Aardwetenschappen

Lesdoelstellingen

• som de eigenschappen van de luchtstromen in een convectiecel op.
• beschrijf hoe hoge en lage drukcellen lokale winden creëren en leg uit hoe verschillende soorten lokale winden ontstaan.
• bespreek hoe globale convectiecellen leiden tot de Globale windgordels.

Woordenschat

• advectie
• Chinook winds (Foehn wind)
• haboob
• hoge druk zone
• jet stream
• katabatische winden
• aflandige wind
• lage druk zone
• moesson
• mountain breeze
• polaire front
• rainshadow effect
• Santa Ana wind
• sea breeze
• vallei breeze

Inleiding

Een paar basis principes gaan een lange weg in de richting leggen hoe en waarom de lucht beweegt: Warme lucht stijgt ontstaat een lage druk zone op de grond. Lucht uit de omgeving wordt in de ruimte gezogen die door de stijgende lucht wordt achtergelaten. Luchtstromen horizontaal aan de top van de troposfeer; horizontale stroom wordt advection genoemd. De lucht koelt af tot hij daalt. Waar het de grond bereikt, creëert het een hoge drukzone. De lucht die van gebieden van hoge druk naar lage druk stroomt creëert winden. Warme lucht kan meer vocht bevatten dan koude lucht. Lucht die aan de basis van de drie belangrijkste convectiecellen in elk halfrond ten noorden en ten zuiden van de evenaar beweegt, creëert de Globale windgordels.

luchtdruk en wind

binnen de troposfeer zijn convectiecellen (figuur hieronder).

lucht die horizontaal tussen hoge en lage drukzones beweegt, maakt wind. Hoe groter het drukverschil tussen de drukzones hoe sneller de wind beweegt.

convectie in de atmosfeer creëert het weer van de planeet. Wanneer warme lucht stijgt en afkoelt in een lage drukzone, kan het niet in staat zijn om al het water dat het bevat als damp te houden. Sommige waterdamp kan condenseren om wolken of Neerslag te vormen. Wanneer koele lucht daalt, warmt het op. Omdat het dan meer vocht kan vasthouden, zal de dalende lucht water op de grond verdampen.

lucht die tussen grote hoge-en lage druksystemen beweegt, creëert de mondiale windgordels die het regionale klimaat sterk beïnvloeden. Kleinere druksystemen creëren gelokaliseerde winden die het weer en het klimaat van een lokaal gebied beïnvloeden.

een online gids voor luchtdruk en wind van de Universiteit van Illinois is hier te vinden: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

lokale winden

lokale winden zijn het gevolg van luchtbewegingen tussen kleine lage-en hogedruksystemen. Hoge en lage drukcellen worden gecreëerd door een verscheidenheid aan omstandigheden. Sommige lokale winden hebben zeer belangrijke gevolgen voor het weer en het klimaat van sommige regio ‘ s.

Land-en zeebries

omdat water een zeer hoge soortelijke warmte heeft, behoudt het zijn temperatuur goed. Dus water verwarmt en koelt langzamer dan land. Als er een groot temperatuurverschil is tussen het oppervlak van de zee (of een groot meer) en het land ernaast, vormen zich hoge en lage drukgebieden. Dit creëert lokale winden.

• zeebries waait vanuit de koelere oceaan over het warmere land in de zomer (figuur hieronder). Waar is de hogedrukzone en waar is de lage drukzone? Zeebries waait bij ongeveer 10 tot 20 km (6 tot 12 mijl) per uur en lagere luchttemperatuur veel als 5 tot 10°C (9 tot 18°F).
• Landbries waait van het land naar de zee in de winter. Waar is de hogedrukzone en waar is de lage drukzone? Wat warmere lucht uit de oceaan stijgt op en daalt dan op het land, waardoor de temperatuur over het land warmer wordt.

Land – en zeebries creëren het aangename klimaat waar Zuid-Californië om bekend staat. Het effect van land-en zeebries wordt slechts ongeveer 50 tot 100 km (30 tot 60 mijl) landinwaarts gevoeld. Hetzelfde verkoelende en verwarmende effect treedt in mindere mate op tijdens dag en nacht, omdat land sneller opwarmt en afkoelt dan de oceaan.moessonwinden zijn grotere versies van land-en zeebries; ze blazen van de zee op het land in de zomer en van het land op de zee in de winter. Moessonwinden komen voor waar zeer hete zomerlanden naast de zee liggen. Onweersbuien komen vaak voor tijdens moessons (figuur hieronder).

de belangrijkste moesson ter wereld komt elk jaar voor op het Indiase subcontinent. Meer dan twee miljard inwoners van India en Zuidoost-Azië zijn afhankelijk van moessonregens voor hun drink-en irrigatiewater. Terug in de dagen van zeilschepen, seizoensgebonden verschuivingen in de moessonwinden vervoerde goederen heen en weer tussen India en Afrika.

Berg-En Dalbries

temperatuurverschillen tussen bergen en valleien creëren berg-en dalbries. Overdag wordt lucht op berghellingen meer verwarmd dan lucht op dezelfde hoogte boven een aangrenzend dal. Naarmate de dag vordert, stijgt warme lucht op en trekt de koele lucht omhoog uit de vallei, waardoor een valleibries ontstaat. ‘S nachts koelen de berghellingen sneller af dan het nabijgelegen dal, waardoor een bergbries bergafwaarts stroomt.

Katabatische winden

Katabatische winden bewegen op en neer hellingen, maar het zijn sterkere berg-en dalbries. Katabatische winden vormen zich over een hoog landgebied, als een hoog plateau. Het plateau is meestal aan bijna alle kanten omgeven door bergen. In de winter wordt het plateau koud. De lucht boven het plateau wordt koud en zakt van het plateau naar beneden door gaten in de bergen. Windsnelheden zijn afhankelijk van het verschil in luchtdruk over het plateau en over de omgeving. Katabatische winden vormen zich over veel continentale gebieden. Extreem koude katabatische winden waaien over Antarctica en Groenland.

Chinook-winden (Foehn-winden)

Chinook-winden (of Foehn-winden) ontwikkelen zich wanneer lucht boven een bergketen wordt opgedreven. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer de westenwind lucht uit de Stille Oceaan over de Sierra Nevada bergen in Californië brengt. Als de relatief warme, vochtige lucht stijgt over de windzijde van de bergen, koelt en krimpt. Als de lucht vochtig is, kan het wolken vormen en regen of sneeuw laten vallen. Wanneer de lucht zinkt aan de benedenwaartse kant van de bergen, vormt het een hogedrukzone. De windzijde van een bergketen is de zijde die de wind ontvangt; de benedenwaartse kant is de kant waar lucht zinkt.

De dalende lucht verwarmt en creëert sterke, droge winden. Chinookwinden kunnen temperaturen verhogen van meer dan 20°C (36°F) in een uur en ze snel daling van de vochtigheid. Sneeuw aan de benedenwaartse kant van de berg verdwijnt snel. Als er neerslag valt als de lucht stijgt over de bergen, zal de lucht droog zijn als het zinkt op de benedenwaartse grootte. Deze droge, zinkende lucht veroorzaakt een regenschaduw effect( figuur hieronder), die veel van de woestijnen van de wereld creëert.

Santa Ana Wind

Santa Ana wind ontstaat in de late herfst en winter wanneer het grote bekken ten oosten van de Sierra Nevada afkoelt, waardoor een hogedrukzone ontstaat. De hogedrukkrachten slingeren bergafwaarts en met de klok mee (vanwege Coriolis). De luchtdruk stijgt, dus de temperatuur stijgt en de vochtigheid daalt. De wind waait over de zuidwestelijke woestijnen en dan racen bergafwaarts en westwaarts naar de oceaan. Lucht wordt geforceerd door canyons snijden de San Gabriel en San Bernardino bergen (figuur hieronder).

De Santa Ana winden komen vaak aan het einde van het lange zomer droogteseizoen van Californië. De hete, droge wind droogt het landschap nog meer uit. Als een brand begint, kan het zich snel verspreiden, waardoor grootschalige verwoesting wordt veroorzaakt (figuur hieronder).

woestijnwinden

hoge zomertemperaturen in de woestijn creëren hoge winden, die vaak geassocieerd worden met moessonstormen. Woestijnwinden nemen stof op omdat er niet zoveel vegetatie is om het vuil en zand tegen te houden. (Figuur hieronder). Een haboob vormt zich in de donkergroen op de voorkant van een onweersbui.

stofwolken, ook wel wervelwinden genoemd, vormen zich als de grond zo heet wordt dat de lucht erboven opwarmt en stijgt. Lucht stroomt in de lage druk en begint te draaien. Stof duivels zijn klein en van korte duur, maar ze kunnen schade veroorzaken.

atmosferische circulatie

omdat meer zonne-energie de evenaar raakt, verwarmt de lucht en vormt een lage drukzone. Aan de top van de troposfeer beweegt de helft naar de Noordpool en de helft naar de Zuidpool. Als het langs de top van de troposfeer beweegt koelt het af. De koele lucht is dicht en wanneer het een hoge drukzone bereikt zinkt het naar de grond. De lucht wordt teruggezogen naar de lage druk op de evenaar. Dit beschrijft de convectiecellen ten noorden en zuiden van de evenaar.

als de aarde niet zou draaien, zou er één convectiecel op het noordelijk halfrond zijn en één in het zuiden met de stijgende lucht op de evenaar en de zinkende lucht op elke pool. Maar omdat de planeet wel draait, is de situatie ingewikkelder. De rotatie van de planeet betekent dat er rekening moet worden gehouden met het corioliseffect. Het corioliseffect werd beschreven in het hoofdstuk over de oceanen van de aarde.

laten we eens kijken naar de atmosferische circulatie op het noordelijk halfrond als gevolg van het corioliseffect (figuur hieronder). Lucht stijgt op aan de evenaar, maar als het naar de pool aan de top van de troposfeer beweegt, buigt het naar rechts af. (Vergeet niet dat het net lijkt af te buigen naar rechts omdat de grond eronder beweegt. Op ongeveer 30 ° noorderbreedte ontmoet de lucht van de evenaar de lucht die vanuit de hogere breedtegraden naar de evenaar stroomt. Deze lucht is koel omdat hij van hogere breedtegraden komt. Beide partijen lucht dalen af, waardoor een hoge drukzone ontstaat. Eenmaal op de grond keert de lucht terug naar de evenaar. Deze convectiecel wordt de Hadley-cel genoemd en wordt gevonden tussen 0° en 30°N.

Er zijn nog twee convectiecellen op het noordelijk halfrond. De Ferrell-cel is tussen 30 ° N en 50 ° tot 60 ° N. Deze cel deelt zijn zuidelijke, dalende kant met de Hadley-cel aan zijn Zuiden. De noordelijke opgaande ledemaat wordt gedeeld met de Poolcel gelegen tussen 50°N en 60°N en de Noordpool, waar koude lucht daalt.

Er zijn drie circulatiecellen voor spiegelbeeld op het zuidelijk halfrond. In dat halfrond lijkt het corioliseffect op objecten naar links af te buigen.

Global Wind Belts

Global wind blaast in belts die de planeet omringen. De wereldwijde windgordels zijn enorm en de wind is relatief stabiel (figuur hieronder). Deze winden zijn het resultaat van luchtbewegingen aan de onderkant van de belangrijkste atmosferische circulatiecellen, waar de lucht horizontaal van hoge naar lage druk beweegt.

Global Wind Belts

laten we eens kijken naar de global wind belts op het noordelijk halfrond.

• in de Hadley-cel zou de lucht van noord naar Zuid moeten bewegen, maar wordt naar rechts afgebogen door Coriolis. Dus de lucht waait van noordoost naar zuidwest. Deze gordel is de passaatwinden, zo genoemd omdat ze ten tijde van zeilschepen goed waren voor de handel.
• in de lucht van de Ferrelcel moet het zuiden naar het noorden bewegen, maar de wind waait eigenlijk vanuit het zuidwesten. Deze gordel is de westenwind of westerlies. Waarom denk je dat een vlucht over de Verenigde Staten van San Francisco naar New York minder tijd kost dan de omgekeerde reis?
• in de poolcel komen de winden uit het noordoosten en worden ze de pooloosters genoemd

De windgordels zijn vernoemd naar de windrichtingen. De westenwind waait bijvoorbeeld van west naar Oost. Deze namen gelden ook voor de wind in de windgordels van het zuidelijk halfrond.

deze videolezing bespreekt het 3-celmodel van atmosferische circulatie en de resulterende globale windgordels en oppervlaktewindstromen (5a): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

globale winden en neerslag

naast hun effect op de Globale windgordels bepalen de hoge en lage drukgebieden die door de zes atmosferische circulatiecellen worden gecreëerd, in het algemeen de hoeveelheid neerslag die een gebied ontvangt. In lagedrukgebieden, waar lucht stijgt, komt regen vaak voor. In hoge druk gebieden veroorzaakt de zinkende lucht verdamping en het gebied is meestal droog. Meer specifieke klimaateffecten zullen worden beschreven in het hoofdstuk over klimaat.

polaire fronten en straalstromen

het polaire front is de verbinding tussen de Ferrell-en polaire cellen. Bij deze lage drukzone loopt de relatief warme, vochtige lucht van de Ferrell-cel in relatief koude, droge lucht van de polaire cel. Het weer waar deze twee elkaar ontmoeten is zeer variabel, typisch voor een groot deel van Noord-Amerika en Europa.

de polaire straalstroom wordt hoog in de atmosfeer gevonden waar de twee cellen samenkomen. Een straalstroom is een snelstromende rivier van lucht op de grens tussen de troposfeer en de stratosfeer. Straalstromen vormen zich waar er een groot temperatuurverschil is tussen twee luchtmassa ‘ s. Dit verklaart waarom de Polar jet stream ‘ s werelds krachtigste is (figuur hieronder).

straalstromen bewegen seizoensgebonden net zoals de hoek van de zon aan de hemel Noord en Zuid beweegt. De polar jet stream, bekend als “de jet stream,” beweegt Zuid in de winter en Noord in de zomer tussen ongeveer 30°NB en 50° tot 75 ° N.

lesoverzicht

• wind waait van hoge drukzones naar lage drukzones. De drukzones worden gecreëerd wanneer de lucht in de buurt van de grond warmer of kouder wordt dan de lucht in de buurt.
• lokale winden kunnen worden gevonden in een bergdal of in de buurt van een kust.
• de wereldwijde windpatronen zijn langdurige, gestage winden die rond een groot deel van de planeet heersen.
• de locatie van de mondiale windgordels heeft een grote invloed op het weer en het klimaat van een gebied.

beoordelingsvragen

1. teken een beeld van een convectiecel in de atmosfeer. Label de lage en hoge drukzones en waar de wind is.
2. onder welke omstandigheden zal de wind zeer sterk zijn?
3. gezien wat u weet over convectiecellen op wereldschaal, waar zou u naartoe reizen als u geïnteresseerd was in het ervaren van warme, overvloedige regen?
4. Beschrijf de atmosferische circulatie voor twee plaatsen waar u waarschijnlijk woestijnen zult vinden, en leg uit waarom deze gebieden relatief warm en droog zijn.
5. Hoe konden de Indiase moessonen in omvang worden verminderd? Welk effect zou een vermindering van deze belangrijke moessons hebben op dat deel van de wereld?
6. Waarom is de naam “snow eater” een passende beschrijving van Chinook winds?
7. waarom lijkt het corioliseffect de lucht met de klok mee te bewegen op het noordelijk halfrond? Wanneer veroorzaakt het corioliseffect dat lucht tegen de klok in lijkt te bewegen?
8. matrozen verwezen ooit naar een deel van de oceaan als de doldrums. Dit is een regio waar er vaak geen wind is, dus schepen zouden dagen of zelfs weken gekalmeerd worden. Waar denk je dat de doldrums kunnen zijn ten opzichte van de atmosferische circulatiecellen?
9. stel je voor dat de straalstroom verder naar het zuiden ligt dan normaal voor de zomer. Hoe is het weer in regio ‘ s net ten noorden van de straalstroom, in vergelijking met een normale zomer?
10. Geef een algemene beschrijving van hoe winden ontstaan.

verder lezen / aanvullende Links

• High And Low Pressure Systems animations, Bureau of Meteorology, Australian Government http://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml

Points to Consider

• Hoe beïnvloeden lokale winden het weer in een gebied?
• Hoe beïnvloeden de mondiale windgordels het klimaat in een gebied?
• Wat zijn de belangrijkste principes die bepalen hoe de atmosfeer circuleert?