Introductie

Bovenwaartse luchtspiegelingen kunnen zeer moeilijk te vinden zijn in de vrije natuur. Deze luchtspiegelingen zijn beelden van objecten die boven het object zelf afgebeeld worden in plaats van onder het object, zoals bij de meer algemene benedenwaartse luchtspiegelingen het geval is. Misschien heb je wel eens schetsen of foto's gezien van schepen aan de horizon op zee, die omgekeerd boven het schip in de lucht gespiegeld worden. Dit is een bovenwaartse luchtspiegeling. Overigens, de objecten zelf die je aan de horizon ziet zijn ook alleen maar beelden. In feite is alles wat je ziet een beeld van de objecten zelf, en het is dus niet zinvol om te spreken over een object zelf en een beeld.

Ik heb jaren naar bovenwaartse luchtspiegelingen gezocht, en toen ik er eindelijk een te zien kreeg wist ik meteen waarom ik er nooit eerder een gezien had. Ze zijn namelijk niet alleen vrij zeldzaam maar ook zeer onopvallend. Hieronder staat beschreven hoe deze luchtspiegelingen ontstaan en hoe je ze het beste kunt waarnemen.

Het welbekende effect van nat wegdek is wellicht de meest bekende vorm van benedenwaartse luchtspiegeling.

Het ontstaan van luchtspiegelingen in het algemeen

Elke luchtspiegeling ontstaat door abnormaal sterke dichtheidsgradiënten in de atmosfeer. Deze dichtheidsgradiënten worden in de rustige atmosfeer veroorzaakt door temperatuurvariaties. Licht beweegt sneller in lucht bij lagere dichtheid, dus als de dichtheid in de lucht verandert buigt het licht naar de kant van hogere dichtheid af. Dit komt doordat de kant van het golffront van het licht dat dichter bij de hogere dichtheid zit langzamer beweegt, dus de andere kant van het golffront beweegt iets sneller zodat het front scheef gaat staan: het licht buigt. Je kunt dit vergelijken met twee personen die door het water bij de branding aan het strand lopen, parallel aan de waterlijn. De persoon in dieper water loopt bij dezelfde inspanning iets langzamer, dus als de beide personen met gelijke inspanning blijven doorlopen lopen ze met een bocht het water in.

De dichtheid van lucht bij bepaalde druk verandert als de temperatuur verandert. Warme lucht heeft een lagere dichtheid dan koude lucht bij dezelfde druk. Dus als de lucht aan de grond warmer is dan daarboven, verwacht je dat licht dat horizontaal langs de grond beweegt langzaam naar boven afbuigt. Dit gebeurt inderdaad, en is de oorzaak van de luchtspiegeling boven het warme wegdek die in het voorjaar en in de zomer vaak te zien is. Er lijkt een plas water op de weg te liggen in de verte, omdat we dat associëren met reflecties van de lucht boven de weg. Maar het is niets anders dan een warme luchtlaag die het licht naar boven toe afbuigt.

Een bovenwaartse luchtspiegeling nabij een gebergte op grote afstand (De Sandia Mountain Range in New Mexico, VS). Normaal gesproken ziet dit gebergte er normaal glooiend uit. De luchtspiegeling spiegelt een deel van het gebergte en rekt het ook in vertikale richting uit. Dit heet towering. Merk op dat er een bruine band van smog met duidelijke bovenrand ligt. Deze smoglaag hangt in de temperatuurinversie.

Ontstaan van bovenwaartse luchtspiegelingen

Als de temperatuur aan de grond kouder is dan de temperatuur hoger in de grenslaag, is er een zogeheten temperatuurinversie.¹ Dit is de situatie waarin bovenwaartse luchtspiegelingen zich kunnen vormen. Maar meestal is de dichtheidgradiënt niet sterk genoeg om de atmosfeer als een lens te laten werken. In de meeste gevallen van een temperatuurinversie zijn alleen maar alle voorwerpen aan de horizon schijnbaar iets verhoogd. Dit is niet zichtbaar tenzij je hulpmiddelen hiervoor hebt.²

Wanneer de temperatuurgradiënt wel sterk genoeg is, tenminste 11^oC per 100 meter in hoogte, en als je je precies op de gunstige hoogte bevindt, kun je bovenwaartse luchtspiegelingen zien. Je moet je hierbij in of net onder de temperatuurinversie bevinden. Als je jezelf erboven bevindt zie je niet veel bijzonders en als je jezelf er te ver onder bevindt zie je eveneens geen spiegelingen. De hoeken waarover bovenwaartse luchtspiegelingen te zien zijn zijn uiterst klein. Meestal heb je een verrekijker of telescoop nodig.

Geschikte omstandigheden voor het ontstaan van bovenwaartse luchtspiegelingen

Bovenwaartse luchtspiegelingen zijn vrij zeldzaam. Er zijn wel een aantal situaties en plaatsen op aarde waar deze luchtspiegelingen geregeld voor kunnen komen:

• Droge woestijngebieden bij zeer heldere lucht. Als er geen wolken en zeer weinig waterdamp in de lucht zijn kan de lucht aan de grond zeer sterk afkoelen wegens uitstraling van infraroodstraling. Dit resulteert 's morgens vroeg in een temperatuurinversie die erg steil kan zijn, bijvoorbeeld een verschil van 20^oC binnen een laag van minder dan honderd meter hoog. Ook zijn woestijngebieden vaak in de buurt van gebergten, die een goede achtergrond kunnen vormen om de luchtspiegeling te zien.

• Poolstreken, waar de koude ijsvlakten de lucht erboven sterk kunnen afkoelen en een temperatuurinversie maken. Spectaculaire luchtspiegelingen zoals de Fata Morgana zijn in zulke streken mogelijk.

• Gebieden op hoge breedtegraden bij een groot meer of een zee, in de lente. Dit is voor ons in Nederland gunstig. In de lente is het zeewater erg koud, en als er warme lucht van een hogedrukgebied het water op stroomt kan dat aanleiding geven tot een temperatuurinversie. De gradiënt is meestal niet zo sterk, maar je kunt over lange afstanden over zee uitkijken, en er zijn meestal schepen of olieplatforms aan de horizon te zien aan de Noordzee.

In het algemeen geldt dat er voor elk soort luchtspiegeling weinig wind mag zijn. Wind mengt de lucht in de grenslaag zodat een sterke temperatuurgradiënt aan de grond opgeheven wordt.

Natuurlijke bovenwaartse luchtspiegelingen zijn lastig te ontdekken, tenzij je in de poolstreken woont. De luchtspiegeling op deze foto, gemaakt in New Mexico (VS) met een telescoop, was maar een paar boogminuten groot en vrijwel niet te zien met het blote oog.

Waarnemen

Bovenwaartse luchtspiegelingen zijn sterk afhankelijk van hoe hoog je je bevindt. Als je je hoofd ook maar een paar meter hoger of lager houdt kan de luchtspiegeling al drastisch veranderen of verdwijnen. Ook zijn er geen luchtspiegelingen te zien als er geen geschikte voorwerpen bij de horizon zijn om het effect zichtbaar te maken. Tenslotte, als er ook maar enige wind is, zijn de luchtspiegelingen zeer veranderlijk of afwezig.

Bovenwaartse luchtspiegelingen boven grote watervlakten zoals de zee zijn het gemakkelijkst waar te nemen, omdat de luchtspiegelingen meestal maar een paar boogminuten boven de horizon liggen, waar wij boven land meestal geen vrij zicht op hebben. Ook zijn er vaak schepen aan de horizon van de zee die de luchtspiegeling zichtbaar kunnen maken.

Bovenwaartse luchtspiegelingen boven woestijngebieden komen voor bij de ochtendschemering tot ongeveer 1 uur na zonsopkomst. Daarna begint de woestijn zo veel op te warmen dat er thermiek ontstaat en de stralingsinversie verdwijnt. Je moet over een groot vlak gebied uitkijken, en naar een gebergte aan de horizon kijken, 75 tot 100 kilometer ver, waarvan je weet dat dat aan de astronomische horizon ligt.

NB: natuurlijke luchtspiegelingen zoals deze zijn zeer onopvallend en je hebt een veldkijker of telescoop nodig om ze goed te kunnen zien. De luchtspiegeling zit vlak boven de astronomische horizon.

Fotograferen van bovenwaartse luchtspiegelingen

Om dit verschijnsel goed vast te leggen heb je een lange telelens nodig, met een brandpuntsafstand van tenminste 400 of 500 mm. Een telescopische lens van 1000mm is beter. Je kunt dit ook bereiken door een teleconverter te gebruiken hoewel de kwaliteit van het beeld dan meestal niet zo hoog is. Je hebt ook een zeer stabiel statief nodig, bij voorkeur van hout. Hout dempt trillingen beter dan metaal. Ook heb je beslist een draadontspanner nodig.

Je kunt natuurlijk altijd proberen de luchtspiegeling met minder professionele hulpmiddelen te fotograferen. Een eenvoudige camera met een telelens kan redelijke opnamen geven. Maar als je echt goede foto's van het verschijnsel wil maken heb je bovenstaande apparatuur toch wel nodig.

Belichting en filmgevoeligheid

Belicht de foto zoals de belichtingsmeter aangeeft. Ik raad je aan film te gebruiken van 100, 200 of 400 ISO, of zelfs nog sneller om de belichtingtijd kort te houden, korter dan ongeveer 1/30 seconde. Langere belichtingstijden met telescopische lenzen zijn niet geschikt wegens de luchtonrust. De vrij grove filmkorrel van bijvoorbeeld 800 ISO film is nog niet eens zo erg als het effect van onscherpte wegens luchtonrust, bij lange telelenzen zoals 1000mm.

Kortom, als er voldoende licht aanwezig is zodat je korte sluitertijden bij scherpe ongevoelige film kunt gebruiken is dat prachtig, anders moet je korte sluitertijden met gevoeliger film gebruiken.

Het gebruik van polarisatiefilters

Omdat je luchtspiegelingen over een grote afstand moet fotograferen, vaak verder dan 50 km afstand, is er meestal heel wat heiigheid, stof, en blauwe lucht (wegens Rayleigh verstrooiing) tussen jou en de luchtspiegeling. Een polarisatiefilter kan hier nuttig zijn. Voor grote telescopische telelenzen is het economischer dit filter op de een of andere manier tussen de lens en de camera te monteren. De lucht is maximaal gepolariseerd ongeveer 90^o van de zon af, dus als de hoek tussen de zon, de camera en de luchtspiegeling gunstig is kun je het blauwe strooilicht sterk verminderen, zodat de luchtspiegeling hoger contrast krijgt.

Mogelijke locaties waar bovenwaartse luchtspiegelingen te zien kunnen zijn

In Europa kun je soms bovenwaartse luchtspiegelingen boven de Noordzee of de Atlantische Oceaan zien, waarbij je in de lente de meeste kans maakt. De luchtspiegelingen worden ook vaak gezien in Finland.

Andere gunstige plaatsen zijn Alaska, Canada, Scandinavië en Noord-Rusland.

1. Normaal gesproken daalt de temperatuur (en de druk) hoger in de atmosfeer. Als de temperatuur toeneemt met de hoogte spreken we van een inversie. Inversies zijn zeer stabiel, waar geen convectie in voor komt.

2. Ik heb een aantal malen het effect van bovenwaartse luchtspiegelingen gezien in Noord Holland. De hele horizon is dan een paar (ca. 5) boogminuten opgetild. Verder is er niets vervormd of gespiegeld. Ik kon dit gemakkelijk merken, want als ik vanuit mijn ouderlijk huis over de weilanden heen naar de Zuiderdijk langs het Markermeer keek, kon ik meestal de steden aan de overkant van het meer niet over die dijk heen zien. Maar soms was door geschikte temperatuurinversies de hele horizon iets opgetild en zag ik de overkant goed, soms zelfs nog het water, over de dijk heen. Het effect ontstaat hooguit een paar maal per jaar.