Interactie atmosfeer – hydrosfeer: weer en klimaat

Planeet Aarde, portret van een dynamische planeet

1. Interactie atmosfeer – hydrosfeer

1.1 De zon als motor voor de energie in de atmosfeer

• Reflectie + absorptie = ± 50%
• Omzetting in warmte = ± 50%
• Stralingsbalans
  • Warmtebalans
    • Instraling > uitstraling: 35° tot 90° N of S (warmteoverschot)
    • Instraling < uitstraling: 35°N tot 35°S (warmtetekort)
    • Herverdeling warmte door:
      • Luchtcirculatie (wind) (atmosfeer)
      • Zeestromen + waterkringloop (hydrosfeer)

1.1.1 Stralingsbalans en warmtebalans

1.1.2 Klimaatverandering

1.1.3 Factoren die de luchttemperatuur beïnvloeden

1.1.3.1 Culminatiehoogte als belangrijkste bepalende factor

• Invallende hoek bij zelfde lichtbundel zorgt voor variatie in:
  • beschenen oppervlak
  • traject door atmosfeer (lichtintensiteit)
  • warmteomzetting verschilt, dus ook de temperatuur
• Seizoenen worden bepaald door de hoek waaronder de zonnestralen invallen
• Hoe kleiner de culminatiehoek, hoe lager de temperatuur
• Hoe groter de culminatiehoek, hoe hoger de temperatuur

1.1.3.1 Andere veranderlijke oorzaken van temperatuurverschillen

• Lissabon, Brussel, Reykjavik
  • culminatiehoogte en breedteligging
  • Hoe verder van de evenaar, hoe lager de zon aan de hemel (kleinere culminatiehoek)
  • Temperatuur daalt van evenaar richting de polen
• culminatiehoogte en seizoenen + tijdstip op de dag
  • Culminatiehoogte ‘s zomers groter dan ‘s winters
  • Culminatiehoogte ‘s middags groter dan ‘s morgens
  • Temperatuur hoger in zomer en ‘s middags
  • !! vertraging in opwarming

1.1.3.2 Andere plaatsgebonden oorzaken van temperatuurverschillen

• nog meer factoren spelen een rol
• Isothermen volgen niet strikt de breedtegraden
• Plaats, ligging, januari, juli, schommeling
  • Duinkerke (51°N 2°O): 4,1°C, 16,8°C, 12,7°C
  • Ukkel (51°N 4°O): 2,9°C, 18,3°C, 15,4°C
  • Keulen (51°N 7°O): 2,4°C, 18,4°C, 16°C
  • Kiew (50°N 30°O): -5,6°C, 19,3°C, 24,9°C
  • Charkow (50°N 36°O): -6,9°C, 20,3°C, 27,2°C
  • Oral (51°N 51°O): -13,4°C, 22,3°C, 35,7°C
  • ligging ten opzichte van zee/oceaan
    • Continentale gebieden
      • warme zomers
      • koude winters
      • licht snel omgezet in warmte
      • snelle uitstraling, weinig opslag
      • korte omzettijd
    • Maritieme gebieden
      • koele zomers
      • zachte winters
      • vertraagde afgifte, warmte langer vastgehouden
      • licht traag omgezet in warmte
      • lange omzettijd
• zeestromen
• hoogte
  • Hoe hoger, hoe kouder ($-0,6°C/100m$)
  • boomgrens
  • sneeuwgrens
• hellingsgraad en oriëntatie van hellingen
  • Zuidgerichte helling:
    • Boom- en sneeuwgrens ligt hoger dan op noordgerichte helling
    • Andere gewasteelt (druiven)
• bodem en vegetatie
  • T nat strand < T droog strand
  • T kalksteen < T asfalt
  • T bos < T open veld
  • Hangt af van albedo en vochtigheid

1.1.3.3 Andere veranderlijke oorzaken van temperatuurverschillen

• bewolking
  • milderend effect van wolken
• windrichting
  • westenwind
    • maritiem
  • noordenwind:
    • arctisch (zeer) koud
    • polair koud/koel
  • zuidenwind:
    • tropisch zacht (W) / warm (Z)
    • oostenwind
      • continentaal
      • W = zacht
      • Z = koel
      • W = koud
      • Z = warm
      • (W +Z) seizoensafhankelijk (W=winter, Z=zomer)

1.2 Warmtetransport in het oceaan-atmosfeersysteem: winden

1.2.1 Temperatuurverschillen veroorzaken luchtdrukverschillen

• Zwaartekracht trekt dampkring aan
• Luchtkolom oefent druk uit op aardoppervlak = luchtdruk
• Hogere druk = maximum of anticycloon
• Lagere druk = minimum of cyclonale storing of depressie
• H L
• isobaren = lijnen die plaatsen met zelfde luchtdruk verbinden
• koud H neerwaartse beweging
• warm L opwaartse beweging
• wind
• Temperatuurverschillen bepalen de verticale beweging van de lucht en dus de luchtdruk
• luchtdrukverschillen veroorzaken de wind
• circulatiecel

1.2.2 Windkracht en windrichting

• Kleine drukverschilkracht
• Grote drukverschilkracht
• Hoe dichter de isobaren dicht bij elkaar, hoe groter de drukverschilkracht en hoe groter de windsnelheid
• Zonder aardrotatie: wind waait recht van hoogste naar laagste druk (drukverschilkracht)
• Met aardrotatie: ook Corioliskracht speelt mee: afbuiging naar rechts (NH) of links (ZH)
  • drukverschilkracht + Corioliskracht (NH naar rechts) = resulterende kracht: wind snijdt isobaren onder hoek
  • wind vertrekt in wijzerzin van H en waait in tegenwijzerzin naar kern van L

1.2.3 Algemene luchtcirculatie op aarde

1.2.3.1 De eenvoudige kringloop

• Theoretisch circulatiemodel = 1 circulatiecel/halfrond
• Temperatuur, Luchtdruk, Drukgebied
  • koud, hoog, Polair maximum
  • warm, laag, Equatoriaal minimum
• Polair maximum = thermische drukgebieden
• drukgebieden bepaald door de heersende temperatuur

1.2.3.2 Het model met 3 kringlopen

• equatoriale stijgende lucht koelt af en beweegt richting noord of zuid
• bij 30° N/S zakt zwaardere lucht: subtropisch maximum
• subpolair minimum = dynamische drukgebieden
• drukgebieden bepaald door de beweging van luchtlagen
• luchtcirculatie op basis van 3 circulatiecellen
• koude poolwind botst met warme lucht van de KK bij 60° breedtegraad
• bij 60° N/S stijgt botsende warme lucht
• warme lucht stijgt
• afkoelende lucht daalt
• botsende lucht stijgt
• Afbuiging winden:
  • N-halfrond: naar rechts
  • Z-halfrond: naar links
• Hadley cel
• Ferrel cel
• Polaire cel
• koude lucht daalt
• NO-passaat
• ZO-passaat
• ZW-wind
• NW-wind
• NO-wind
• ZO-wind
• Intertropische Convergentiezone (ITC(Z))
• Frontzone

1.2.4 Van model naar realiteit

1.2.4.1 Verbrokkelen van de drukgordels

• geen drukgordels, maar drukkernen
• verschillende opwarming continent - oceaan

1.2.4.2 Verschuiving van de drukgordels

• januari
  • equatoriaal minimum en ITCZ liggen zuidelijker
  • Grotere invloed van drukkernen van subpolair minimum (IJslandminimum)
• juli
  • equatoriaal minimum en ITCZ liggen noordelijker
  • veroorzaakt door verschuiving in de zenitale zonnestand (januari – SKK / juli – KKK)
  • Grotere invloed van drukkernen van subtropisch maximum (Azorenmaximum)

1.2.4.3 De straalstroom

• Polaire straalstroom
• Subtropische straalstroom

1.3 Warmtetransport in het oceaan-atmosfeersysteem: zeestromen

1.3.1 Thermohaliene circulatie

• Herverdeling warmte door winden + waterkringloop
• zeestromen
  • windgedreven
  • dichtheidsgedreven
• door dichtheidsverschillen aangedreven globale zeestroming
• thermo = temperatuur
• halien = zoutgehalte
• Massadichtheid zeewater is grootst bij koud en zout water.
• diepwaterpomp
• opwelling
  • Koud en erg zout zeewater
• THC is erg belangrijk in de klimaatregulatie op aarde (herverdeling van warmte) en van groot belang voor het West-Europese klimaat.

1.3.2 Windgedreven zeestromingen

1.4 Temperatuurverschillen leiden tot neerslagverschillen

• Neerslagrijke gebieden: Lagedrukgebieden
• Drogere gebieden: Hogedrukgebieden
• Atlas: relatie drukgebieden en neerslag?

1.4.1 Condensatie – wolkenvorming – neerslag

• AV = hoeveelheid waterdamp in g/m3 lucht (T)
• T max LV
• RV (in %) = $\frac{AV \text{ bij } T}{\text{maximale } LV \text{ bij } T} \times 100$
• T waarbij RV = 100% = dauwpunt
• wolken + neerslag
• maximale hoeveelheid waterdamp bij T = condensatie (op condensatiekernen)
• RV > 100%
• RV = 100%
• RV < 100% (T > dauwpunt)
• Verdamping (T < dauwpunt)
• bij constante T: RV daalt
• stijgende lucht = L-drukgebied
• dalende lucht = H-drukgebied
• bij constante AV:
• Wat voor neerslag valt er?
  • sneeuw
  • ijsregen
  • ijzel
  • natte sneeuw
  • regen

1.4.2 Verband tussen drukzones en neerslagverdeling

• Neerslagrijke gebieden: Subpolair minimum, Equatoriaal minimum
• Drogere gebieden: Polair maximum, Subtropisch maximum
• Lagedrukgebieden: evenaar en 60° breedte
• Hogedrukgebieden: rond 30° breedte en de polen
• convectieregens:
  • intense opwarming en verdamping in evenaarsgebied ] warme vochtige lucht stijgt en koelt af ] condensatie en neerslag
  • Bij loodrechte zonnestand: zenitale regens
  • stijgende lucht koelt af, RV zal stijgen, wolkenvorming en neerslag
  • verschuift met de seizoenen
  • ITCZ verschuift mee en loopt niet recht
• stijgingsregens:
  • lucht wordt verplicht te stijgen aan de loefzijde van gebergtes
  • natte loefzijde
  • regen- schaduw
• frontale / cyclonale regens:
  • door botsing van warme en koude lucht waarbij warme lucht gedwongen wordt om te stijgen
• Verschuiving ITCZ zorgt voor ontstaan van moesson-systeem
  • Periodieke winden die om het half jaar 180° van richting veranderen en daardoor een andere luchtsoort aanvoeren (droog of nat)
  • Vooral merkbaar in Zuid- en Zuidoost-Azië (maar ook in o.a. Indonesië, N-Australië
  • Zomer-moesson: Regen- seizoen
  • Winter-moesson: Droog seizoen

2 Het West-Europese weer

2.1 Waarnemingen voor een weersverwachting

2.1.1 Waarnemingen uit de ruimte

• Geostationaire satellieten
  • ± 36 000 km hoogte
  • snijpunt nulmeridiaan – evenaar (0°N 0°E)
• Polaire satellieten

4.6 Waarnemingen voor een weersverwachting

4.6.1 Waarnemingen uit de ruimte

• reflectie van zonnestralen/licht
• detecteren T-verschillen
  • sterke reflectie (sneeuw – ijs – wolken)
  • weinig reflectie (oceaan – bos – land)
  • koudere opp (sneeuw – ijs – wolken)
  • warmere opp (land – water)
• IR
  • W = Z =
• VIS
  • zonnig?
  • bewolkt?
• Vb. B, L, NL, D, DK, E, P …
• Vb. IRL, GB, N, S, FIN, I, GR …
• Alpen / Pyreneeën?
  • besneeuwde toppen = grote reflectie

4.6.2 Van satellietbeeld naar weerkaart

4.6.3 Waarnemingen op aarde

4.7 Verschillende weersituaties in West-Europa

4.7.1 Het weer bij de doortocht van een frontale depressie

• warme lucht = lichter stijgt boven de koude lucht
• storing of front
• warme en koude lucht mengen niet makkelijk
• koudere lucht kruipt onder warmere lucht = koufront
• warmere lucht stijgt boven koudere lucht = warmtefront
• koufront beweegt sneller en haalt warmtefront in = occlusiefront
• warme sector
• doortocht warmtefront
  • warme lucht stijgt boven koude lucht
  • warme vochtige lucht koelt af
  • RV stijgt boven 100%
  • condensatie - wolkenvorming
  • neerslag (regen of motregen)
  • rustig front
• doortocht koufront
  • koude lucht kruipt onder warme lucht
  • warme vochtige lucht wordt snel omhoog geduwd en koelt af
  • RV stijgt, >100% - wolkenvorming
  • neerslag (hevig, onweer, hagel…)
  • onstuimig front
• doortocht occlusiefront
  • koufront beweegt sneller dan warmtefront
  • warme sector wordt kleiner
  • koude lucht achter koufront ontmoet koelere lucht voor warmtefront
  • lucht warme sector wordt omhoog geduwd en koelt snel af
  • condensatie - wolkenvorming
  • Hevige en/of langdurige neerslag als front blijft hangen