GEOFYSICA GEOFYSICA 1 INTRODUCTIE: GASWETTEN 2 ATMOSFEER 3 WIND 4 STRAALSTROOM EN STORINGEN 5 REGEN EN ZONNESCHIJN 6 EINDOPGAVEN

1 Idee van druk Vbn1 plat  druk laag 12 kg, 3x3x0,5 dm3 rechtop  druk hoog Vbn 2 Meisje van 60 kg op twee naaldhakken van 2x0,5 cm2

Kolomdruk APPLET Vbn3 Hoe hoog is de druk op ‘n diepte van 10 m? Neem een doorsnede A = 1 cm2 Volume V=h.A=1000 (cm)x1(cm2)=1000(cm3) Massa m=ρV=1(gr/cm3)x1000(cm3)=1000(gr) Kracht F=mg=1(kg)x10(N/kg=10(N) Druk Algemeen Vbn4 Druk onder 76 cm kwik

Vbn5 Druk meten metaal manometer b Open manometer Gesloten manometer b Buitendruk stijgt  Doosje ingedeukt  Wijzer draait met klok mee b b h p p = b + h p = 10,0 + 0,30 mH2O p = 10,3 mH2O p = 1,03 atm gas p = h p = 0,34 mHg p = 13600x9,8x0,34 p = 45x103 Pa p h

1960 Mariananen trog 11 km diepte Bathyscaaf Trieste 1960 Jacques Picard 1922 2008 Auguste Picard 1884 1962 1960 Mariananen trog 11 km diepte Vbn 6 Druk op 11 km diepte? Kracht op ruitje van 20x20 cm2

Wet van Boyle 2 Gaswetten p (N/cm2) 10 20 5 V (cm3) 10 5 20 pV (Ncm) 100 100 100 KLIK HIER voor een applet Vbn 6 Volume van een Kip Bereken het volume van een kip als gegeven dat de druk stijgt van 1,00 naar 1,06 bar als het volume daalt van 10,0 naar 9,5 L .

Vbn7 Drukwet Gay Lussac V -273 0 100 oC 0 273 373 K V absolute nulpunt Gassen krimpen als ze afkoelen ALLE gassen hebben V=0 bij zelfde temperatuur: -273 oC Nieuwe temperatuurschaal: de Kelvin: T=t+273 Lijnen door de oorsprong:

Vbn8 Volumewet van Gay Lussac p p absolute nulpunt T Gasdruk verlaagt bij afkoelen ALLE gassen hebben p=0 bij zelfde temperatuur: -273 oC Nieuwe temperatuurschaal: de Kelvin: T=t+273 Lijnen door de oorsprong:

Schoolboekensommetjes I Vbn 9 zuiger Het gas onder een zuiger heeft bij 20 oC en volume van 2,0 L, Wat zal het volume zijn na verwarming tot 40 oC? 200 500 L A C B p(bar) V (L) 2 1 D Vbn 10 Stoommachine Een gas maakt het kringproces ABCDA. In punt A is de temperatuur 400 K. Bereken de andere temperaturen.

Schoolboekensommetjes II Vbn 11A voetbal Een bal van druk p=2,0 bar stijgt van 20 naar 40 oC. Wat wordt de druk? Vbn 11B fietsband Een fietsband van 20 oC met druk p=2,0 bar staat in de zon en knapt bij 2,5 bar. Bij welke temperatuur zal dat zijn? De temperatuur is dus

Vbn12 weerballon (som 3 aangepast) Een dichtgeknoopte weerballon (600 gr rubber) is met helium gevuld en heeft een diameter van 1,5 m. Op de aardbodem is de druk 1,0x105 Pa. Na loslaten stijgt het ding op, met een sonde van 250 gr. Gegeven ρlucht = 1,3 kg/m3, ρhelium = 0,18 kg/m3. A Bereken de opwaartse kracht op de bol B Bereken de trekkracht omhoog kort voor loslaten. C Leg uit wat de versnelling van de ballon kort na loslaten is. Fopw Fz Ftrek

Vbn12 weerballon (vervolg) Door toenemende wrijving wordt de versnelling natuurlijk heel snel 0, dan stijgt de ballon met constante snelheid op. Op 30 km hoogte knapt de ballon, de diameter van de ballon is dan maar liefst 6,0 m is geworden. D Bereken wat dan de druk van het helium is geworden als de temperatuur constant zou zijn. E De temperatuur is natuurlijk niet constant: deze is op 30 km hoogte -60 oC. Bereken daaruit opnieuw de heliumdruk aldaar. De temperaturen beneden en boven zijn resp. 298 en 213 K

Vbn13 DUIKFLES Duikers hebben op hun rug een duikfles met samen­­­- geperste lucht om onder water te kunnen ademhalen. In een volle fles zit 12,0 L lucht met een druk van 200 bar = 20,0 MPa. De luchttemperatuur is 20,0 oC. A Bereken de massa van 1 mol lucht . Neem aan dat lucht voor 20% uit zuurstof en voor 80% uit stik- stof bestaat. B Bereken hoeveel kg lucht in de duikfles is. Eerst aantal mol uit de algemene gaswet: dan de massa uit de molmassa:

Vbn13 DUIKFLES (vervolg) C Wat is groter, de dichtheid van die lucht of die van zeewater? Licht je antwoord toe met een berekening. Een volwassen mens die boven water ademhaalt gebruikt per minuut 10 L lucht met een druk van 1,0x105 Pa en een temperatuur van 20 oC. D Bereken hoeveel kg lucht die persoon per minuut nodig heeft. E Bereken hoe lang die persoon - die met een volle duikfles begint - maximaal onder water kan blijven Eerst aantal mol per minuut uit de algemene gaswet: De massa per minuut is 0,41x28,8=12 (gr/min). Bij een gebruik van 12 (gr/min) kun je met 2,84 kg heel wat minuten onder water blijven:

drukformules op een rijtje Kolomdruk eenheden Absolute nulpunt T=-273,15 oC Boyle Algemene Gaswet Drukwet Volumewet 1 bar = 1000 mbar= 10,0 N/cm2=100.000 Pa = 1 atm 1000 hPa = 10.0 m H2O= 76 cmHg = 760 Torr

2 ATMOSFEER GEOFYSICA

1 luchtdruk Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Op elke cm2 aardoppervlak rust een zee van lucht: b = 10 N/cm2= 100.000 N/m2 of Pa

2 in- en uitstraling energie aarde Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Check: Opp = 20 hoks = I (W/m2) 20x0,25x250=1250(W/m2) P =I.A = I4πR2, met r = 6.700 km, 1250.x4x3,14x(6,7x106)2=174x1015(W) IN (geel) 10+35+7+33+89 = 174(PW) UIT (rood) 12+40+26+10+111= 199(PW) uitstroom 25 PW: uit binnenkant aarde? KLIK HIER voor website Kees Floor over atmosfeer

KLIK HIER voor theezakjes proef 3 convectie Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Wet van Archimedes: Fopw = G verplaatste hoeveelheid gas Verwarmen: lucht zet uit door verhitting Opwaartse kracht wordt groter Warme lucht stroomt omhoog KLIK HIER voor theezakjes proef

4 adiabatische expansie Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 4 adiabatische expansie uitzettend gas levert arbeid  Inwendige energie gas daalt  Temperatuur daalt Verplaatsing Lucht convectie  Uitzetten door lagere druk  Temperatuur daalt  Helling: 3000/30 = 100 m/K Troposfeer: 1 K daling / 100 m Boven tropopauze evenveel afvoer als aanvoer van energie T constant

5 dauwpunt Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Condenseren: watermolekulen gevangen  levert warmte op Verdampen watermolekulen los uit vloeistof  kost warmte Dauwpunt De temperatuur waarbij waterdamp condenseert

6 relatieve vochtigheid Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 6 relatieve vochtigheid Wat is het dauwpunt van A, Lucht van 34 oC die 20 gr per m3 bevat? Wat is de relatieve vochtigheid van die lucht? Aflezen: de damplijn loopt bij 22 oC Aflezen: er kan 38 gr per m3 in, dus Wat is het dauwpunt van B, Lucht van 16 oC die 10 gr per m3 bevat? Wat is de relatieve vochtigheid van die lucht? Aflezen: de damplijn loopt bij 10 oC Aflezen: er kan 14 gr per m3 in, dus

7 hydrostatische grondvergelijking Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Hoe hoger je komt hoe lager de druk. Leidt een formule af. Begin met luchtdichtheid in termen van molmassa Mlucht, dan algemene gaswet tot slot drukformule Met als standaardoplossing

8 rekenvoorbeelden over hoogte Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Een veelgebruikte vuistregel zegt: de luchtdruk neemt elke 8 m af met 1 hPa. A Klopt die vuistregel op zeeniveau? B En ook op 2 km hoogte? Vul de hydrostatische grondvergelijking in voor T = 20 oC en p =1020 hPa: Neem T = 8 oC en p =790 hPa:

9 bergwandeling Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Jaap en Els maken een bergwandeling vanuit een hut op 1650 m hoogte. Ze willen hun hoogte bepalen met een barometer en een thermometer. Bij de wandeling veranderen p en T van 815 hPa en 16 oC naar 725 hPa en 9 oC. Hun gemiddelde temperatuur was (16+9)/2=12,5 oC. Invullen oplossing hydrostatische grondvergelijking: Het hoogste punt was dus op 1650+977 = 2727(m).

10 hoeveel waterdamp condenseert er dagelijks? Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Het warmtetransport door verdamping en condensatie naar de atmosfeer is gemiddeld 40 PW. Bereken hoeveel zwembaden van 50x10x2 je per dag kunt verdampen en vullen met deze hoeveelheid. Verdampingswarmte water: 2,3x106 J/kg. Eerst aantal kg per zwembad: V=l.b.h=50x10x2=1000 m3  m = ρ.V = 1000x1000 =1,0 x106 (kg) En de benodigde energie om een zwembad te laten condenseren Ezwembad = m x Cwater = 1,0x106 . 2,3x106 = 2,3 x 1012 (J) Vervolgens aantal seconden per dag: t = 24 x 3600 = 86.400  8,64 x104 (s) en de energieuitstroom van de aarde per dag Eaarde = P.t = 40x1015(J/s) . 8,64x104(s) = 3,45x1021(J) Dat worden heel wat zwembaden:

11 drukvariatie onder en boven eifeltoren Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES A Dichtheid beneden als p = 1020 hPa en T= 25 oC = 298 K. B Hoeveel varieert de druk per m? Omdat 1 m3 12 N weegt, drukt die 12 N op het grondvlak van 1 m2 C Hoe hoog is dan de druk op 300 m hoogte, boven aan de Eiffeltoren? P(300) = p(0)-300x12=102.000-3.600 =98.400(Pa)  984(hPa) D Die druk kun je ook met de e-macht berekenen: Omdat de drukvariatie per m zo klein is verschillen de antwoorden niet!

12 druk variatie onder en boven mijnschacht Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 12 druk variatie onder en boven mijnschacht A Druk op 2 km diepte als pboven = 1010 hPa en T= 27 oC = 300 K. B Hoe voelt dat (vergelijk met hoeveel m onder water)? Die extra 0,23 bar voelt als 0,23x10 (mH2O) = 2,3 mH2O. C Je kan de druk op 2 km diepte ook uit de e-macht halen: De tweede methode is betrouwbaarder: doordat lucht samen persbaar is wordt de drukvariatie per meter steeds groter als je dieper zit

3 WIND Aeolus is in de Griekse mythologie beter bekend als de god van de wind. Hij leefde op ‘t drijvende eiland Aeolia met zijn zes zonen en zes dochters. De god Zeus had hem de kracht gegeven om met alle windsituaties om te gaan. Toen de Griekse held Odysseus op bezoek kwam bij Aeolus werd hij met respectverwelkomd. Als cadeautje gaf Aeolus een tas met alle soorten winden aan Odysseus. Odysseus‘ matrozen dachten dat de tas vol goud zat en ze maakten hem open. Toen werden ze in één keer naar Aeolia terug geslingerd. Aeolus weigerde hen nu te helpen. GEOFYSICA

1 zeebries: convectieve circulatie 1 zeebries: convectieve circulatie Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Hiernaast zie je hoe ‘s ochtends de druk boven land en zee varieert met de hoogte. De isobaren hebben gelijke afstanden tot elkaar. De zon gaat schijnen: omdat de soortelijke warmte van zand veel kleiner is dan die van water warmt het land veel sneller op dan de zee. Leg in stappen uit hoe de lucht gaat cirkuleren. Lucht boven land zet uit pA > pB Lucht waait van A naar B Bij A stijgt de lucht op, en bij B daalt deze Er ontstaat circulatie met de klok mee KLIK HIER Website Kees Floor, kijk bij WEERKUNDE

2 gradientkracht: beweging van H naar L Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 2 gradientkracht: beweging van H naar L Over 5 km is het drukverschil 967 – 960 = 7 hPa, dus de drukgradiënt is Deze drukgradiënt versnelt de lucht loodrecht op de isobaren.

3 windsnelheid niet loodrecht isobaren Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Lucht beweegt van HOGE naar LAGE DRUK, dus je ZOU verwachten dat de pijltjes ZO gaan Maar dat is niet zo, echte lucht beweegt loodrecht daar op. Heb je enig idee hoe dat kan: loodrecht op de kracht bewegen? Wanneer staan kracht en snelheid loodrecht op elkaar? KLIK HIER voor oorzaak beweging langs isobaren

4 Slinger van Foucault WIKI In 1851 is door Léon Foucault een 28 kg zware massa aan een 67 m lang koord in het Panthéon in Parijs gehangen. De slinger wordt nauwelijks gedempt en beweegt zodoende enkele dagen lang heen en weer. A Bereken de periode van de slingering. Foucault’s slinger beweegt niet in één vlak, maar draait lang-zaam in het rond zoals hiernaast te zien is. De beweging is ‘t eerste echte bewijs van de draaiing van de aarde om haar as. B Waarom zou het slingervlak gaan draaiien? Traagheidswet: de slinger blijft gewoon heen en weer bewegen maar de aarde draait eronder door. Voor de draaisnelheid van de slinger geldt D=15(o/h)sin y waarin y de noorderbreedte. C Waar komt die 15o/h vandaan? D Leg uit wat de draaisnelheid is aan de evenaar, aan de NP en in Castricum (52 NB) De aarde draait 360 o in een etmaal, dat is 360/24 = 15 o/h. D(evenaar)=15xsin 0=0 (o/h), de slinger draait gewoon mee . D(noordpool)=15xsin 90=15 (o/h), de aarde draait er in 24 u onder door. D(castricum)=15xsin 52=12 (o/h), de beweging is wat trager bij ons.

5 Coriolis effect WIKI Foucault ’s slinger is een eenvoudige toepassing van het Coriolis effect: in roterende systemen treden er schijnkrachten op waardoor vrij bewegende objecten afbuigen. 1 Animatie draaischijf 2 Wet van Buys Ballot Wind waait altijd van gebieden van hoge luchtdruk naar gebieden met lage luchtdruk, met op het noordelijk half-rond een afwijking naar rechts en op het zuidelijk half-rond een afwijking naar links. Zie foto’s wolkenkrullen. 3 Wastafelnatuurkunde Draait het water in de wastafel op het noordelijk half-rond altijd met de klok mee? Of is dat juist een typisch voorbeeld van altijd maar herhaalde onwetenschappelijke onzin, door mensen die niet uit hun doppen kijken? Kanonskogels die over grote afstanden weg geschoten worden wijken bij ons naar rechts af en op het zuidelijk halfrond naar links. KLIK HIER voor een filmpje. KLIK HIER voor een leuke demonstratie van het Coriolis effect in de draaimolen KLIK HIER voor Kees Floor uitleg over het corioliseffect en weer

6 corioliskracht: Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES De corioliskracht is een schijnkracht die een gevolg is van het draaien van de aarde. Net als in een draaimolen voel je dat draaien als schijnkracht: weggegooide ballen gaan niet RECHT naar voren! Omdat de kracht Fcor loodrecht op snelheid v werkt, is deze niet versnellend maar verdraaiiend: op NH naar rechts en op ZH naar links. Fcor leidt NIET tot versnellen van de lucht, dat doet Fgrad alleen. Er geldt Fcor is Evenredig met v Evenredig draaisnelheid aarde Hangt van breedtegraad

7 verklaring geostrofische wind Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Wat gebeurt er met de lucht als je evenwijdige isobaren hebt, welk soort beweging ontstaat er dan? Beginsnelheid 0 geen corioliskracht Fgrad versnelt loodrecht isobaren Hogere v levert Fcor kleine verdraaiing Fgrad blijft loodrecht isobaar versnellen v hoger  grotere verdraaiing door Fcor tot Fgrad = Fcor  v loodrecht isobaar geostrofische wind

8 Weerstand in grenslaag Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 8 Weerstand in grenslaag Op de bodem is wrijving, boven niet. Hoe hoger de lucht komt hoe minder wrijvingskracht er is. Op lage hoogten waait de wind schuin over de isobaren: hoe hoger het komt hoe lager de wrijving en hoe meer de lucht geostrofisch gaat waaien.

9 cyclonale en anticyclonale kromming Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 9 cyclonale en anticyclonale kromming cyclonale kromming isobaren (links) eerst Fgrad = Fcor  geostrofische wind afbuiging links: Fgrad gaat remmen wind volgt isobaren met lagere v Anti-cyclonale kromming isobaar (rechts) eerst Fgrad = Fcor  geostrofische wind afbuiging rechts: Fgrad gaat versnellen wind vliegt met hogere v uit de bocht

10 Geostrofische windsnelheid schotland Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Bereken de geostrofische windsnelheid in punt B in Schotland in de fig hiernaast. Gegeven: ρlucht=1,15 kg/m3, isobaren verschillen 4 hPa, Mid Schotland is 54 NB en de afstand AB = 900 km. De drie isobaren onder B zijn de helft van AB, dus 450 km Op die 450 km daalt de druk met 3x4 = 12 hPa=1200 Pa Drukgradient De coriolisparameter aldaar is Hoeksnelheid aarde rad/s De geostrofische snelheid volgt nu uit:

11 Geostrofische windsnelheid IJsland Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Idem in Reykjavik. Gegeven: ρlucht=1,3 kg/m3, de isobaar rond Reykjavik is cirkelvormig en verschilt 10 hPa = 1000 Pa met die van de cirkel daarbinnen (1000-990 hPa). De NB is daar 64 NB en Reykjavik- Edinburg is 1350 km. De afstand tussen de isobaren is 3,5 maal zo klein als de afstand Reykjavik-Edinburg, dus 1350/3,5 = 386 km. Drukgradient Coriolisparameter De geostrofische snelheid volgt nu uit:

12 Geostrofische windsnelheid Parijs Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES In het kaartje hiernaast staan allerlei data. A Bepaal ahv de figuur de drukgradient in Parijs. B Bereken de coriolisparameter in Parijs C Bereken de geostrofische windsnelheid in Parijs De afstand tussen 1000 en 1010 hPa is 250 km Drukgradient Eerst de dichtheid bij 12 oC: dan de windsnelheid:

13 Geostrofische windsnelheid Stockholm Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES De afstand Stockholm Riga is 444 km. A Bepaal hiermee de kromtestraal van de isobaar in Riga. B Bereken de coriolisparameter in Riga C De isobaren verschillen in Riga 4 hPa, bepaal daarmee de drukgradiënt aldaar. D Bereken de geostrofische windsnelheid in Riga Zie cirkel: straal is ca 600 km De afstand tussen de isobaren is ongeveer de helft van de afstand Riga-Stockholm. Dus 0,5x444= 220 km, dus Oplossen van deze vergelijking levert v = 8,5 m/s (ABC-formule)

4 STRAALSTROOM & STORINGEN GEOFYSICA

1 Waar en wanneer stormt het? Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES KLIK HIER voor luchtbewegingen in hoge- en lagedrukgebieden Lagedrukgebied lucht wordt omhoog gepompt, alles moet bij hoge benedendruk door het smalle gat heen  dat gaat erg moeilijk Hogedrukgebied Lucht wordt omlaag gepompt, alles moet bij de lage bovendruk door het smalle gat heen en loopt beneden vanzelf weg  dat gaat erg makkelijk

2 Energiebalans Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Zon loodrecht boven evenaar  Intensiteit straling daar hoogst  Evenaar stralingsoverschot  Convectie vervoert dit naar polen Hete luchtmassa’s zetten uit: dus boven evenaar troposfeer hoger dan boven polen Hoe bewegen de luchtmassa’s op aarde (algemene cirkulatie)?

3 convectie: meercellig transport Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 3 convectie: meercellig transport Fout model passaatwinden algemeen model Evenaar hete lucht stijgt op  Overdruk in troposfeer boven evenaar  In troposfeer beweging van evenaar af  Op zeeniveau beweging naar evenaar toe  Je zou 1-cellig transport verwachten Gebeurt niet: bij ons door corioliskrachten alleen westelijke stromingen Er is op de aarde geen 1-cellig maar een 3-cellig transport. Kijk bij Kees Floor hoe het zit. KLIK HIER, en scroll omlaag naar applet Global Winds.

4 Luchtsoorten Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES boven woestijn, zee enz is temperatuur over grote afstanden gelijk  luchtmassa mT maritiem tropisch cT continentaal tropisch mP maritien polair cP continentaal polair

5 Fronten en straalstromen Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Front  grens tussen nabije luchtmassa’s die op kleine afstand sterk verschillen Koufront (BLAUW, driehoekjes) Koude lucht kruipt onder warme en verplaatst het front naar de warme lucht Warmtefront (ROOD, driehoekjes) Warme lucht kruipt over koude en verplaatst het front naar de warme lucht Frontale zone: pA >> pB  Geostrofische wind langs front Grote hoogte: pC >> pD  Sterke stabiele straalstromen

6 Suriname en Noorwegen (55) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Stilstaand water in een stuwmeer in Suriname wordt overdag opgewarmd door zonnestraling en zendt ‘s nachts warmte straling uit. A leg uit waarom de instraling groter is dan de uitstraling. Het stuwmeer in Suriname ligt op 5 oNB en de instraling is 320 W/m2, voor een vergelijkbaar stuwmeer in Noorwegen zijn de getallen 60 oNB en 140 W/m2. B Waarom is de gemiddelde intensiteit in Suriname zo veel hoger? C Leg uit dat het Surinaamse water veel meer dan 2 keer zo veel straling ontvangt dan het Noorse water. Er verdampt in Suriname veel water, dat kost (stralings)energie. In Suriname valt het licht vrijwel loodrecht in, het grondoppervlak dat verhit wordt is dus veel groter. Omdat cos 60 = 0,5 is het grondoppervlak al 2x zo groot, dat is de factor 2 in de invallende intensiteit. Maar ook de weerkaatsing is groter, dus er valt de facto veel meer dan 2x zo veel straling op ‘t water.

6 Suriname en Noorwegen (vervolg) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES D Leg uit dat de intensiteit van de uitgaande straling bij stuwmeren in Suriname ook meer dan 2x zo hoog is dan in Noorwegen. De intensiteit van uitgaande straling neemt toe met de absolute temperatuur. E Leg uit waarom gewone evenredigheid onmogelijk is. F Beredeneer of de uitstraling van een hogere of van een lagere macht van de absolute temperatuur afhangt. Het water in Suriname is veel warmer dus het straalt meer vermogen uit. Omdat de instroom in Suriname meer dan 2x zo hoog is, geldt dat ook voor de uitstroom. Bij een dubbele uitstroom zou dan een dubbel zo hoge temperatuur horen. Als bij Noorwegen 0 oC hoort= 273 K dan zou bij Suriname 546 K = 273 oC horen. Het moet een veel hogere macht zijn: als de uitstroom meer dan verdubbelt moet de temperatuur veel minder dan verdubbelen. Dus bij verdubbelde tempe-ratuur hort meer dan verdubbelde uitstroom. De wet van Stephan-Boltzman zegt dat de uitstroomintensiteit van de 4e macht afhangt: Iuit = τ T4.

7 Rossby golven: convergentie en divergentie Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Stabiele golven in de straalstroom A CONVERGENTIE bocht naar links  Fgrad > Fcor  snelheid v < vgeo  Lucht omlaag  Onder hogedruk C DIVERGENTIE bocht naar rechts  Fgrad <Fcor  snelheid v > vgeo  Lucht omhoog  Onder lagedruk

8 Cellenmodel algemene circulatie (62) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Zoals eerder gezegd: we hebben op aarde een 3-cellig warmtetransport van evenaar naar polen. KLIK HIER voor applet Global Winds. A De figuur boven geeft het model. De figuur onder geeft de isobaren op hoogte 5 km op een bepaalde dag. B Bij het oppervlak stroomt de lucht weg van de NP, daar is dus een hogedrukgebied. Op grote hoogte geldt het omgekeerde. C In de onderste figuur zie je ‘n lagedrukgebied bij de NP. Bij de NP komt weinig stralingsenergie binnen, zodat de temperratuur en dus de druk snel zakken met de hoogte. Daarom heerst er op 5 km hoogte een lage- drukgebied en stroomt daar de lucht toe. Die zakt omlaag en creëert zo bij de NP een relatief hoge- drukgebied

9 Als hoog en laag verschillen (63) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES A Zwarte isobaren laag (1000 mb), witte isobaren hoog (600 mb). Boven L heb je een gebied met divergentie. Als er boven lucht wegstroomt, dan wordt dat van onder aangezogen en ontstaat daar een lagedrukgebied. B De linkerpijl begint met een bocht waarbij de isobaren linksom gaan, dan neemt v af, zodat er luchtmassa’s naar beneden bewegen en daar de druk stijgt. C Die lucht komt uit het zuiden en is dus relatief warm. D De rechter pijl begint met een bocht waarbij de isobaren rechtsom gaan, dan neemt v toe, zodat er luchtmassa’s omhoog bewegen en daar de druk daalt.

10 Begin Rossby golf (64-5) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Straalstroom kan gaan golven bij passeren bergketen als Rocky Mountains Verticale vernauwing  toename windsnelheid  toename corioliskracht  draaiing naar rechts na passeren bergketen  afname windsnelheid  afname corioliskracht  draaiing naar links

5 REGEN EN ZONNESCHIJN GEOFYSICA

1 Waarom regent het bij lagedrukgebieden en is het bij hogedrukgebieden mooi weer? Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES LAGEDRUKGEBIED Bij straalstroom divergentie  Lucht aldaar alle kanten op  Lucht wordt omhoog gezogen  Stijgende warme lucht koelt af  Waterdamp condenseert: REGEN HOGEDRUKGEBIED Bij straalstroom convergentie  Lucht komt aldaar toestromen  Lucht wordt omlaag geblazen  Dalende koude lucht warmt op  Water verdampt: MOOI WEER

2 Warmtefront en koufront Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES FRONT Schuin oplopende zone (0,5oscheef), waarbij er binnen korte afstand heel veel verandert groot verschil in temperatuur en druk Opstijgende en dalende luchtmassa’s WARMTEFRONT Warme lucht verdringt de koude lucht Schuift er over heen, koelt af en condenseert De matige regen komt voor front uit: eerst de regen dan de warmere lucht KOUFRONT Koude lucht verdringt de warme lucht Schuift er onder en tilt de warme lucht op Zware regen komt na passeren van het front

3 Geoccludeerd front Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES

4 Draaiende fronten Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES

5 Opvullen en uitdiepen Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES

7 Depressie (75) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES In de opstijgende lucht van een depressie condenseert de waterdamp, waarbij er veel warmte vrij komt. De opstijgende lucht koelt daardoor minder af dan wanneer er geen condensatie is. A Leg uit waardoor in een depressie de divergente op 6 km hoogte bevorderd wordt door de condensatie. B Zal een depressie eerder ontstaan boven land of boven zee? Leg uit! Door de condensatie koelt de opstijgende lucht minder af. De lucht zet daardoor meer uit en stijgt meer. Op 6 km hoogte is de druk dus hoger en er treedt meer divergentie op. De effecten zijn boven zee sterker: daar is meer waterdamp, r zal dus meer water condenseren bij het opstijgen en er zal meer energie vrijkomen die de lucht meer doet stijgen en die de druk meer doet toenemen. Er zal dus meer divergentioe zijn waardoor de depressie sneller uitdiept.

8 Cycloon (76) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Een tropische stormdepressie diept soms uit tot een cycloon, die veel schade kan veroorzaken als hij aan land gaat (USA). A Leg uit waarom zo’n depressie boven ze uitdiept en boven land weer opvult. en economie professor stelde voor in de USA op zee grote windmolenparken van 100.000den molens neer te zetten, die de energie uit cyclonen moeten halen. B Leg uit wat de invloed van ‘n windmolenpark zou kunnen zijn op de convergentie. Boven zee heb je meer waterdamp en door de condensatie koelt de opstijgende lucht minder af. De lucht zet daardoor meer uit en stijgt meer. De divergentie neemt toe en de depressie diept meer uit. Boven land heb je het omgekeerd: minder waterdamp dus minder divergentie en het lagedrukgebied vult op. De windmolens halen hun energie uit de convergerende lucht. Dat betekent dat er minder convergentie optreedt en dat de cycloon dus minder uitdiept.

9 Hogedrukgebied & convergentie (77) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 9 Hogedrukgebied & convergentie (77) Boven een hogedrukgebied aan de grond is er convergentie van lucht. A Leg uit waarom de luchtdruk aan de grond niet toe blijft nemen door de convergentie in de bovenlucht. B Leg uit waardoor in de dalende lucht de relatieve vochtigheid afneemt. Door de convergentie in de bovenlucht stroomt er lucht omlaag en neemt beneden de luchtdruk toe. Deze lucht stroomt daar opzij als een zeker maximum aan druk is bereikt. Dalende lucht warmt op door compressie en kan dus veel meer waterdamp bevatten. Dat betekent dat de relatieve vchtigheid toeneemt.

10 Warmtefront (78) Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES Op een dag trekt een warmtefront over Nederland naar het oosten. De voorbode van dat front is bewolking op een hoogte van 10 km. De helling van het front is 0,5o. A Bereken hoever het front verwijderd is als de eerste wolken overkomen. B Leg uit dat de wolken bewegen in een richting die niet overeenkomt met de windrichting. De wolken bewegen op die hoogte door de coriolis kracht naar het oosten, de wind op de grond komt (waarschijnlijk) meer uit het zuiden en is naar het noorden gericht.

6 EINDOPGAVEN GEOFYSICA

Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 1 HETELUCHTBALLON

Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 2 PETFLES EN ATMOSFEER

Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 3 LUCHTBEL

Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 4 MOUNT EVEREST

5 MOOI WEER VOORSPELLEN 5 MOOI WEER VOORSPELLEN Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 5 MOOI WEER VOORSPELLEN 5 MOOI WEER VOORSPELLEN

7 KAAPVERDISCHE EILANDEN Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 7 KAAPVERDISCHE EILANDEN

8 GEOTROFISCHE SNELHEDEN Opdracht 1 MUNT OP BIERFLES 8 GEOTROFISCHE SNELHEDEN

EINDE