Weerkunde - Hoofdstuk 9: Verticaal evenwicht

• natuurkunde
• HBO
• Studiejaar 3

Weerkunde - Hoofdstuk 9

Bijeenkomst 6 | 2022-2023
Vakdidactiek | Voltijd & deeltijd
Jelle Jagtenberg | Anne Hazenberg

Leerdoelen - Hoofdstuk 9

Kennisdoelen:

Je kent de volgende vakinhoudelijke concepten en bent in staat eenvoudige opgaven te maken over:

 •    Verticaal evenwicht: stabiliteit en convectie.
•    Thermodynamische diagrammen

o Wat zie je?
o Wat denk je daarbij?
o Wat kun je je nu afvragen?

o Wat zie je?
o Wat denk je daarbij?
o Wat kun je je nu afvragen?

Krachtige stijg- en daalbewegingen

Teken het ontstaan van stapelwolken en buien.

Wolken

Stapelwolken (cumulus + comulonimbus) worden gevormd wanneer de atmosfeer onstabiel is (bijv. bij een koufront). 

Gelaagde wolken worden gevormd in een stabiele atmosfeer waarin de lucht gedwongen wordt te stijgen, bijvoorbeeld langs een warmtefront.

Convectie

Relatief warme lucht stijgt op

Lucht koelt af

Er vindt condensatie plaats

Waarom koelt de lucht af?

Wat gebeurt er als de temperatuur van het luchtpakketje hoger is dan de lucht van de omgeving?

Luchtpakketje

• Een luchtpakketje dat warmer is dan de omgeving stijgt,

een luchtpakketje dat koeler is dan de omgeving daalt

• Bij het stijgen koelt de lucht af, bij het dalen wordt de lucht verwarmd

• Bij benadering verloopt de stijging/daling adiabatisch omdat

er weinig tijd is voor warmte-uitwisseling met de omringende

lucht 

Welke omstandigheden zijn nodig om het stijgende luchtpakketje tot stilstand te brengen?

Adiabatisch temperatuurverval (droge lucht)

Adiabatisch temperatuurverval (verzadigde lucht)

Waarom koelt verzadigde lucht minder snel af dan onverzadigde lucht?

Stabiliteit

Stabiel --> luchtpakketje keert weer terug naar evenwichtspositie

Instabiel --> luchtpakketje gaat verder stijgen / dalen

Welke omstandigheden zijn nodig om het stijgende luchtpakketje tot stilstand te brengen in termen van γ, γ_d en γ_s?

Stel dat γ=-15℃/km en γ_d=-10℃/km. Wat gebeurt er met het luchtpakketje?

Voorwaardelijk instabiel komt het vaakst voor. 

Arceer de volgende gebieden:
- γ<γ_d (absoluut instabiel)
- γ_d<γ<γ_s (voorwaardelijk instabiel)
- γ>γ_s (voorwaardelijk stabiel)

yd is de droog-adiabatische temperatuurgradiënt van het luchtpakketje. 

ys is de verzadigde adiabatische temperatuurgradiënt van het luchtpakketje

y is de temperatuurgradiënt van de omgeving

Huiswerk 

Opgave 21

Leg met een berekening uit waarom de temperatuur aan de lijzijde hoger is dan aan de loefzijde.

Thermodynamisch diagram

De gestippelde lijn is het pad van een luchtpakketje dat opstijgt. 

De zwarte lijn is de temperatuurskromme van lucht. 

Bepaal γ, γ_d en γ_s

Thermodynamisch diagram

De lucht in de onderste 8 km is:

- absoluut instabiel

- absoluut stabiel

- voorwaardelijk instabiel

Thermodynamisch diagram

De lucht in de onderste 4 km is:

- stabiel

- instabiel

Thermodynamisch diagram

De lucht van 4 tot 9 km is:

- stabiel

- instabiel

Thermodynamisch diagram

De lucht is voorwaardelijk instabiel (γ=-8 ℃/km). 

De lucht is stabiel wanneer de lucht onverzadigd is, maar wordt instabiel zodra de lucht verzadigd is. 

Thermodynamisch diagram

Het niveau waarop de opstijgende lucht condenseert, noemen we het opheffingscondensatieniveau of OCN.

Leg uit waar het OCN zich in deze diagram bevindt. 

Thermodynamisch diagram

Op een hoogte van 2 km wordt het pakketje verzadigd --> OCN

Thermodynamisch diagram

Indien de lucht voorwaardelijk instabiel is, kan de gedwongen convectie na het bereiken van het niveau waar verzadiging optreedt overgaan in vrije convectie waardoor de lucht verder blijft stijgen. 

Dit niveau heet het niveau van vrije convectie (NVC). 

Let uit waar het NVC zich in deze diagram bevindt. 

In feite stijgt de luchtbel nog een beetje verder omdat deze inmiddels kinetische energie heeft opgebouwd. 

Antwoord

De isohume doortrekken tot deze lijn de doorgetrokken lijn snijdt. Daarna trek je de lijn terug met - 10 graden per Celsius en vooruit met -6 graden per Celsius

Huiswerk

Opgave 34 t/m 40

Huiswerk

19 t/m 21

Leerdoelen - Hoofdstuk 9

Kennisdoelen:

Je kent de volgende vakinhoudelijke concepten en bent in staat eenvoudige opgaven te maken over:

 •    Verticaal evenwicht: stabiliteit en convectie.
•    Thermodynamische diagrammen