Het ontstaan van een (onweers)bui

Voor de vorming van regen- of onweersbuien zijn drie ingrediënten noodzakelijk. Omdat wolken uit kleine waterdruppeltjes bestaan is er als eerste vocht nodig. Verder is er een groot temperatuurverschil nodig tussen de temperatuur dichtbij de grond en die op aanzienlijke hoogte. Als derde moet lucht gedwongen worden op te stijgen; de zogenaamde forcering.

Vocht is nodig voor de vorming van wolken. Zonder wolken krijg je nooit een regen- of onweersbui. In de gortdroge lucht boven een zinderend hete zandwoestijn kan ondanks dat de andere ingrediënten ruimschoots aanwezig zijn geen wolkje ontstaan.

Onstabiele situatie

Een groot temperatuurverschil tussen de koude lucht op hoogte en warmere lucht aan de grond noemen we een onstabiele situatie. Het is onstabiel omdat de zware koudere lucht zich boven de lichtere warme lucht bevindt. In de zomer ontstaat dit temperatuurverschil meestal doordat de zon het aardoppervlak sterk verwarmt, waarna de luchtlaag daarboven opwarmt. In de winter zien we vaak aanvoer van zeer koude lucht op hoogte afkomstig van de Noordpool. Bij een onweersbui is de lucht aan de grond al gauw 40 graden warmer dan de lucht op ongeveer 5 km hoogte.

Forcering

In een onstabiele situatie met vochtige lucht heb je alleen nog een trigger nodig om de lucht een zetje te geven op te stijgen. In een zeer onstabiele situatie is nauwelijks een zetje nodig, maar in sommige situaties is meer nodig. Regionaal verschil in temperatuur en dus luchtdruk kan al dat zetje veroorzaken, bijvoorbeeld het temperatuurverschil tussen de lucht boven zee en boven land. Ook een bergketen, de aanwezigheid van een lagedrukgebied of een verstoring in de bovenlucht kan de lucht doen stijgen.

Vorming van een stapelwolk op een zonnige dag

Als de zon fel schijnt, wordt het aardoppervlak flink opgewarmd. Vervolgens wordt het luchtlaagje daarboven verwarmd. Warme lucht is lichter dan koude lucht en heeft daardoor de neiging op te stijgen. Zoals bij een heteluchtballon in de koude lucht. Als een luchtbel eenmaal stijgt blijft deze stijgen zolang de omgeving kouder is. Tijdens het stijgen koelt de luchtbel af, maar blijft in veel gevallen warmer dan zijn steeds kouder wordende omgeving.

Omdat koudere lucht minder waterdamp kan bevatten dan warmere lucht, zal de waterdamp in de stijgende lucht gaan condenseren (onvergang waterdamp naar waterdruppel) Zoals het vocht in je adem condenseert in de koude winterlucht of de warme vochtige lucht tijdens het douchen tegen de koude spiegel beslaat. Een wolk is niets meer dan een groep waterdruppeltjes. Op de hoogte waar het vocht in de stijgende luchtbel condenseert, zie je de stapelwolk ontstaan. De onderkant van de stapelwolk is daardoor vaak vlak. Door het verder stijgen van de lucht ontstaat de stapelwolk met de karakteristieke bloemkoolvorm. De wolkentop stijgt op tot het punt waarop de omgevingstemperatuur (en dus het gewicht) even hoog is als de temperatuur van de lucht in de wolk.

Buien

Wanneer de top van de wolk in voldoende mate stijgt, koelt de temperatuur in het bovenste deel van de wolk af tot onder het vriespunt. Uiteindelijk ontstaat er ijs en wanneer een wolk uit zowel ijs als water bestaat, neemt de kans op neerslag enorm toe. De ijsvorming is te zien aan de vervaging van de wolkentop; ook wel ijskap of aanbeeld genoemd. Het onschuldige stapelwolkje kan dan binnen een kwartier uitgroeien tot een flinke bui.

Hagel en onweer

Binnen een wolk heb je stijgende en dalende luchtbewegingen. Doordat waterdruppeltjes op en neer door een wolk bewegen, kunnen die aanvriezen en weer gedeeltelijk smelten. Door deze herhaling ontstaan, net zoals bij een rollende sneeuwbal, hagelstenen. In de winter is hagel vaak vrij klein (enkele millimeters in doorsnee) en korrelig van structuur. In de zomer zijn hagelstenen doorgaans harder, van massief ijs en kunnen erg groot worden. Bij een zeer stevige onweersbui heb je kans op hagelstenen zo groot als tennisballen. Grote hagelstenen vallen door hun gewicht snel naar beneden en bereiken al vlug een snelheid van 100-120 km/uur.

De dalende en stijgende luchtstromen binnen de wolk zijn ook de oorzaak van onweer. De luchtstromen die (bij een stevige onweersbui met snelheden tot 100 km/uur) langs elkaar glijden zorgen ervoor dat de wolk als een soort van condensator wordt opgeladen. Niet ver van de neutrale aarde wordt de wolk een heuse energiebom. De ontlading van de wolk is te zien als bliksemschicht tussen wolk en aarde of soms tussen wolk en wolk. De donder, die je hoort, komt doordat de lucht door de bliksem in korte tijd wordt verhit. Door de verhitting zet de lucht uit en de ontstane schokgolf geeft het geluid.