Dynamica van luchtstromen Inleiding Atmosfeer College 8

Dynamica van luchtstromen 1. Inleiding INHOUD COLLEGE : Inleiding De fundamentele krachten Krachten in evenwicht Effect van de kromming Windverandering met de hoogte Toepassingen Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 1. Inleiding Wind als vector u>0: westenwind; u<0: oostenwind v>0: zuidenwind; v<0: noordenwind Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 1. Inleiding Windrichtingen (veering) (backing) Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 1. Inleiding Windsnelheid Bft KNMI naam windsnelheid knopen / km/h Effect aan land Effect op zee stil 0-1 / 0-1 rook stijgt recht of bijna recht omhoog spiegelgladde zee 1 zwak 1-3 / 1-5 windrichting goed af te leiden uit rookpluimen zee is geschubt en kabbelt 2 4-6 / 6-11 wind merkbaar in gezicht korte niet-brekende golfjes 3 matig 7-10 / 12-19 stof waait op golftoppen breken 4 11-16 / 20-28 haar in de war; kleding flappert vrij veel schuimkoppen 5 vrij krachtig 17-21 / 29-38 opwaaiend stof hinderlijk voor de ogen; vuilcontainers waaien om overal schuimkoppen, vrij lange golven 6 krachtig 22-27 / 39-49 paraplu's met moeite vast te houden vrij veel opwaaiend schuim 7 hard 28-33 / 50-61 het is lastig tegen de wind in te lopen of te fietsen wilde zee 8 stormachtig 34-40 / 62-74 voortbewegen zeer moeilijk matig hoge golven met lange kammen, toppen waaien af 9 storm 41-47 / 75-88 schoorsteenkappen en dakpannen waaien weg; kinderen waaien om hoge golven, roller, zware schuimstrepen 10 zware storm 48-55 / 89-102 grote schade aan gebouwen; volwassenen waaien om zeer hoge golven met overstortende kammen, zware rollers, grote oppervlakten met schuim 11 zeer zware 56-63 / 103-117 enorme schade aan bossen lucht gevuld met verwaaid schuim en water 12 orkaan >63 / >117 verwoestingen zicht zeer beperkt, zee volkomen wit en buitengewoon hoog en wild Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 1. Inleiding Wind op weerkaarten 1 knoop = 1 zeemijl/uur = 1852 m / 3600 s ≈ 0.5 m/s Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten Luchtdrukgradiënt Massa in kolom: veel weinig p=ps p = 0 p = 20 p = 40 p = 60 p = 80 p =100 Luchtdrukgradiënt dp/dx < 0 x Luchtdruk: hoog laag 100 kPa 80 kPa Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten Luchtdrukgradiënt Weerkaart - isobaren - fronten Isobaren: - punten met gelijke luchtdruk - vast interval (hier: 5) Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten Luchtdrukgradiëntkracht De luchtdrukgradiëntkracht: staat loodrecht op de isobaren is gericht naar de lage druk NB: luchtdrukgradiënt gericht naar hoge druk Laag Hoog gradient 𝐹 𝑝 =− 𝑚 𝜌 𝜕𝑝 𝜕𝑥 𝐹 𝑝 =𝐴×∆𝑝=𝐴∆𝑥 ∆𝑝 ∆𝑥 =∆𝑉 ∆𝑝 ∆𝑥 = 𝑚 𝜌 ∆𝑝 ∆𝑥 𝐹 𝑝 =− 𝑚 𝜌 𝛻 𝑝 Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten Luchtdrukgradiëntkracht A: - afstand groot - gradiëntkracht klein B: - afstand klein - gradiëntkracht groot Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten Luchtdrukgradientkracht Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten De Corioliskracht Gaspard de Coriolis 1792-1843 Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten De Corioliskracht Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten De Corioliskracht Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten Aardrotatie 1>2 siderische dag: 23h56m04s 1>3 synodische dag / zonnedag*: 24h00m * Dit is een gemiddelde omdat de baan om de zon geen cirkel maar een ellips is 𝛀= 2π 23×3600+56×60+4 =7.292× 10 −5 s −1 Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 2. De fundamentele krachten De Corioliskracht De Corioliskracht staat: loodrecht op de snelheid verandering van richting geen verandering van snelheid - naar rechts (op NH) Noordpool f = 90o →max Fcor Evenaar f = 0o → Fcor = 0 Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 3. Krachten in evenwicht Geostrofisch evenwicht Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 3. Krachten in evenwicht Geostrofisch evenwicht Geostrofische wind: - isobaren recht - isobaren evenwijdig - geen wrijving ALLEEN dan geldt: FP = FCOR Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 3. Krachten in evenwicht Geostrofisch evenwicht Geostrofisch evenwicht: FCOR = FP 2 sin m VG = m/r . Dp/Dn f f VG = 1/r . Dp/Dn Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 3. Krachten in evenwicht Geostrofisch evenwicht Geostrofische wind is - een benadering van de werkelijke wind - te berekenen uit de isobaren-afstand Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 3. Krachten in evenwicht Geostrofisch evenwicht Rekenvoorbeeld p = 5 hPa = 500 Pa n = 150 km = 150103 m  = 1.2 kg/m3  = 52 NB Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 3. Krachten in evenwicht Effect van de wrijving Effecten wrijving: - lagere snelheid - krimpen vd wind Wet van Buys Ballot: Met je rug naar de wind ligt het lagedrukgebied schuin links voor je. Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 4. Effect van de kromming Stroming bij cirkelvormige isobaren Bij cirkelbeweging: - geen evenwicht (V verandert steeds van richting, niet van grootte) - centripetale kracht (FC = mV2/r) Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 4. Effect van de kromming Stroming rond lagedrukgebied FC = FP - FCOR Stroming: - gradiëntwind - op NH: cyclonaal (= tegen wijzers vd klok in) Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 4. Effect van de kromming Stroming rond hogedrukgebied FC = FCOR - FP Stroming: - gradiëntwind - op NH: anticyclonaal (= met wijzers vd klok mee) Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 5. Windverandering met de hoogte Effect van horizontale temperatuurgradiënt Koude lucht:  groot Afname p met z: groot Warme lucht:  klein Afname p met z: klein Thermische wind Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 5. Windverandering met de hoogte Thermische wind Effect van horizontale temperatuurgradiënt: verandering van de wind met de hoogte Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 5. Windverandering met de hoogte Thermische wind Thermische wind: verschilwind: van onderste niveau (hoge p) naar bovenste niveau (lage p) - evenwijdig aan de isothermen - koude lucht ligt links 80 kPa 70 kPa Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 5. Windverandering met de hoogte Thermische wind Thermische wind: - evenwijdig aan de isothermen - koude lucht ligt links 80 kPa 70 kPa 80 kPa 70 kPa Koude lucht advectie: wind krimpt met de hoogte Warme lucht advectie: wind ruimt met de hoogte Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 5. Windverandering met de hoogte De straalstroom Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 6. Toepassingen TC links- en rechtsom ZH (nabij Madagascar): rechtsom (CW) NH (N van Filippijnen): linksom (CCW) Bron: www.nasa.gov/mission_pages/hurricanes/archives/index.html Dynamica van luchtstromen

Dynamica van luchtstromen 6. Toepassingen TC lvan: stralingstemperatuur Bron: www.nasa.gov/mission_pages/hurricanes/archives/index.html Dynamica van luchtstromen