen we adiabatisch.

Een stijgende luchtbel koelt dus niet af omdat de omgevende lucht kouder wordt, maar wel omdat bij de stijging de luchtdruk afneemt waardoor de bel moet uitzetten. Hierdoor botsen de luchtmolecules minder zodat de temperatuur daalt. Zolang luchtbellen niet verzadigd zijn, gebeurt de afkoeling op een constante manier, namelijk met 10°C/km. Eenmaal een luchtbel verzadigd is, zal de afkoeling trager verlopen omdat er condensatiewarmte vrijkomt.

Wanneer is de atmosfeer onstabiel?

Zolang een stijgende luchtbel warmer is dan haar omgeving, zal ze spontaan verder blijven stijgen. Warmere lucht heeft immers een lagere dichtheid. In dit geval is de atmosfeer onstabiel. In de praktijk is de atmosfeer vooral onstabiel als de onderste luchtlagen zeer warm en vochtig zijn ofwel de hogere luchtlagen zeer koud. Er is met andere woorden een groot verticaal temperatuurcontrast nodig. Pas wanneer de luchtbel kouder wordt dan haar omgeving, komt er een einde aan de stijging en wordt de atmosfeer stabiel.

Vaak worden hele luchtlagen gedwongen om te stijgen, bijvoorbeeld langs fronten, convergentielijnen of door het reliëf. Het is dan mogelijk dat de luchtlaag aanvankelijk stabiel is, maar door de gedwongen stijging op een bepaald moment onstabiel wordt. We spreken dan van potentieel onstabiele lucht, want de onstabiliteit wordt pas gerealiseerd na een gedwongen stijging. Zo zal een fel onweer in de zomer pas echt losbarsten langs een optillingsmechanisme zoals een convergentielijn.