Weerkunde - Hoofdstuk 6: De algemene circulatie

• natuurkunde
• HBO
• Studiejaar 3

Weerkunde - Hoofdstuk 6

Bijeenkomst 4 | 2023-2024
Vakdidactiek | Voltijd & deeltijd
Jelle Jagtenberg | Anne Hazenberg

Leerdoelen

De student kan: 

• de algemene circulatie beschrijven en hier contextvoorbeelden van geven (weten);

• de subtropische en polaire straalstroom beschrijven en hier contextvoorbeelden van geven (weten);

 

Herhaling

Oefenopgave 1

a) Maak een schets van de algemene windcirculatie op aarde. 

b) Bekijk het filmpje op de volgende dia en vul je tekening aan.  

1. Wat verstaan we onder de algemene circulatie?

Gebruik de woorden: grootschalige luchtverplaatsing, warmtetransport, lagere breedten en hogere breedten.

Luchtcirculatie

Algemene luchtcirculatie vergelijkbaar met zeewind- en landwindcirculaties. 

2. Beschrijf het figuur hiernaast in eigen woorden.

Probeer de volgende begrippen in je beschrijving te gebruiken: temperatuur, koude lucht, warme lucht, drukvlak, helling, stroming, thermische hoge- en lagedrukgebieden.

https://www.noodweer.be/wat-zijn-drukniveaus-in-de-meteo-en-hoe-moeten-we-deze-interpreteren/

De luchtdruk is een belangrijke grootheid in de weerkunde, aangezien drukpatronen ons weerbeeld beïnvloeden. Omwille van dat feit worden meteorologische variabelen vaak weergegeven in functie van de luchtdruk. We beschouwen daarbij niet enkel het luchtdrukpatroon op zeeniveau maar evenzeer bekijken we atmosferische niveaus van constante druk op verschillende levels in de atmosfeer. We beschouwen daarbij in het bijzonder de hoogte van zo’n drukniveau of drukvlak.

Deze hoogte noemen we ook wel de “geopotentiaalhoogte” en van het patroon van de geopotentiaalhoogte kunnen we heel wat afleiden. Gebieden met een lage geopotentiaal komen overeen met een lage luchtdruk op dat niveau, gebieden met een hoge geopotentiaal komen overeen met hogere luchtdruk op een bepaald niveau. Een bepaald drukvlak komt steeds overeen met een bepaalde hoogte, maar die hoogte is ook afhankelijk van de temperatuur en luchtsoort van de luchtlaag.

Oefenopgave 2

Hoe zou de windcirculatie eruit zien als de aarde stil stond? 

a) Maak een schets van de algemene windcirculatie op aarde als de aarde stil zou staan. 

Leg je schets naast de schets van oefenopgave 1.

b)  Leg uit welke verschillen je verwacht te zien als de aarde wel draait? 

b) Bekijk het filmpje op de volgende dia en vul je tekening aan.  

3. Beschrijf het ontstaan van deze drie cellen in eigen woorden.

Circulatiecellen

Als gevolg van de relatief lage druk aan de evenaar ontstaat aan de grond een wind in de richting van de tropen en in de bovenlucht een wind vanuit de tropen naar hogere

breedten, zowel op het noordelijk als het zuidelijk halfrond.

Het is echter niet het geval dat er nu twee circulatiecellen ontstaan; ten gevolge van het behoud van

impulsmoment en het feit dat de aarde het snelst draait aan de evenaar, waait de lucht die van de evenaar komt met een hoge snelheid in oostelijke richting. Het gevolg is dat

er per halfrond niet één cel, maar drie cellen ontstaan.

Januari

Oefenopgave 3

a) Teken de richting van de wind bij de Hoge- en lagedrukkernen. 

ITCZ

De zone van lage druk in de tropen waar beide winden samenkomen, heet de intertropische convergentiezone (ITCZ).

Hiernaast zie je de gemiddelde luchtdrukverdeling in de maand januari.
a) Wat valt je op aan de richting van de wind om de hoge- en lagedrukkernen?
b) Hoe zie je de Hadleycellen terug op de kaart?
c) Wat voor weer verwacht je bij de tropen (ICTZ) en op 30 graden breedte?

Hiernaast zie je de gemiddelde luchtdrukverdeling in de maand juni.
Welke verschillen neem je waar t.o.v. de maand januari?

4. De ITCZ verplaatst zich gedurende het jaar. Leg dit aan de hand van de stand van de zon uit.

Windrichting

Oefenopgave 4

Leg uit welke windrichting je verwacht op het Noordelijk halfrond bij de volgende cellen: 

a) Hadleycel

b) Ferrelcel

c) Polaire cel

Hadleycellen

De (twee) cellen tussen de tropen en een breedte van ca. 30 graden heten de Hadleycellen. Ten gevolge van de draaiing
van de aarde worden deze winden afgebogen: op het noordelijk halfrond ontstaat zo aan het aardoppervlak een noordoostenwind en op het zuidelijk halfrond een
zuidoostenwind. Deze winden heten passaatwinden.

De Corioliskracht is

aan de evenaar zeer zwak, daarom waait de wind hier niet evenwijdig aan de isobaren. 

Ferrelcel

Op beide halfronden zijn er nog twee cellen; tussen ca. 30 graden en 60 graden is er de Ferrelcel waar de circulatie omgekeerd is aan die in de Hadleycel: hier stroomt de lucht aan de bodem juist van lagere naar hogere breedten; ten gevolge van de Corioliskracht geeft dit aanleiding tot westenwinden (met name boven zee-oppervlakken; in het zuidelijk halfrond waar op hogere breedten weinig land is, zijn de westenwinden overheersend).

In de Ferrelcel komt op het Noordelijk halfrond de wind op zeeniveau vanuit het zuiden en wordt naar rechts afgebogen door de corioliskracht --> westenwind. 

Op het Zuidelijk halfrond komt de wind op zeeniveau vanuit het Noorden en wordt naar links afgebogen door de corioliskracht --> westenwind

Polaire cel

Een derde cel is de polaire cel, waar de circulatie weer de richting heeft als bij de Hadleycel, echter wel veel minder uitgesproken en onregelmatiger.

Door verstoringen in de polaire cellen ontstaan harmonische golven in de atmosfeer, die Rossby-golven genoemd worden. Deze golven spelen een belangrijke rol in het bepalen van de straalstroom.

Isohypsen

• Op hoogtekaarten wordt meestal een drukvlak genomen, zoals 850, 700, 500, 300, … hPa
• In plaats van lijnen van gelijke luchtdruk (isobaren) hebben we dan lijnen van gelijke hoogte (isohypsen)
• De geostrofische wind waait evenwijdig aan de isohypsen met lage hoogten aan de linkerkant.

De H en L zijn nu in de bovenlucht. Dus bij 5080 m is een lage druk in de bovenlucht en een hoge druk op zeeniveau. 

500 hPa kaartje.
Wat valt je op?

500 hPa kaartje
Wat valt je op?

300 mb kaart.

 De kleur geeft de windsnelheid aan. 

1 knoop = 1,85 km/h. 

Bij de rode kleur zit de ​kern van straalstroom

Trog in de bovenlucht dikwijls boven koude lucht aan de grond met advectie van koude lucht ten W. en warme lucht ten O.

7. Wat verstaan we onder een straalstroom?

subtopische straalstroom --> behoud van impulsmoment + snelheidsvector in de x-richting. 

Polaire straalstroom --> grote drukgradiënt

De polaire straalstroom

Subtropische straalstroom

De ... bevindt zich boven het poolfront: de scheiding tussen koude polaire lucht en warme subtropische lucht

Wind vanaf de evenaar neemt zijn snelheid en impulsmoment mee naar hogere breedte (30 graden)
• De hoge snelheid komt doordat • (1) de aarde op hogere breedte langzamer draait • (2) de afstand tot de aardas op hogere breedte kleiner is.

De ... is een thermische wind. Boven het poolfront is er op grote hoogte een groot drukverschil.
Het maximum wordt bereikt net onder de tropopause.

Impulsmoment L=impuls*r=mvr

Straalstroom

Door de hoge windschering (lagen naast elkaar met verschillende snelheden, wrijven langs elkaar) langs de as van de straalstroom treedt turbulentie op.

Subtropische straalstroom

Wind vanaf de evenaar neemt zijn snelheid en impulsmoment mee naar hogere breedte (30o)

De hoge snelheid komt doordat

(1) de aarde op hogere breedte langzamer draait

(2) de afstand tot de aardas op hogere breedte kleiner is.

Wet van behoud van impulsmoment: L=I*w

L=r*p (straal maar impuls) = r*m*v

Polaire straalstroom

De polaire straalstroom bevindt zich boven het poolfront: de scheiding tussen koude polaire lucht en warme subtropische lucht

Polaire straalstroom

De polaire straalstroom is een thermische wind. Boven het poolfront is er op grote hoogte een groot drukverschil.

Het maximum wordt bereikt net onder de tropopause.

De straalstroom

De straalstroom voert hogedrukgebieden en (frontale) depressies mee.

Meanderend patroon zorgt voor transport van warme lucht naar het noorden, koude lucht naar ​het zuiden. Zo beïnvloedt de ligging van de straalstroom (en Rossbygolven) het weer

 

Leerdoelen hfdst. 6

De student kan:

• de algemene circulatie beschrijven en hier contextvoorbeelden van geven (weten);

• de subtropische en polaire straalstroom beschrijven en hier contextvoorbeelden van geven (weten);

 

Planetaire of Rossby-golven

Rossbygolven zijn golven in de (hogere) atmosfeer die zijn verbonden met de straalstroom.

Rossbygolven hebben een golflengte van duizenden kilometers en bewegen zich met met lage snelheid voort (de snelheid hangt af van de golflengte)

Rossbygolven hebben een grote invloed op het weer vanwege de geassocieerde ligging van de straalstroom

8. Waardoor ontstaan Planetarie of Rossby-golven?

De achterliggende oorzaak van Rossbygolven is

(1) behoud van impulsmoment en(2) variatie van de Coriolisparameter (𝑓=2Ωsin(𝜙)) 

De straalstroom voert hogedrukgebieden en (frontale) depressies mee.

Meanderend patroon zorgt voor transport van warme lucht naar het noorden, koude lucht naar ​het zuiden. Zo beïnvloedt de ligging van de straalstroom (en Rossbygolven) het weer

De straalstroom is verbonden met hoge- en lagedrukgebieden