Hoofdstuk 3: Wind.

3.1 Inleiding De wind is van grote invloed op het weer: hij transporteert niet alleen lucht over enorme afstanden, maar drukt tevens zijn stempel op lokale schaal. Zo gaat bijvoorbeeld een stevige wind de nachtelijke afkoeling tegen; ook kan de wind in de winter heel wat sneeuw doen opwaaien of bij strooiacties de plaats waar het zout terecht komt beïnvloeden. In dit hoofdstuk wordt de rol van de wind besproken.

3.2 Wat is wind?
Wind is niets anders dan de stroming van de lucht. Wind ontstaat doordat de lucht van plaatsen met hogere luchtdruk naar plaatsen met een lagere luchtdruk beweegt. Deze luchtdrukverschillen zijn op hun beurt weer een gevolg van verschillen in opwarming (voornamelijk door de zonnestraling) of afkoeling. Vindt de verplaatsing van de lucht over heel grote afstanden plaats, dan gaat ook nog de draaiing van de aarde een rol spelen. Het effect ervan werd al in 1857 door Buys Ballot geformuleerd: 'Staat men op het noordelijk halfrond met de rug naar de wind toe, dan heeft men de laagste druk aan de linkerhand. Op het zuidelijk halfrond vindt men de laagste druk aan de rechterhand'. Anders gezegd: door de draaiing van de aarde beweegt de lucht niet rechtstreeks van hoge naar lage druk, maar buigt zij naar rechts af. (op het noordelijk halfrond). Het gevolg is dat de lucht zich rond een lage-drukgebied tegen de wijzers van de klok in verplaatst en rond een hoge-drukgebied met de wijzers van de klok mee; de luchtstroming is ongeveer evenwijdig aan de isobaren.

Figuur: Isobaren en richting van de luchtstroming. De luchtstroming is ongeveer evenwijdig aan de isobaren. De wind waait met de wijzers van de klok mee rond een hogedrukgebied.	Figuur: Isobaren en richting van de luchtstroming. Door wrijving met het aardoppervlak volgt de wind de isobaren niet exact, maar maakt er een kleine hoek mee. De wind waait tegen de wijzers van de klok in rond een lagedrukgebied.
In de weerkaartje zijn lijnen van gelijke luchtdruk (isobaren) weergegeven. De kaartjes tonen een weersituatie met hoge- en lage-drukgebieden. De pijlen geven de stromingsrichting en dus de richting waar de wind heen waait. Als de lucht van de ene plaats naar de andere stroomt, wordt ze daarin gehinderd door de ruwheid van het aardoppervlak; dit veroorzaakt een wrijvingskracht, die de luchtstroming afremt en doet afbuigen. Het gevolg is dat de lucht niet precies evenwijdig aan de isobaren stroomt, maar enigszins naar de lage druk toe. De windrichting maakt een hoek met de richting van de isobaren. In defiguur hiernaast geven de pijlen de werkelijke luchtstroming vlak bij het aardoppervlak weer. Door de wrijving is de wind nu toch enigszins van hoge naar lage druk gericht. We zien uit de figuur ook dat de lucht uit het centrum van het hoge-drukgebied wegstroomt en naar het centrum van het lage-drukgebied toe.
3.3 Samenhang met weerpatronen Wind wordt veroorzaakt door verschillen in luchtdruk. Deze luchtdrukverschillen hangen vooral samen met de grote hoge- en lage-drukgebieden die het weerpatroon in Europa - en daarmee het weer in Nederland - bepalen. Het kaartje hiernaast is een voorbeeld van een typische wintersituatie. Een hoge-drukgebied boven Scandinavië veroorzaakt in onze omgeving (noord-)oostelijke winden; de lucht stroomt namelijk met de wijzers van de klok mee rond het hoge-drukgebied. De noordoostelijke stroming transporteert koude, zogeheten continentale polaire lucht (zie hoofdstuk 2: weersituaties) uit Siberië naar Nederland. Gevolg: koud weer met vorst.

3.5 Turbulentie De wind vertoont altijd een dergelijk fluctuerend gedrag: de luchtstroming is turbulent. Soms zijn de fluctuaties heel sterk, dan weer heel zwak. In de atmosfeer komen namelijk wervels voor met verschillende afmetingen, die de wind dat grillige karakter geven. De grootte van deze wervels varieert van enkele millimeters tot tientallen of honderden meters. Ook de snelheid waarmee de wervels bewegen en ronddraaien varieert sterk. Voor het belangrijkste gedeelte worden die wervels veroorzaakt door de luchtstroming zelf in samenhang met de ruwheid van het terrein waar de wind overheen waait (zie hoofdstuk 9, niet-meteorologische invloeden op het weer). Daarbij is een terrein des te ruwer, naarmate er meer en hogere obstakels staan, die ook nog behoorlijk verspreid zijn. Een grasoppervlak is tamelijk glad; een gebied met verspreide bomen en struiken die ook weer niet al te aaneengesloten op elkaar staan, erg ruw. Een terrein met hoge gebouwen, is eveneens erg ruw. Hoe ruwer het terrein, des te groter en grilliger de wervels die ontstaan. Daarnaast kan de turbulentie van de wind nog in de hand worden gewerkt door plaatselijk sterk wisselende temperaturen. Hoe sterker de temperatuurverschillen over korte afstand zijn, des te grilliger is de wind.

Een obstakel beïnvloedt het hele windprofiel tot op wat grotere hoogte; in de figuur hieronder is dat schematisch weergegeven. Uit die figuur is ook duidelijk dat er aan de voorkant van een obstakel een stuweffect plaats vindt. Dat is in de winter goed te zien als er sneeuw ligt. Als het stevig waait, zal de wind de sneeuw tegen obstakels blazen en de sneeuw hoopt zich op. Ook wordt de sneeuw door de wervels steeds weer opgewaaid. Aan de achterkant ontstaat een gebied waar het minder waait, maar waar wel veel wervels voorkomen. Ook daar kan sneeuw zich ophopen. Uit de figuur is ook te zien dat het gebied achter het obstakel, dat last heeft van de wervels, vrij groot is. In de praktijk kan de vuistregel gehanteerd worden dat de grootte van dat gebied ongeveer 15 keer de hoogte van het obstakel is. Een flat van 75 m hoog beïnvloedt de luchtstroming dus nog op een afstand van 1 km. Bij dwarswind op een snelweg waar bijvoorbeeld geluidsschermen staan, kan dat goed merkbaar zijn. Zo kan het gebeuren dat de ene rijstrook door beschutting tegen de wind weinig last van windstoten ondervindt, terwijl op de ander rijstrook dan sterke vlagen optreden.

Figuur: wind rond gebouwen; bovenaanzicht (boven) en zijaanzicht.

3.7 Gemiddelde wind
Uit het bovenstaande is duidelijk dat de wind vlak bij het aardoppervlak altijd fluctueert: de wind is vlagerig. Die vlagerigheid hangt sterk af van de aard van het terrein. In het weerbericht wordt in het algemeen gesproken over een bepaalde windsterkte, vaak gedifferentieerd naar binnenland en naar de kustgebieden. Als er reden toe is, wordt ook gewaarschuwd voor windstoten (windvlagen). Daarbij wordt niet gedifferentieerd naar de aard van het terrein. Volgens de voorschriften van de WMO (Wereld Meteorologische Organisatie) moet de wind op meteorologische stations gemeten worden op een hoogte van 10 meter boven een erg open terrein; hierin mogen dus geen obstakels voorkomen. In het weerbericht wordt gewerkt met de over 10 minuten gemiddelde windsnelheid. De windsnelheid en windkracht volgens de schaal van Beaufort hebben dus altijd betrekking op deze gemiddelde wind op 10 meter hoogte in open terrein! Op lokaties langs (snel)wegen wordt de wind eveneens op 10 meter hoogte gemeten. Deze wind (windrichting en windsnelheid) zit in het gladheidsmeldsysteem GMS. Het probleem is echter, dat de wind op deze lokaties vaak onder heel verschillende terreinomstandigheden gemeten wordt. Om de wind van het weerbericht te vergelijken met de GMS wind, kan men de volgende vuistregels hanteren:

• Staat de windmeter van het GMS in open terrein, dan is de GMS wind dezelfde als die van het weerbericht.
• Staat de windmeter van het GMS in iets minder open terrein, dan is de GMS wind ongeveer 15% lager dan die van het weerbericht.
• Staat de windmeter in tamelijk ruw terrein, dan is deze wind ongeveer 30% lager dan die van het weerbericht.
• Is de wind van het GMS gemeten in ruw terrein, dan is deze ongeveer 40% lager dan de wind uit het weerbericht.

Met behulp van deze vuistregels kan dus ook voor een willekeurige lokatie de snelheid de wind op 10 meter hoogte geschat worden uit de wind van het weerbericht. Men moet dan alleen de ruwheid inschatten, zoals besproken wordt in hoofdstuk 9 (niet-meteorologische factoren). Het gaat hierbij dus om de gemiddelde wind op 10 meter hoogte.

3.8 Windvlagen en verkeershinder
Voor het wegbeheer en verkeer is de wind op 10 meter hoogte wel van belang, maar veel belangrijker nog is de wind op verkeershoogte, zeg op zo'n 1.5 meter. Daarbij zijn de windstoten vaak nog veel belangrijker dan de gemiddelde wind op die hoogte. Zeker bij zijwind, als de wind loodrecht op de weg staat, zijn windstoten gevaarlijk; ze kunnen dan namelijk zo sterk zijn dat voertuigen uit de koers kunnen raken met alle gevolgen van dien. Ook worden voertuigen door zijwind als het ware iets opgetild, waardoor het wegcontact minder wordt. Doordat windstoten vaak voorkomen in situaties met neerslag (regen, hagel, sneeuw) en met teruglopend zicht, zijn de gevaren groot. Windstoten doen zich voor in twee situaties: bij storm en in buien. Windstoten in buien worden besproken in de volgende paragraaf; hier beperken we ons tot windvlagen tijdens stormsituaties. Ze worden veroorzaakt door de turbulentie van de wind. De sterkte van de windvlagen hangt enerzijds af van de ruwheid van het terrein, anderzijds van de gemiddelde windsnelheid. Hoe ruwer het terrein en hoe groter de gemiddelde windsnelheid, des te sterker zijn de windvlagen. Hier volgen een paar vuistregels om de sterkte van windstoten op 1.5 meter boven het wegdek te schatten met behulp van de gemiddelde wind uit het weerbericht (voor berekeningen wordt naar de literatuur verwezen):

• Uitgaande van wind uit het weerbericht of een volgens WMO-normen gemeten wind kan de gemiddelde verkeerswind op 1.5 meter hoogte geschat worden: die is in open terrein ruwweg 70% van de 10 meter wind.
• Voor het omrekenen van de gemiddelde verkeerswind op 1.5 meter hoogte van open terrein naar ruwer terrein, moeten we rekenen dat de verkeerswind sterker gereduceerd wordt naarmate het terrein ruwer is; in erg ruw terrein is die reductie ongeveer 50%.
• De windsnelheid in windvlagen is voor alle terreinomstandigheden ongeveer 10 tot 20 % hoger dan de wind uit het weerbericht.

3.9 Windstoten in buien Naast de windvlagen die samenhangen met de turbulentie van de atmosfeer, zijn er ook de windstoten tijdens buien, vooral die met hagel of onweer. In dergelijke buien wordt lucht van grote hoogte plotseling naar beneden verplaatst, zodat de luchttemperatuur daalt; de wegdektemperatuur ondervindt hiervan bijna geen invloed. Die lucht van grote hoogte behoudt vrijwel zijn horizontale verplaatsingssnelheid, die veel groter is dan de windsnelheid vlak bij de grond. Er treedt daardoor een plotselinge toename van de wind op. Dergelijke windvlagen hebben dus niets te maken met de turbulentie van de atmosfeer. In figuur 3.5 is een registratie van zo'n windstoot in een onweersbui weergegeven. Opvallend is ook dat een dergelijke windstoot in het algemeen enkele minuten aan kan houden. Karakteristiek is dat tijdens de windstoot niet alleen de gemiddelde wind sterk toeneemt, maar ook de vlagerigheid. In de praktijk wordt er in weerberichten gewaarschuwd voor windstoten of zware windstoten tijdens onweersbuien.

Registratie van de windsnelheid met windstoten tijdens een bui.

3.10 wind en temperatuur
De wind heeft ook grote invloed op de temperatuur. De wind zorgt ervoor dat de lucht vlak bij het aardoppervlak goed gemengd wordt. Daardoor zal de warmte die de zonnestraling overdag aan het aardoppervlak achterlaat, gemakkelijk afgevoerd worden. In de nacht, als het aardoppervlak sterk afkoelt door uitstraling, zorgt de wind ervoor dat er warmte van de lucht naar het aardoppervlak toe gevoerd wordt. Daardoor wordt de nachtelijke afkoeling sterk tegengewerkt. Is er heel weinig wind, dan is dat effect er niet en kan het aardoppervlak wel sterk afkoelen. Het afkoelingsproces wordt nog bevorderd in een terrein met veel obstakels; deze remmen de wind namelijk sterk af! De wind veroorzaakt niet alleen een gelijkmatiger temperatuurverdeling. Hij doet hetzelfde met het vocht en zorgt ervoor dat dit over een dikkere laag verspreid wordt. Daardoor wordt bijvoorbeeld mistvorming tegengewerkt. Juist als er geen wind is, koelt het sterk af en blijft de vochtconcentratie bij het aardoppervlak hoog. Er treedt dan gemakkelijk condensatie en mist of dauw op. In de hoofdstukken 5 en 11, - 'mist' en 'neerslag en vocht bij de weg', wordt hierop nog nader ingegaan.