Per definitie is ijsafzetting de afzetting van onderkoelde (dus waterhoudende) deeltjes op voorwerpen waarna het bevriest. IJzel is eigenlijk een voorbeeld van ijsafzetting op de grond. Met name in de luchtvaartmeteorologie is dit fenomeen heel belangrijk; vliegend verkeer ondervindt in bepaalde mate nogal wat hinder van dit niet ongevaarlijke meteorologische verschijnsel.

Waar komt ijsafzetting voor?

In wolken waar ijskristallen en onderkoeld water gezamenlijk voorkomen (gemengde wolken) komt dit verschijnsel het meest voor. In het algemeen begint deze zone zich waar de vorstgrens (nulgradenniveau) bevindt. Voor de bevriezing van waterdruppels zijn zogeheten vrieskernen nodig. Komen ze daarmee in botsing dan bevriest de druppel spontaan. Tot een bepaalde temperatuur zijn er weinig zgn. actieve vrieskernen aanwezig en kan er dus weinig ijs gevormd worden zodat de aanwezige waterdruppeltjes in de wolk dus onderkoeld blijven. Dit speelt zich allemaal af in de gemengde zone van de wolk. De dikte van deze laag is in eerst instantie afhankelijk van de stabiliteit van de troposfeer. In stabiele situaties, zoals meestal in frontale of gelaagde bewolking, loopt de gemengde zone tot waar de temperatuur ongeveer –15° C bedraagt. Daarboven bevriezen de meeste waterdeeltjes of komen ijskristallen voor. In onstabiele situaties zoals in echte buienwolken (cumulonimbi) is de gemengde zone dikker en loopt dikwijls tot –20°. C, bij zware buien zelfs tot -25° C.

De meeste ijsafzetting treedt op waar de grootste concentratie van onderkoelde druppels voorkomt. Bij gelaagde bewolking is dat ongeveer in het bovenste derde deel (dus tussen ca. –10 en –15° C). In buienwolken is de kans op ijsafzetting in een groter gebied mogelijk aangezien de inhoud van de wolk meerdere malen door elkaar wordt gehaald dankzij de hierin voorkomende stijg- en daalstromen. Wanneer een vliegtuig of helikopter door een gemengde zone heen vliegt, worden de onderkoelde druppels met een bepaalde snelheid ingevangen. Zij botsen met een grote kracht op het vliegende toestel waarbij door de vrijkomende stollingswarmte en de plotselinge afkoeling van het metaal de druppels voor een deel zullen bevriezen. Bij –8 zal een onderkoelde druppel ongeveer voor 1/10 deel kunnen bevriezen. Door de vrijgekomen stollingswarmte zal de druppeltemperatuur gaan stijgen. De rest vloeit dan naar achteren en bedekt dan een deel van de vleugelhuid. Dankzij gedeeltelijke verdamping komt daarbij nog meer warmte vrij zodat uiteindelijk de rest ook zal bevriezen. Dat ijslaagje zal blijven aangroeien zolang in de wolk in die bepaalde zone wordt gevlogen. Tegenwoordig hebben veel typen vliegtuigen een zogenaamd de-icing systeem waarbij de vitale onderdelen van het vliegtuig sterk verwarmd worden en het ijs vrij snel smelt. Ook helikopters worden daar steeds meer mee uitgerust. Helikopters zijn namelijk nogal gevoelig voor ijs, met name op de rotorbladen (wieken). Grote brokken ijs kunnen gemakkelijk onderdelen vernielen wanneer ze door de ronddraaiende rotorbladen (vooral van het staartdeel) met zeer grote snelheid gelanceerd worden.

Bij vliegtuigen zijn het vooral de flaps en rolroeren die geen ijs kunnen verdragen, zeker niet op de draaiende delen hiervan. Een ander gevolg van ijsafzetting is de ontstane vervorming van vleugels en rotorbladen waardoor het vliegende geheel wat van zijn aërodynamische eigenschappen zal verliezen. Ook zal het gewicht door de ijslaag toenemen en kunnen daardoor dus andere verhoudingen ontstaan.

Soorten ijsafzetting

Er zijn 3 hoofdtypen:

1. Rijp, een dunne witte aanslag gevormd door sublimatie van waterdamp, buiten bewolking en neerslag.
2. Ruige rijp of ruige vorst, een dikkere afzetting met een ruw en wit oppervlak, meestal in mist of stratuswolken (kleine druppeltjes); ontstaat vaak bij temperaturen beneden -15.
3. IJzel, de zwaarste vorm. Dit is in bewolking en neerslag op grotere hoogte (vooral tussen –0 en –15° C) de meest voorkomende en gevaarlijkste vorm van ijsafzetting.

Behalve de aanwezige meteoro-logische factoren zijn ook de aerodynamische factoren van groot belang, zoals de vorm. Hoe stomper de voorkant van een vliegtuig-onderdeel is hoe eerder de luchtstroming wordt afgebogen en minder onderkoelde druppels het onderdeel daadwerkelijk zullen raken.

Scherpe delen zoals de pitotbuis, propellers en rotorbladen verstoren de luchtstroming pas op een korte afstand en kunnen zodoende met meer onderkoelde druppels in botsing komen.

De trefverhouding is een tweede, ook wel collection efficiency (CE) genoemd. Dit is de verhouding van de hoeveelheid ingevangen en het totale aantal onderkoelde druppels. Behalve de vorm is nl. ook de vliegsnelheid en de grootte van de druppels belangrijk. Bij hogere snelheid en zwaardere druppels wordt CE groter (dus meer ingevangen druppels). CE varieert van 40 tot 95 %, afhankelijk van de vorm van het onderdeel.

De ijslaag op een onderdeel kan allerlei vormen krijgen en kan enkele centimeters dik worden, meestal in de orde van 1 tot 4 cm, soms zelfs meer.

IJsdriehoek

Ook kreeg in verband met dit onderwerp een vraag over de ijsdriehoek. Wat is het en waar zit deze?

Tijdens de nadering van een warmtefront in de winter na een vorstperiode zal de warmere lucht langzaam maar zeker steeds meer terrein gaan winnen. Voordat het front aan de grond is gepasseerd is door het voorover hellende frontvlak de warmere lucht op grotere hoogte al binnengelopen. Daaronder bevindt zich nog steeds de koudere vrieslucht.

Neerslag die boven het frontvlak gesmolten is zal wanneer deze door de koudere luchtlaag eronder valt, onderkoeld raken. In deze laag, de ijsdriehoek, komt ijzel in grote mate voor. Soms is deze vermengd met natte sneeuwvlokken en veroorzaakt deze een moeilijk te verwijderen ijsmassa.

Mate van ijsafzetting

Zelf kunt u ongeveer inschatten hoe zwaar de ijsafzetting zou kunnen uitpakken. Hiervoor moet u op de hoogte zijn van de stabiliteit van de troposfeer, de hoeveelheid bewolking (vochtigheid) alsmede de voor-komende temperaturen en op welke hoogten. Dit kunt u o.m. afleiden uit een temp. Deze zijn eenvoudig via Internet op te halen (station= EHDB),

zie de bronvermelding.

I. Niet-frontale bewolking (of zwakke fronten):

matig: tussen 0 en –10, aan de lijzijde van grote open wateroppervlakken matig tot zwaar (in Sc van de Oostzee en de Noordzee bij een NO-stroming).

II. Frontale bewolking:

matig tot zwaar: tussen 0 en –15

licht: beneden –15

Met verscholen (embedded) Cb’s:

matig tot zwaar: tussen 0 en ca. –23

licht: tussen –23 en –40

III. In buien (Cb’s):

matig tot zwaar: tussen 0 en –23

licht: tussen –23 en –40

IV. In orografische bewolking:

stabiel/ frontaal: zie bij frontale bewolking.

onstabiel: zie in buien (Cb’s).

In buienwolken zakt het 0 C niveau zo’n 500 tot 1000 ft lager dan in de nabije omgeving.

Tijdens briefings maakt de meteoroloog melding van de mate van ijsafzetting en vertelt hij of zij de vliegers ook in welke laag of lagen zij ijsafzetting tegen kunnen komen. Hierbij wordt vaak gebruikgemaakt van een zogenaamde cross-section, een doorsnede van de troposfeer over een bepaalde verloop van tijd en op de Y-as de hoogte in voeten en kilometers.

Bronvermelding:

Literatuur:

Meteorologie voor de luchtvaart

C.J. van der Ham, A. Steenhuisen

Internet:

Temps (van veel stations): http://taiga.geog.niu.edu/machine/sound.html