Stuifsneeuw dempt de wind

De grote ijskappen op Groenland en Antarctica smelten. Hoe sterker de aarde opwarmt, des te sneller de zeespiegel stijgt door het vele smeltwater. Computermodellen van de ijskappen zijn volop in ontwikkeling om de gevolgen van klimaatverandering voor de ijskappen beter in kaart te kunnen brengen. Ook de eigenschappen van stuifsneeuw spelen hierin een rol. Stuifsneeuw tempert niet alleen de groei van ijskappen doordat gevallen sneeuw van de ijskap geblazen wordt, het beïnvloedt ook de wind die over de ijskappen blaast.

Stuifsneeuw is een twee-fasen stroming 

Stuifsneeuw behoort tot de zogenaamde twee-fasen stromingen, waarbij een stromend medium (lucht) en deeltjes (sneeuwvlokken) samen voortbewegen en elkaar beïnvloeden. Andere voorbeelden van twee-fasen stromingen zijn sedimenttransport (klei, zand) in rivieren en in de zee, stofstormen op Mars, en zeenevel ("sea spray", figuur 1). Stuifsneeuw is een van de weinige twee-fasen stromingen waarbij de deeltjes voortdurend van grootte veranderen (door sublimatie, ijs dat in waterdamp overgaat).  

Stuifsneeuw voelt aan als een ruw oppervlak 

Wind wordt dicht bij de grond geremd door wrijving. Hoe ruwer het oppervlak, hoe sterker de remming (daarom waait het harder boven zee dan boven land). Het bijzondere aan stuifsneeuw is dat het een glad oppervlak laat aanvoelen alsof het ruw is. Dat werkt zo.  

De hoeveelheid stuifsneeuw neemt zeer sterk af met de hoogte boven het oppervlak. De belangrijkste reden hiervoor is dat grote en zware deeltjes dicht bij het oppervlak blijven. In saltatie (de onderste paar centimeter) stuiteren de deeltjes tegen het oppervlak. Het optillen van sneeuwdeeltjes kost de windenergie. Hierdoor ‘voelt’ de wind een sterke wrijving nabij het oppervlak, die vergelijkbaar is met de wrijving door een ruw oppervlak. Tijdens stuifsneeuw neemt daarom de zogenaamde ruwheidslengte (een maat voor de ruwheid van het oppervlak) sterk toe met de windsnelheid (en dus met de hoeveelheid stuifsneeuw). Dit effect zagen we duidelijk terug in onze windmetingen op de ijskap van Antarctica (figuur 2).  

Sneeuwdeeltjes laten zweven kost energie 

Als de windsnelheid sterker wordt, gaan de sneeuwdeeltjes zweven (terwijl ze met de stroming meegevoerd worden); dit heet suspensie. Hier worden de sneeuwdeeltjes door de wervelingen in de wind omhoog gestuwd, terwijl de zwaartekracht ze ondertussen naar beneden trekt (figuur 3). Afhankelijk van de grootte en het gewicht van het deeltje en de windsnelheid bereikt het deeltje een zekere gemiddelde hoogte. De wind levert voortdurend energie om het sneeuwdeeltje zwevend te houden en neemt daardoor in kracht af. Omdat de meeste en zwaarste deeltjes zich dicht bij het oppervlak ophouden neemt het gewicht van de met stuifsneeuw gevulde lucht sterk af met de hoogte. Dat zorgt ervoor dat het de wind veel energie kost om de relatief zware lucht met stuifsneeuw op te tillen. Stuifsneeuw zorgt zo voor een sterke demping van de wind. Een dergelijke sterke demping van verticale bewegingen zie je ook in een koude grenslaag na een wolkeloze nacht met veel uitstraling die vaak pas in de loop van de dag oplost als de zon gaat schijnen en de lucht bij de grond opwarmt.

Zowel saltatie als suspensie zorgen er dus op verschillende manieren voor dat stuifsneeuw de wind dempt, een effect dat groot genoeg is om een rol te spelen in de ontwikkeling van de grote ijskappen.  

KNMI-klimaatbericht door Richard Bintanja. Dit is het laatste klimaatbericht in het drieluik over stuifsneeuw. Eerder verschenen Stuifsneeuw: de strengste kwakkelwinter aller tijden en Stuifsneeuw tempert de groei van gletsjers en ijskappen.