De invloed van temperatuur op wind
De invloed van temperatuur op wind
Iemand die zomers bij windkracht 5 op een zeilboot zit, zul je niet horen klagen. Met een rif (het kleiner maken van de zeilen) in het zeil is het immers prima varen. Een fietser zal deze windsnelheden al een stuk minder prettig vinden. Tot op heden klinkt dit allemaal logisch. Maar wist u dat zowel de fietser als de zeiler bij een vrij krachtige wind in de winter harder moeten werken?
Het laatste deel van bovenstaande inleiding zal bij de meeste mensen zeer onlogisch klinken en vragen oproepen. Windkracht 5 blijft toch windkracht 5, ofwel een wind met snelheden van 29 tot en met 38 kilometer per uur? Dat klopt ook. Toch blijkt ook nu dat het weer een stukje complexer in elkaar zit. De temperaturen hebben namelijk invloed op de luchtdichtheid en daarmee wordt ook de uitwerking van de wind beïnvloed.
Het krachtenspel van wind in een vogelvlucht
Om het een en ander duidelijk voor u uit te leggen, beginnen we bij het begin. Wind ontstaat door de luchtdrukgradiëntkracht ofwel luchtdrukverschillen. Hierdoor treedt een luchtverplaatsing op van gebieden met een hoge luchtdruk naar lagedrukgebieden. Hoe groter het luchtdrukverschil of de luchtdrukgradiënt, des te sterker de wind.
Wind ontstaan door luchtdrukgradiënt (Fgrad) ofwel luchtdrukverschillen. Door de corioliskracht (Fcor) waait de wind echter niet rechtstreeks van hoog naar laag, maar is er op het noordelijk halfrond een afbuiging naar rechts. De wind (Vgrad) waait dan ook parallel aan de isobaren.
Aan het aardoppervlak wordt de lucht geremd. Deze kracht noemen we de wrijvingskracht (Fw). Boven land is dit effect groter dan boven zee. Door de wrijvingskracht buigt de wind iets af richting de kern van het lagedrukgebied.
Deze wind stroomt niet in een rechte lijn van hoge naar lage luchtdruk. Door de draaiing van de aarde komt er namelijk een tweede kracht om de hoek kijken: de corioliskracht. Hierdoor krijgt de wind op het noordelijk halfrond een afbuiging naar rechts en gaat deze parallel aan de isobaren (lijnen van gelijke luchtdruk) waaien.
Tot slot is er de wrijvingskracht. Aan de grond wordt de wind namelijk geremd door het (ruwe) aardoppervlak. Boven land is dit effect groter dan boven water. Hierdoor nemen zowel de wind als de corioliskracht af. Het gevolg is dat de wind iets afbuigt, richting de kern van het lagedrukgebied.
Rol van de temperatuur
In het zomerseizoen zijn de temperaturen hoger dan in de winter. Warme lucht heeft de eigenschap uit de zetten, terwijl koude lucht juist krimpt. Simpel gezegd kan je stellen dat koude lucht meer moleculen bevat en dus een grotere luchtdichtheid heeft dan warmere lucht.
De verklaring voor de sterkere wind bij lagere temperaturen zit hem in de luchtdichtheid. De kolom met warme lucht zet namelijk meer uit in de hoogte dan de kolom met koude lucht. Koude lucht bevat meer luchtdeeltjes dan warme lucht en dat verschil is in de wind goed te merken, ook al is de windsnelheid gelijk.
Dit betekent dat bij lagere temperaturen meer luchtdeeltjes zich verplaatsen dan bij hoge temperaturen. Al deze lucht oefent weerstand uit op de eerder genoemde fietser en op de zeilen van de zeilboot. Omdat deze deeltjes bij lagere temperaturen groter in aantal zijn, moeten de fietser en de zeiler dan ook harder werken. Ook al hebben de luchtdeeltjes dezelfde (wind)snelheid.
Versterkend effect boven water
Eerder in dit verhaal beschreven wij dat de wind boven water sterker is dan boven land. Dit heeft alles te maken met de wrijvingskracht. Maar er is meer. Boven het water kan het in de winter nog wat steviger waaien dan boven land. En in de zomer wordt de wind boven het water juist wat geremd.
Dit verschil wordt veroorzaakt door de temperatuur van het water. Als we de watertemperatuur vergelijken met de landtemperatuur, dan is die in de winter relatief hoog en in de zomer laag. Water is immers minder vatbaar voor temperatuurveranderingen dan een landoppervlak.
Bij een gelijke windkracht blijkt er bij hoge temperaturen namelijk minder wind te staan dan bij lage temperaturen. Foto: Wouter de Baar.
Stabiel en onstabiel
In de winter veroorzaakt dit relatief warme water een onstabiele opbouw van de atmosfeer. Door het water wordt de lucht boven het wateroppervlak namelijk iets opgewarmd. Deze warme lucht is lichter dan de koude lucht daarboven en stijgt daardoor op. In deze turbulente atmosfeer is er een uitwisseling met de hoger gelegen luchtlagen waar het door de afnemende wrijvingskracht sterker waait. In dergelijke situaties zal de wind boven het wateroppervlak dan ook toenemen.
In de zomer is het water juist koeler dan de lucht en heeft hierdoor een stabiliserende werking op de atmosfeer. De koude en zware lucht bevindt zich namelijk in de onderste luchtlagen, terwijl de warme en lichte lucht zich hoger in de atmosfeer bevindt. Hierdoor is de atmosfeer minder turbulent, waardoor het aan de grond dan ook minder hard waait.
Bron: Meteo Consult.
Iemand die zomers bij windkracht 5 op een zeilboot zit, zul je niet horen klagen. Met een rif (het kleiner maken van de zeilen) in het zeil is het immers prima varen. Een fietser zal deze windsnelheden al een stuk minder prettig vinden. Tot op heden klinkt dit allemaal logisch. Maar wist u dat zowel de fietser als de zeiler bij een vrij krachtige wind in de winter harder moeten werken?
Het laatste deel van bovenstaande inleiding zal bij de meeste mensen zeer onlogisch klinken en vragen oproepen. Windkracht 5 blijft toch windkracht 5, ofwel een wind met snelheden van 29 tot en met 38 kilometer per uur? Dat klopt ook. Toch blijkt ook nu dat het weer een stukje complexer in elkaar zit. De temperaturen hebben namelijk invloed op de luchtdichtheid en daarmee wordt ook de uitwerking van de wind beïnvloed.
Het krachtenspel van wind in een vogelvlucht
Om het een en ander duidelijk voor u uit te leggen, beginnen we bij het begin. Wind ontstaat door de luchtdrukgradiëntkracht ofwel luchtdrukverschillen. Hierdoor treedt een luchtverplaatsing op van gebieden met een hoge luchtdruk naar lagedrukgebieden. Hoe groter het luchtdrukverschil of de luchtdrukgradiënt, des te sterker de wind.
Wind ontstaan door luchtdrukgradiënt (Fgrad) ofwel luchtdrukverschillen. Door de corioliskracht (Fcor) waait de wind echter niet rechtstreeks van hoog naar laag, maar is er op het noordelijk halfrond een afbuiging naar rechts. De wind (Vgrad) waait dan ook parallel aan de isobaren.
Aan het aardoppervlak wordt de lucht geremd. Deze kracht noemen we de wrijvingskracht (Fw). Boven land is dit effect groter dan boven zee. Door de wrijvingskracht buigt de wind iets af richting de kern van het lagedrukgebied.
Deze wind stroomt niet in een rechte lijn van hoge naar lage luchtdruk. Door de draaiing van de aarde komt er namelijk een tweede kracht om de hoek kijken: de corioliskracht. Hierdoor krijgt de wind op het noordelijk halfrond een afbuiging naar rechts en gaat deze parallel aan de isobaren (lijnen van gelijke luchtdruk) waaien.
Tot slot is er de wrijvingskracht. Aan de grond wordt de wind namelijk geremd door het (ruwe) aardoppervlak. Boven land is dit effect groter dan boven water. Hierdoor nemen zowel de wind als de corioliskracht af. Het gevolg is dat de wind iets afbuigt, richting de kern van het lagedrukgebied.
Rol van de temperatuur
In het zomerseizoen zijn de temperaturen hoger dan in de winter. Warme lucht heeft de eigenschap uit de zetten, terwijl koude lucht juist krimpt. Simpel gezegd kan je stellen dat koude lucht meer moleculen bevat en dus een grotere luchtdichtheid heeft dan warmere lucht.
De verklaring voor de sterkere wind bij lagere temperaturen zit hem in de luchtdichtheid. De kolom met warme lucht zet namelijk meer uit in de hoogte dan de kolom met koude lucht. Koude lucht bevat meer luchtdeeltjes dan warme lucht en dat verschil is in de wind goed te merken, ook al is de windsnelheid gelijk.
Dit betekent dat bij lagere temperaturen meer luchtdeeltjes zich verplaatsen dan bij hoge temperaturen. Al deze lucht oefent weerstand uit op de eerder genoemde fietser en op de zeilen van de zeilboot. Omdat deze deeltjes bij lagere temperaturen groter in aantal zijn, moeten de fietser en de zeiler dan ook harder werken. Ook al hebben de luchtdeeltjes dezelfde (wind)snelheid.
Versterkend effect boven water
Eerder in dit verhaal beschreven wij dat de wind boven water sterker is dan boven land. Dit heeft alles te maken met de wrijvingskracht. Maar er is meer. Boven het water kan het in de winter nog wat steviger waaien dan boven land. En in de zomer wordt de wind boven het water juist wat geremd.
Dit verschil wordt veroorzaakt door de temperatuur van het water. Als we de watertemperatuur vergelijken met de landtemperatuur, dan is die in de winter relatief hoog en in de zomer laag. Water is immers minder vatbaar voor temperatuurveranderingen dan een landoppervlak.
Bij een gelijke windkracht blijkt er bij hoge temperaturen namelijk minder wind te staan dan bij lage temperaturen. Foto: Wouter de Baar.
Stabiel en onstabiel
In de winter veroorzaakt dit relatief warme water een onstabiele opbouw van de atmosfeer. Door het water wordt de lucht boven het wateroppervlak namelijk iets opgewarmd. Deze warme lucht is lichter dan de koude lucht daarboven en stijgt daardoor op. In deze turbulente atmosfeer is er een uitwisseling met de hoger gelegen luchtlagen waar het door de afnemende wrijvingskracht sterker waait. In dergelijke situaties zal de wind boven het wateroppervlak dan ook toenemen.
In de zomer is het water juist koeler dan de lucht en heeft hierdoor een stabiliserende werking op de atmosfeer. De koude en zware lucht bevindt zich namelijk in de onderste luchtlagen, terwijl de warme en lichte lucht zich hoger in de atmosfeer bevindt. Hierdoor is de atmosfeer minder turbulent, waardoor het aan de grond dan ook minder hard waait.
Bron: Meteo Consult.
