Meteorologie of weerkunde: ZONKRACHT, REGENBOOG, WOLKENSTRALEN

ZONKRACHT
De zonkracht of UV-index is een maat voor de intensiteit van de UV-straling. De zonkracht bepaalt hoe lang de huid kan worden blootgesteld aan de zon zonder rood te worden. Hoe hoger de UV-index, hoe gevaarlijker om onbeschermd in de zon te blijven. De huid zal dan sneller verbranden en het risico op huidkanker neemt toe. Zeker bij een hoge zonkracht is het verstandig regelmatig de schaduw op te zoeken en zijn huid goed tegen de zon te beschermen.

Zie meteo-julianadorp. Klik hier.

In België bedraagt de UV-index zelden meer dan 7. Hoelang het duurt vooraleer men verbrandt (zonnebrandtijd) bij een gegeven UV-index, hangt af van een aantal factoren. Mensen met een van nature donkere huid (huidtype IV), verbranden minder snel dan mensen met een zeer lichte huidskleur die zelden of nooit bruin worden (huidtype I). Verder verbrandt men ook sneller bij de eerste zonnestralen dan wanneer de huid al een zekere gewenning heeft ondergaan. Tenslotte ontvangt men ook meer UV-straling wanneer men ligt en dan wanneer men rechtstaat, en ook meer wanneer men niet in beweging is dan wanneer men rondloopt.
In het algemeen kunnen we stellen dat een UV-index van 5 – 6 voor iemand met huidtype II (het meest voorkomend in onze streken) al tot zonnebrand kan leiden na ongeveer 25 minuten onbeschermde blootstelling aan de zon.

Overal ter wereld wordt gemeten wat de UV straling is op elk moment van de dag. De waarden kunnen verschillen naargelang de plaats waar u zich bevindt en het tijdstip van de dag. Meteorologische instituten in tal van landen hebben afgesproken om overal dezelfde index te hanteren. Zo kan men op vakantiebestemming het gevaar op zonnebrand goed inschatten door de lokale UV-index te vergelijken met de waarden die men in België gewoon is.

Wat bepaalt de zonkracht?
De zonkracht wordt bepaald door: de stand van de zon, de dikte van de bewolking en van de ozonlaag, de mate van weerkaatsing en de hoogte.

Stand van de zon: hoe hoger de zon staat, hoe sterker de zonkracht. De afstand die UV-stralen door de dampkring moeten afleggen is het kortst in de middag als de zon recht boven u staat. Als uw schaduw heel kort is, moet u dus extra voorzichtig zijn. De hoogte van de zon hangt af van:
Jaargetijde: in de zomer is bij ons de zonkracht sterker dan in de winter. In de zomer is de zonkracht in de middag maximaal 6 of 7; in de winter vaak minder dan 1. In de tropen maakt het jaargetijde geen verschil.
Tijdstip op de dag: de zonkracht is in bij ons het sterkst tussen 12.00 en 15.00 uur.
Plaats op aarde: hoe dichter bij de evenaar, hoe sterker de UV-straling en hoe kleiner de seizoensverschillen.

Dikte van de bewolking
Door een zwaarbewolkte lucht met een dik wolkendek komt nauwelijks UV-straling; bij dunne, nevelige bewolking kan de doorlating van UV-straling toch nog aanzienlijk zijn. Bij een gebroken wolkendek kan de intensiteit van UV-straling zelfs (tijdelijk) groter zijn dan bij een onbewolkte hemel, doordat de straling gereflecteerd wordt door de wolkenranden. Het KMI vermeldt dagelijks welke UV-index u mag verwachten voor de volgende middag, indien er geen bewolking is. Blijkt het toch bewolkt te zijn, dan zal de werkelijke UV-index doorgaans kleiner zijn. Hoeveel kleiner hangt af van de hoogte, de concentratie van de wolken en het type bewolking. Dergelijke informatie valt onvoldoende nauwkeurig te voorspellen en varieert bovendien van plaats tot plaats en van tijdstip tot tijdstip. Daarom hebben de diverse meteorologische instituten in de wereld afgesproken om in de eerste plaats de UV-index bij wolkeloze hemel te voorspellen.
Mate van weerkaatsing
Zand en water weerkaatsen meer UV-straling (10 tot 20 procent weerkaatsing) dan gras en asfalt. Daardoor verbrandt men bijvoorbeeld sneller aan zee. De weerkaatsing via verse sneeuw en ijs is zelfs 80 tot 90 procent.
Dikte van de ozonlaag
Hoe dunner de ozonlaag, hoe minder UV-straling wordt tegengehouden en hoe sterker de zonkracht. De ozonlaag is het dunst boven Nieuw-Zeeland en Australië.

Hoogte
Ook in de bergen verbrandt men sneller. De UV-straling neemt immers toe met de hoogte omdat ze daar minder gehinderd wordt door de atmosfeer. De aanwezigheid van sneeuw doet de UV-intensiteit nog meer toenemen. In een besneeuwd berglandschap komen bijgevolg ook in de winter hoge UV-intensiteiten voor, en kan men er verrassend snel verbranden.

REGENBOOG
Een regenboog ontstaat wanneer waterdruppels door de zon worden beschenen. Men kan soms ook een regenboog zien in een fontein of er een doen ontstaan in de straal van bijvoorbeeld een tuinslang. Als men een regenboog wil zien, is het in ieder geval nodig dat men met dee rug naar de zon staat. De regenboog ontstaat door het feit dat het zonlicht door de regendruppels wordt gebroken. Het principe dat aan de basis ligt hiervan wordt geillustreerd door het schema hieronder. Het invallende zonlicht bestaat uit golven met een verschillende golflengte. De rode componenten van het zichtbare licht hebben een groter golflengte dan de blauwe componenten. Hierdoor gaan de rode en de blauwe componenten zich ook verschillend gedragen wanneer ze op hun weg door de atmosfeer waterdruppels tegenkomen. Het is namelijk zo dat alle lichtstralen gebroken worden wanneer ze van de ene in de andere stof terechtkomen (in dit geval van lucht in water), alleen worden die stralen die een langere golflengte hebben (rood) minder gebroken dan de stralen met een kleinere golflengte (blauw). Daardoor komt het dat het witte zonlicht, wanneer het terug tevoorschijn komt uit een regendruppel, uitgesplitst is in de verschillende kleuren (violet, indigo, blauw, groen, geel, oranje, rood). Voor de waarnemer lijkt het dan alsof de verschillende kleuren uit verschillende richtingen komen, en aldus ziet de waarnemer het rode licht bovenaan en het blauwe licht onderaan de regenboog.

WOLKENSTRALEN
Wanneer de zon zich achter een dichte wolk bevindt, ziet men vaak donkere, veerachtige stralen die van de wolk lijken uit te gaan. In het Engels worden deze crepuscular rays genoemd. De verklaring voor deze stralen is eenvoudig. Ze zijn alleen te zien wanneer de atmosfeer vele kleine waterdruppeltjes en/of stofdeeltjes (aerosolen) bevat. De druppeltjes en deeltjes verstrooien het zonlicht. Alle stralen "lopen" in werkelijkheid evenwijdig maar door het perspectief lijken ze vanuit 1 punt te komen (de zon). Vergelijk dit effect met spoorrails die in de verte ook naar elkaar toe schijnen te lopen. De bundels beginnen pas bij de rand van de wolk, tussen de zon en de wolken is hoogstens sprake van een algemene gloed. De kans "wolkenstralen" te kunnen waarnemen is het grootst bij een laagstaande zon (het zonlicht moet dan een lange weg door de atmosfeer afleggen dus meer verstrooiing). Op een buiige dag zijn de stralen regelmatig te zien, maar ook tijdens rustig weer (nevelig of heiig) maak je een goede kans.

achter atmosfeer bladerdak blote oog bolronde cirkelboog dubbele hoeken hoger horizon kegel laag maan mistbanken parallel regendruppels rood seizoenen spectrum uv-index wateroppervlak Zeewater zonlicht

ZONKRACHT
De schaal van de zonkracht

Zonkracht	Omschrijving	Minuten blootstelling tot huid rood kleurt	Verbranding van de huid
0	Geen	-	Niet
1-2	Vrijwel geen	100-50	Niet
3-4	Zwak	35-25	Bijna niet
5-6	Matig	25-15	Gemakkelijk
7-8	Sterk	15-10	Snel
9-10	Zeer sterk	< 10	Zeer snel

Zonkracht of is een maat voor de hoeveelheid ultraviolette straling (uv) in het die de aarde bereikt. De hoeveelheid ultraviolette straling wordt uitgedrukt in de zonkracht, een index die in België en Nederland kan variëren van 0 (wanneer er geen uv-straling is) tot 10 (voor de maximale hoeveelheid ultraviolet zonlicht). Bij een lage zonkracht (0-4) verbrandt de huid minder snel dan bij een hoge zonkracht (7 en hoger). In landen dichter bij de evenaar en in de bergen kan de zonkracht een waarde van 15 of hoger halen. In de buurt van de evenaar komt dat doordat de zon aan de hemel staat, waardoor de zonnestralen minder gebroken worden door de . In de bergen is de atmosfeer minder dicht. In de tabel van de zonkracht is globaal aangegeven hoelang de huid van een gemiddelde Belg of Nederlander midden op de dag zon kan verdragen. Voor wie snel verbrandt is de tijd korter, voor wie van nature een getinte huid heeft langer. De vermelde tijd geeft aan na hoeveel minuten een onbeschermde huid zoveel ultraviolette straling heeft gekregen dat deze na 8 tot 24 uur kleurt. Dat is het maximum voor wie verstandig wil zonnebaden. De hoeveelheid ultraviolette straling neemt toe naarmate de zon hoger staat en varieert met de en het moment van de dag. 's Zomers in België en Nederland is de zonkracht op z'n hoogst vaak 7 of 8, 's winters is er vaak een zonkracht van 1 of minder. De zon staat op haar hoogst tussen 13 en 4 uur 's middags (zomertijd). De hoeveelheid uv-straling is ook afhankelijk van wolken, vocht en stof in de atmosfeer en van de hoeveelheid ozon. De op grote hoogte in de atmosfeer aanwezige ozonlaag beschermt het aardoppervlak tegen uv-straling. De temperatuur heeft geen directe invloed op de zonkracht. Op een koele, zonnige dag kan de zonkracht hoger zijn dan op een warme, bewolkte dag. Wel geldt in Nederland en België dat in warme jaargetijden de zon een grotere hoogte kan bereiken en er gemiddeld minder bewolking aan de hemel is, twee factoren die de zonkracht beïnvloeden.

UV-BESCHERMING. ALLE TIPS OP EEN RIJTJE. Klik hier.

REGENBOOG

Een regenboog is een gekleurde die aan de hemel waargenomen kan worden als de (laagstaande) zon tegen een nevel van waterdruppeltjes aanschijnt en de zon zich de waarnemer bevindt. Het is een optisch effect dat wordt veroorzaakt door de breking en weerspiegeling van licht in de waterdruppels. Een regenboog ontleent zijn naam aan zijn verschijnen bij regen, maar ook in een wolk van waterdruppels van een waterval, tuinslang of fontein en soms boven de branding in zee kan men een regenboog zien. Vanuit een vliegtuig of van een bergtop kan een regenboog als een cirkel zichtbaar zijn, wanneer geen horizon in de weg zit. Het licht wordt weerkaatst en gebroken tot een van de primaire kleuren, die in elkaar overlopen. Het middelpunt van de boog staat gezien vanuit de waarnemer lijnrecht tegenover de zon, en bevindt zich dus per definitie onder de . Waarnemer en boog vormen samen een denkbeeldige kegel met de waarnemer op de punt van de kegel en de regenboog langs de boogrand van het grondvlak van de kegel. De boog heeft binnen de kegel een halve tophoek van ongeveer 42 graden; de breedte van de kleurenband van rood tot violet is circa 2 graden. De kleuren van de regenboog worden traditioneel benoemd als (van buiten naar binnen): rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet. De volgorde kan onthouden worden als ROGGBIV. Uiteraard is er in werkelijkheid een continue verdeling van kleuren, die naadloos in elkaar overgaan en niet scherp te onderscheiden zijn. Een regenboog wordt veroorzaakt door breking en weerkaatsing van zonlicht in waterdruppels. Deze zweven of vallen vrij en hebben dankzij hun oppervlaktespanning een vorm. Het licht breekt bij het binnengaan van een druppel, weerkaatst aan de achterkant van de druppel, en treedt na nog een breking aan de voorzijde uit. De verschillende kleuren in het witte zonlicht breken onder verschillende hoeken, wat een spectrum oplevert. De waterdruppel werkt dus tegelijk als een spiegel en een prisma.

Brekingshoek
Afhankelijk van de brekingsindex van de lucht-waterovergang breekt het licht onder verschillende . Dit heet dispersie of kleurschifting. De grootte van de druppel speelt hier geen rol. Omdat de brekingsindex voor elke kleur verschilt, vallen de kleuren uiteen in deelbogen. heeft een grotere brekingsindex dan zoet water (de waarde is 0,007 meer. Een regenboog in verstoven zeewater heeft daardoor een halve kegeltophoek die 0,8 graden kleiner is dan bij een regenboog door regenwater.

Cirkelboog

Weg van een zonnestraal in een regendruppel.

De regenboog is rond doordat de waarnemer het gebroken licht alleen kan zien van druppels langs de denkbeeldige rand van de met een halve tophoek van ongeveer 42 graden. Dit is de hoek tussen het invallende en uittredende zonlicht in elke druppel die bijdraagt aan de regenboog. Druppels op plaatsen buiten de regenboog breken en reflecteren het licht in dezelfde hoek, maar hun licht bereikt de waarnemer niet. Daardoor lijkt de regenboog met de waarnemer mee te bewegen als deze zich verplaatst.

Tijdstip
Aangezien voor een regenboog zonlicht en regen nodig zijn, is de kans op regenbogen het grootst bij buiig weer, wanneer buien en opklaringen elkaar afwisselen. Vaak zijn slechts stukken van de boog te zien, doordat zich niet overal waar de regenboog zich zou kunnen voordoen, druppels of zonlicht bevinden. De grootste regenbogen zijn te zien wanneer de zon aan de hemel staat, dus 's ochtends vroeg of aan het einde van de middag. Hoe dichter de zon bij de horizon staat, hoe meer van de regenboog te zien is. Staat de zon vlak bij de horizon, dan vormt de regenboog nagenoeg een halve cirkel. Overdag, wanneer de zon hoger aan de hemel staat, is hooguit een deel van de cirkel te zien. Hoe hoger de zon, des te lager staat de regenboog en des te kleiner is de cirkelboog die boven de horizon uitsteekt, om bij een zonnehoogte groter dan 42 graden geheel te verdwijnen. Vanuit een vliegtuig of hoog gebouw kan het gedeelte van de regenboog dat zich onder de horizon bevindt worden waargenomen, dat samen met het bovenste gedeelte een volledige cirkel vormt.

Felheid en banden door druppelgrootte
Afhankelijk van de omstandigheden kan de intensiteit van de kleuren van de regenboog nogal verschillen, evenals de breedte van de kleurbanen. De kleurintensiteit en de breedte van de boog zijn afhankelijk van de grootte van de . Grote druppels (met een middellijn van ongeveer 0,5 - 2,0 mm) geven een smalle regenboog met doorgaans intense kleuren. Hoe kleiner de druppels worden (ongeveer 0,5 - 0,01 mm), hoe meer de regenboog in een mistboog verandert: de kleuren worden fletser, de banden breder en de overtallige bogen geprononceerder. Hoe groot kunnen regendruppels worden? (Klik hier.)

Polarisatie
Door de inwendige weerkaatsing aan de achterkant van de waterdruppels is het licht van de regenboog sterk (96%) lineair gepolariseerd in de richting van de raaklijn aan de boog. De tweede boog is minder gepolariseerd: ongeveer 90%.

Dubbele regenboog
Soms is door terugkaatsing van het zonlicht in de druppels buiten de gewone regenboog nog een tweede, zwakkere bijregenboog te zien. De kleuren in deze secundaire regenboog staan in omgekeerde volgorde ten opzichte van die in de hoofd- of primaire regenboog en de kleurenband is breder. De primaire en secundaire boog worden tezamen veelal aangeduid als een "dubbele regenboog". Tussen de beide bogen is de hemel donker in de zogenaamde donkere band van Alexander genoemd naar de Griekse filosoof Alexander van Aphrodisias (rond 200 n. Chr) die dit verschijnsel als eerste beschreef.

Rode boog
Bij zonsopkomst of -ondergang kan een regenboog er veel roder uitzien dan normaal. Dit komt doordat de andere kleuren (van licht met kortere golflengtes) zoals blauw en groen meer dan het langgolvige rood in de atmosfeer verstrooid worden. De zon zelf is bij een lage stand ook roder om dezelfde reden (Rayleighverstrooiing).

Overtallige bogen
Af en toe herhalen de kleuren van de regenboog zich aan de binnenkant. De boog is dan in meer smalle zogenaamde overtallige bogen opgesplitst. Dit effect treedt op bij kleine druppels en kan verklaard worden als interferentie-patroon van de gekleurde lichtbundels die verschillende paden volgen. Als lichtgolven in de pas (in fase) uittreden, versterken ze elkaar, als ze precies uit de pas lopen doven ze elkaar uit. De overtallige bogen zijn onder het hoogste punt van de regenboog het duidelijkst.

Mistboog
In is soms een dikke witte boog te zien met een rode buitenrand en een blauwe binnenrand. De waterdruppels zijn dan bijzonder klein, met diameters onder de 0,1 mm – veel kleiner dan bij normale regenbogen. De interferentie van het licht treedt hier sterk op. Kleuren overlappen elkaar en geven samen een witte indruk. Bij nog kleinere druppels ontbreken de gekleurde randen en is de boog geheel wit: een mistboog.

Spiegelboog
Een zeldzame extra boog die kan ontstaan als men een glad achter zich heeft, is de spiegelboog. Deze ontstaat doordat het spiegelbeeld van de zon voor een extra regenboog aan de hemel zorgt. Het spiegelbeeld van de zon bevindt zich onder de horizon, en de spiegelboog staat dus wat hoger dan de hoofdboog. Bovendien kan men - maar dat spreekt wel vanzelf - als men het water vóór zich heeft, een spiegelbeeld van de boog zelf zien. Staat de zon laag, dan vormt deze met de echte boog een vrijwel perfecte cirkel.

Cirkelvormige regenboog
In theorie is elke regenboog een cirkel, maar vanaf de grond ziet men daarvan doorgaans alleen het bovenste gedeelte. Om de volledige cirkel te zien moeten er zich ten opzichte van de waarnemer ook waterdruppels onder de horizon bevinden, en moet het zonlicht die druppels ongehinderd kunnen beschijnen. Aan deze voorwaarden wordt over het algemeen niet voldaan wanneer men zich op de grond bevindt, hetzij doordat er zich geen waterdruppels in de vereiste positie bevinden, hetzij doordat het zonlicht wordt geblokkeerd door het landschap achter de waarnemer. Het resultaat is de bekende boog, die een begin en een einde lijkt te hebben. Zodra men zich echter op een hogere positie bevindt, zoals op een hoog gebouw of in een vliegtuig, kan er wel aan de voorwaarden worden voldaan en kan de volledige cirkel van de regenboog wel worden waargenomen. Ook de cirkelvormige regenboog kan een nevenboog hebben. Ook is het mogelijk om op de grond de cirkel kunstmatig te produceren, bijvoorbeeld door met de zon in de rug een waternevel uit een tuinslang te sproeien. Een cirkelvormige regenboog dient niet te worden verward met de – veel kleinere en door andere optische processen veroorzaakte – glorie (optisch fenomeen), die vaak rondom de schaduw van de waarnemer of die van een vliegtuig wordt waargenomen. Regenbogen en glories kunnen in de juiste omstandigheden tegelijk optreden.

Maanboog
Ook bij (bijna-) volle is soms een regenboog te zien. Deze maanboog lijkt kleurloos, als gevolg van het feit dat de maan veel zwakker schijnt dan de zon en het menselijk oog bij weinig licht vrijwel geen kleuren kan waarnemen.

Regenbogen van hogere ordes
Behalve de hoofd- en bijregenboog kunnen zich ook regenbogen van hogere ordes voordoen. De orde van een regenboog wordt bepaald door het aantal interne reflecties binnen de waterdruppels: één reflectie resulteert in de primaire of hoofdregenboog; twee reflecties in de secundaire of bijregenboog (zie Dubbele regenboog hierboven). Dit gaat in theorie door tot in het oneindige, maar omdat er bij elke extra interne reflectie licht verloren gaat, wordt elke boog van een hogere orde zwakker dan de vorige, waardoor ze voor het menselijk oog al gauw onzichtbaar worden. Een bijkomend probleem is dat de bogen van de derde en vierde orde zich in de richting van de zon bevinden en dus vrijwel altijd overstraald worden. Om deze redenen zijn natuurlijke regenbogen van een orde hoger dan 2 zelden zichtbaar voor het . Toch zijn in recente jaren de regenbogen van de derde, vierde en vijfde orde in de natuur gefotografeerd, zij het met aanzienlijke beeldbewerking om de bogen zichtbaar te krijgen.

Effect onweer
Er zijn waarnemingen bekend van het effect van onweer op regenbogen. Bij donder trilde de boog, werden de grenzen tussen de kleuren van de boog uitgewist en verdween de tussenruimte tussen eerste overtallige boog en hoofdboog. Dit wijst op een vergroting of een trilling van de druppels.

Overig voorkomen
De regenboog kan men ook aantreffen in bijvoorbeeld de dauwdruppels op een spinnenweb of een grasveld, in de nevel van fonteinen en watersproeiers enzovoorts.

JACOBSLADDER OF WOLKENSTRAAL

Wolkenstralen, zonneharpen of jakobsladders, schemeringsstralen of crepusculaire stralen zijn een weersverschijnsel waarbij een invallende lichtbundel van de zon door een gat in een omgeving met voldoende schaduwpartijen straalt. De schaduw wordt meestal veroorzaakt door bewolking waar een lichtstraal doorheen breekt en via een gat op het aardoppervlak schijnt. Andere jakobsladders kunnen worden gezien bij een bergtop of in een park of vochtig herfstbos waar lichtstralen van de zon door gaten in het komen. Het licht dat door het gat in wolken of een bladerdak, of langs een bergtop schijnt, moet worden verstrooid om dit effect te krijgen. Stof, sneeuw, regen of luchtmoleculen kunnen het licht verstrooien. Des te helderder het is, des te verder het zonlicht de weg aflegt en de lichtstraal beter te zien is. Deze stralen worden veroorzaakt door verschillen in dikte van de wolken of andere objecten. Deze objecten zorgen voor diffractie, wat het effect veroorzaakt. Ze verschijnen vaak als objecten gedeeltelijk de zonnestralen tegenhouden. Wolkenstralen zijn bijna parallel, maar dat lijkt niet zo door het lijnperspectief. Er zijn drie vormen van wolkenstralen:

Lichtstralen die gaten binnendringen in lage bewolking.
Stralenbundels die uit elkaar schijnen door een wolk.
Lichte, roze of rode stralen die onder de horizon schijnen. Deze worden vaak verward met lichtzuilen.

De laatste twee van deze soorten kunnen in sommige gevallen zich uitstrekken over de lucht en verschijnen op het tegenpunt van de zon, wat het bolvormige punt in de lucht is precies tegenover de zon. In dit geval wordt gesproken van anticrepusculaire stralen. Net als wolkenstralen zijn de lichtstralen bijna en komen ze van openingen in het wolkendek. Wolkenstralen kunnen ook onder water worden bekeken, hierbij wordt meestal de diffractie veroorzaakt door het ijs en de gaten in het ijs.