Hoofdstuk 5 van: Kees Floor: Weerkunde, Meteorologie
voor iedereen, Rijswijk 2004. Versie 3 januari
2009.
5.1 Verband tussen luchtdruk en wind
De wind is van grote invloed op het weer. Enerzijds voert hij van grote afstand
bijvoorbeeld warme of koude lucht naar onze omgeving, wat direct doorwerkt in
de hier gemeten temperatuur. Anderzijds drukt hij zijn stempel op de weersomstandigheden
op lokale schaal. Zo gaat bijvoorbeeld een stevige wind de nachtelijke afkoeling
tegen; ook kan de wind in de zomer heel wat stof en in winter heel wat sneeuw
doen opwaaien. In dit hoofdstuk wordt de rol van de wind besproken.
Wind is niets anders dan de stroming van de lucht. Wind ontstaat doordat de
lucht beweegt van plaatsen met hogere luchtdruk naar plaatsen met een lagere
luchtdruk; die luchtdrukverschillen zijn op hun beurt weer een gevolg van verschillen
in opwarming van het aardoppervlak, bijvoorbeeld tussen tropen en gematigde
breedten of poolstreken of tussen land en zee of oceaan.
|
|
De functie van de wind is om die luchtdrukverschillen ongedaan te maken. Vindt
de verplaatsing van de lucht over heel grote afstanden plaats, dan gaat ook
nog de draaiing van de aarde een rol spelen, zoals we in het hoofdstuk over
de algemene circulatie reeds zagen.
Het effect van die draaiing is dat de lucht die grote afstanden aflegt, zich
op het noordelijk halfrond rond een lagedrukgebied tegen de wijzers van de klok
in verplaatst en rond een hogedrukgebied met de wijzers van de klok mee; op
het zuidelijk halfrond is dit net andersom. De luchtstroming is ongeveer evenwijdig
aan de isobaren of maakt daar een kleine hoek mee. Daardoor stroomt de lucht
niet langer rechtstreeks van hoog naar laag en wordt de vereffening van de luchtdrukverschillen
bemoeilijkt. In het weerkaartjes is dit duidelijk te zien. In de figuur zijn
lijnen van gelijke luchtdruk (isobaren) weergegeven. Het kaartje toont een weersituatie
met een hoge- en een lagedrukgebied. De pijlen geven de stromingsrichting en
dus de richting waar de wind heen waait. De windrichting volgt min of meer de
richting van de isobaren; zonder het effect van de draaiing van de aarde zou
de wind loodrecht op de isobaren staan.
Luchtstroming rond hoge- en lagedrukgebieden.
|
Luchtstroming rond hoge- en lagedrukgebieden.
Door wrijving loopt de lucht niet helemaal evenwijdig aan de isobaren,
maar waait de lagedrukgebieden in en de hogedrukgebieden uit. Hogedrukgebieden:
H; lagedrukgebieden: L of B.
|
Als de lucht van de ene plaats naar de andere stroomt, wordt hij daarin bij
het aardoppervlak gehinderd door de ruwheid van het oppervlak; deze veroorzaakt
wrijving, 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 de figuur 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. In de figuur is dat met pijlen aangegeven.
In de volgende paragraaf gaan we wat dieper in op het verschijnsel wind; we
gebruiken daarbij onderwerpen uit de natuurkunde.
5.2 Wind, een krachtenspel
Wind is bewegende lucht; de beweging wordt bepaald door luchtdrukverschillen,
draaiing van de aarde en eventuele wrijving met het aardoppervlak. Uit de natuurkunde
is bekend dat er op voorwerpen die van richting of snelheid veranderen, een
of meer krachten moeten werken; bij stilstand of constante snelheid werken er
geen krachten of heffen de werkzame krachten elkaar op. Twee krachten kunnen
elkaar bijvoorbeeld opheffen als ze even groot zijn, maar precies tegengestelde
kanten opwijzen.
Voor lucht geldt hetzelfde als voor alle andere 'voorwerpen uit de natuurkunde'.
In dit geval zijn de volgende krachten van belang: de luchtdrukgradiëntkracht,
de corioliskracht en de wrijvingskracht. Als de lucht zich niet in een strakke,
rechtlijnige stroming bevindt, maar wordt meegevoerd in een slingerend stromingspatroon,
is er ook nog sprake van een middelpuntzoekende kracht.
- De luchtdrukgradiëntkracht.
Wanneer er over een bepaald gebied luchtdrukverschillen optreden, spreekt men
gewoonlijk van een luchtdrukgradiënt; de luchtdrukverschillen veroorzaken
een kracht die luchtdrukgradiëntkracht wordt genoemd. De luchtdrukgradiëntkracht
wijst van hoge druk naar lage druk. De luchtdrukgradiëntkracht brengt een
luchtmassa in beweging; de bewegingsrichting is in de richting van die kracht
en dus gericht naar de lagere druk.
Als de isobaren ver uit elkaar liggen,
staat er weinig wind (boven). Als de isobaren dicht op elkaar liggen,
waait het hard (onder).
|
Gaspard Gustave de Coriolis (1792 - 1843) |
Als alleen de gradiëntkracht op een luchtmassa werkzaam zou zijn dan zouden
alle aanwezige horizontale luchtdrukverschillen snel verdwijnen. Dit is echter
niet het geval doordat er nog een tweede kracht werkzaam is:
- De corioliskracht of afwijkende kracht van de aardrotatie.
Deze kracht wordt veroorzaakt door de draaiing van de aarde. Door de corioliskracht
krijgt de stroming een afbuiging, afhankelijk van de plaats op aarde en van
de windsnelheid: op het noordelijk halfrond is er een afbuiging naar rechts
(kijkend met de wind mee; kijk ook eens hier),
die groter is naarmate de plaats waar men zich bevindt verder van de evenaar
verwijderd is. Verder geldt dat naarmate de windsnelheid hoger is, de lucht
sterker afbuigt.
In eerste, overigens zeer goede, benadering stelt zich een evenwicht in tussen
de luchtdrukgradiëntkracht, die naar het lagedrukcentrum is gericht, en
de corioliskracht, die precies de tegenovergestelde kant op wijst. De wind die
dan waait noemen we geostrofische wind.
Een balletje rolt over een schijf en volgt het gele spoor. | Als de schijf draait, volgt het balletje niet langer het gele spoor, maar buigt naar rechts af. Klik op de afbeelding als de draaitafel niet (meer) draait. | Het balletje volgt ten opzichte van de niet draaiende achtergrond gewoon een rechte lijn (zwart). Klik op de afbeelding als de draaitafel niet (meer) draait. | Het valt niet mee elkaar op een draaimolen de bal toe te spelen. Klik op de afbeelding als de draaimolen niet (meer) draait. | Door de Corioliskracht waait de wind niet rechtstreeks van hoog naar laag, maar wijkt af naar rechts. |
Meer animaties Coriolis-effect
Evenwicht tussen de luchtdrukgradiëntkracht, die naar het lagedrukcentrum is gericht, en de corioliskracht, die precies de tegenovergestelde kant op wijst. De wind die dan waait noemen we geostrofische wind (boven). Door wrijving makt de 'echte wind' aan het aardoppervlak een hoek met de isobaren.
De luchtdrukgradiëntkracht en de corioliskracht zijn er altijd, ongeacht
de hoogte waarop de lucht beweegt. Voor een luchtstroming dicht bij het aardoppervlak
moeten we nog rekening houden met een derde kracht:
- De wrijvingskracht.
Nabij het aardoppervlak wordt de luchtstroming afgeremd door wrijving; deze
is afhankelijk van de ruwheid van het oppervlak. Een open vlakte of een polderlandschap
is niet zo ruw, een bosachtig of verstedelijkt gebied is zeer ruw. Door de wrijvingskracht
neemt de windsnelheid af; tegelijkertijd wordt daardoor de afbuiging als gevolg
van de corioliskracht minder en beweegt de stroming weer meer in de richting
van het lagedrukcentrum. Een factor die ook van invloed is op de wrijvingskracht,
- en dus op de windrichting en de windsnelheid, - is de mate van stabiliteit
van de atmosfeer: in een stabiele atmosfeer is de wrijving het grootst.
|
Zonder draaiing van de aarde zou de lucht
rechtstreeks bewegen van hogedrukgebieden naar lagedrukgebieden (pressure
gradient force only; bovenste keuze). Op een draaiende aarde beweegt de
lucht evenwijdig aan de isobaren, als er geen hinder wordt ondervonden van
het aardoppervlak (PGF and Coriolis force, middelste keuze). Door
wrijving met het aardoppervlak volgt de wind de isobaren niet exact, maar
maakt er een kleine hoek mee (PGF, Coriolis and friction; onderste
keuze). De lagedruk bevindt zich steeds aan de linkerkant (noordelijk halfrond). Rond een lagedrukgebied stroomt de lucht tegen de wijzers van de klok in, rond een hogedrukgebied met de wijzers van de klok mee. (groter) |
|
Invloed van de wrijving.
|
A. De gradiëntwind rond een hogedrukgebied
(real wind) is groter dan de geostrofische wind bij de gegeven isobarenafstand.
B. De gradiëntwind rond een lagedrukgebied (real wind) is kleiner dan de geostrofische wind bij de gegeven isobarenafstand. |
- De middelpuntzoekende kracht.
De luchtdrukgradiëntkracht en de corioliskracht zijn er altijd, ongeacht
het stromingspatroon. Volgt de lucht een gekromde baan dan is er nog een andere
kracht in het spel: de middelpuntzoekende kracht. Deze kracht doet de lucht
afwijken van zijn rechtlijnig pad en dwingt hem in een gekromde baan. Ook nu
geldt dat er zich in eerste instantie een evenwicht instelt. De middelpuntzoekende
kracht wijst steeds in de richting van het middelpunt van de cirkelbaan die
wordt gevolgd.
In de figuur hierboven (B) is dat middelpunt de kern van het lagedrukgebied;
middelpuntzoekende kracht en gradiëntkracht wijzen in dezelfde richting,
namelijk naar de lagedrukkern. De luchtdrukgradiëntkracht levert dus de
middelpuntzoekende kracht, al kan deze door 'tegenwerking' van de corioliskracht
niet volledig worden benut.
In de figuur hierboven (A) is het centrum van het hogedrukgebied het middelpunt
van de cirkelbaan; middelpuntzoekende kracht en corioliskracht wijzen in dezelfde
richting, namelijk naar de hogedrukkern toe. Daardoor levert in dit geval de
corioliskracht de voor een cirkelbeweging noodzakelijke middelpuntzoekende kracht,
al kan deze ditmaal door 'tegenwerking' van de gradiëntkracht niet volledig
worden benut.
Waait het rond een lagedrukgebied nu meer of minder dan rond een hogedrukgebied
als de luchtdrukgradiëntkracht, en dus de afstand tussen de isobaren, in
beide gevallen hetzelfde is? Het antwoord is: 'minder'; rond een hogedrukgebied
moet de corioliskracht namelijk de middelpuntzoekende kracht leveren, ondanks
tegenwerking van de luchtdrukgradiëntkracht; de corioliskracht is dan dus
groter dan de luchtdrukgradiëntkracht. Rond een lagedrukgebied is de corioliskracht
juist kleiner dan de luchtdrukgradiëntkracht. Gegeven was dat de luchtdrukgradiëntkracht
in beide gevallen dezelfde is, zodat bij de hogedruksituatie de grootste corioliskracht
hoort. Reeds eerder zagen we dat een grotere corioliskracht zich alleen kan
voordoen bij een grotere windsnelheid, dus rond het hogedrukgebied staat bij
gelijke isobarenafstand de meeste wind.
Desondanks koppelen we situaties met storm en veel wind gewoonlijk aan lagedrukgebieden.
Dat is terecht, want bij lagedrukgebieden kunnen zich veel grotere luchtdrukgradiënten
voordoen, zodat het daar tóch veel harder kan waaien.
De gradiëntwind rond een lagedrukgebied (real wind) is kleiner dan de geostrofische wind bij de gegeven isobarenafstand. (groter) | De gradiëntwind rond een hogedrukgebied (real wind) is groter dan de geostrofische wind bij de gegeven isobarenafstand. |
5.3
Samenhang weer en luchtdrukpatronen
In het voorgaande zagen we
dat wind wordt veroorzaakt door verschillen in luchtdruk. Deze luchtdrukverschillen
manifesteren zich vooral in de grote hoge- en lagedrukgebieden die het weerpatroon
in Europa - en daarmee het weer in Nederland - bepalen. Het verband tussen wind
en luchtdrukpatroon is duidelijk te zien als we naar een weerkaart kijken (onder
links):
Weerkaart met hoge- en lagedrukgebieden.De
isobaren zijn getekend om de 5 hPa.
|
Weerkaart van een zware winterstorm
(25 januari 1990). De isobaren zijn getekend
om de 4hPa.
|
Hierop zien we Europa en het aangrenzend deel van de Atlantische Oceaan; tevens zijn er om de 5 hPa isobaren ingetekend. We kunnen op zo'n weerkaart gebieden aanwijzen waar de luchtdruk relatief hoog is, terwijl boven andere gebieden de luchtdruk juist lager is. Op het kaartje zien we onder andere een hogedrukgebied boven Scandinavië; het veroorzaakt in onze omgeving noordoostelijke winden; de lucht stroomt namelijk met de wijzers van de klok mee rond het hogedrukgebied. Een noordoostelijke stroming transporteert 's winters koude, zogeheten continentale polaire lucht (zie het hoofdstuk over weersituaties) uit Siberië naar Nederland. Gevolg: koud weer en vorst. In de zomer mogen we in dit soort gevallen juist op zonnig en warm weer rekenen.
Ook een weerkaart als boven rechtskun je het hele jaar door tegenkomen,
hoewel de lagedrukgebieden in de zomer gewoonlijk minder diep zijn. Boven Schotland
ligt in dit geval een diepe depressie. De hogedrukgebieden liggen meer naar het
zuiden ter hoogte van de Middellandse Zee en de Azoren. Boven West-Europa staat
dan een zuidwestelijke stroming, waarmee vochtige, 's zomers koele en 's winters
zachte lucht wordt aangevoerd.
Het is dus belangrijk om te weten waar de hoge-
en lagedrukgebieden zich bevinden, omdat hieruit te verwachten is wat de wind
gaat doen en wat voor lucht hij zal aanvoeren.
5.4 Structuur van de wind
De meeste mensen zijn vooral geïnteresseerd in de wind vlak bij
het aardoppervlak en op een bepaalde plaats. Het gaat daarbij om de onderste tientallen
meters van de atmosfeer. In deze laag wordt de wind sterk beïnvloed door
de terreinomstandigheden en door kleinschalige meteorologische processen. Daardoor
vertoont de wind een grillig patroon.
We hebben allemaal wel eens gemerkt
dat de wind in buien sterk van snelheid en richting kan wisselen en dat ook de
aanwezigheid van bijvoorbeeld gebouwen of bomen de wind lokaal sterk beïnvloedt.
In de figuurhieronder links is een registratie van de wind weergegeven; onder
is de windsnelheid afgebeeld, boven de windrichting. Voor alle duidelijkheid:
de windrichting is de richting van waaruit de wind waait; bij noordenwind beweegt
de lucht dan ook van noord naar zuid. We zien dat de windsnelheid snelle variaties
vertoont, met fluctuaties in de orde van seconden tot minuten. Daarnaast vertonen
windrichting en windsnelheid ook een dagelijkse gang; zie hiervoor verder paragraaf
8.6.
Registratie van windrichting (boven)
en windsnelheid op een heldere dag;
de tijd loopt van 00 tot 20 uur. |
Plekken waar doorgaans
turbulenmtie optreedt.
|
Verloop van de wind met de hoogte,
zonder (links) en met obstakels.
|
5.4.1 Terreinomstandigheden
Wisselende
terreinomstandigheden worden veroorzaakt doordat obstakels die de luchtstroming
belemmeren, op de ene plaats talrijker zijn dan op de andere. Grote watervlakten,
zoals de Friese meren, zijn tamelijk glad, waardoor de lucht er ongehinderd overheen
kan stromen en de wind niets in de weg wordt gelegd. Een zandvlakte of grasvlakte,
zoals de IJsselmeerpolders, is een stuk minder glad dan een wateroppervlak; de
luchtstroming ondervindt daarvan al wat meer hinder, al is het effect nog maar
klein. Anders wordt het als er hier en daar verspreid struiken of bomen in het
terrein staan (bomen langs de wegen in polders). De wind moet daar dan over- en
omheen en dat gaat niet zo gemakkelijk: de luchtstroming wordt erdoor gehinderd.
Het terrein is een stuk 'ruwer' dan een grasvlakte of een wateroppervlak. Nog
lastiger wordt het als er geen sprake is van verspreide obstakels, maar als er
tamelijk veel bomen en struiken staan. Deze hebben dan bovendien vaak nog verschillende
afmetingen, zowel in hoogte als in breedte en lengte; denk bijvoorbeeld aan bomenrijke
gebieden (geen aaneengesloten bossen) in Noord-Brabant, Limburg en het oosten
van het land. De luchtstroming wordt daar sterk gehinderd en afgeremd. Ook de
richting van de door obstakels verstoorde luchtstroming varieert in dit tamelijk
ruwe terrein ten opzichte van de richting van de ongehinderde luchtstroming. Een
stuk grond met bebouwing, zoals in een dorp of stad of bos, hindert de luchtstroming
nog meer en is nog ruwer.
Zeer open landschap,
zoals links bij de Haringvlietdam of midden op de maasvlakte, is geschikt voor
plaatsing van windmolens. | ||
Tamelijk open landschap. | Tamelijk ruw landschap. |
Zeer ruw landschap |
De 'ruwheid' van het terrein is belangrijk voor het weer
op kleinere schaal. In de figuur rechts zijn vier klassen van ruwheid weergegeven,
namelijk erg glad (watervlakten, onbebouwd polderland), tamelijk glad (polderland
nabij wegen met bomen, her en der verspreide boerderijen), tamelijk ruw terrein
(bomenrijke omgeving, maar geen aaneengesloten bossen of verspreide bebouwing)
en erg ruw terrein (bos, stad). Voor elk van deze klassen is hiernaast een terrein geschetst dat als voorbeeld kan dienen. Bedenk wel dat er natuurlijk een geleidelijke overgang is van de ene ruwheidklasse naar de andere. |
|
5.5 Turbulentie
De wind gedraagt zich vrijwel altijd grillig: de luchtstroming is turbulent. Soms
zijn de fluctuaties sterk, dan weer zwak. Wervels met verschillende afmetingen
geven de wind een grillige karakter. De grootte van deze wervels varieert van
enkele millimeters tot tientallen of zelfs honderden meters. De snelheid waarmee
de wervels bewegen en ronddraaien, varieert sterk. Voor het belangrijkste gedeelte
worden die wervels veroorzaakt door de luchtstroming in samenhang met de ruwheid
van het terrein. Hoe ruwer het terrein, des te groter en grilliger de wervels
die ontstaan. Verder 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, hoe grilliger de wind.
Turbulentie komt niet alleen
voor dicht bij de grond, maar kan op allerlei hoogten in de atmosfeer een rol
spelen; daarom is het verschijnsel ook van belang voor de luchtvaart, zoals verderop
in dit hoofdstuk wordt beschreven.
Turbulentie
door windschering (toename van de wind met de hoogte. Bron: Comet. (groter). |
Turbulentie door ruwheid van het terrein
(mechanische turbulentie). Bron: Comet. (groter). |
Turbulentie bij stijg- en daalbewegingen
rond buien. Bron: Comet. (groter).
|
5.6 Windverandering met de hoogte
Dat er wervels ontstaan, waarin de wind voortdurend verandert in richting en sterkte,
is mede een gevolg van de verandering van de wind met de hoogte. Direct aan het
aardoppervlak beweegt de lucht niet; vlak erboven neemt de wind echter sterk toe
met de hoogte, doordat de invloed van de wrijving naar boven toe minder merkbaarwordt.
Dat geldt met name voor de onderste tientallen meters. De figuur toont het verloop
van de gemiddelde windsnelheid met de hoogte, het zogeheten 'windprofiel'. Een
obstakel, bijvoorbeeld een gebouw, beïnvloedt het windprofiel tot grotere
hoogte; in de figuur hieronder is dat schematisch weergegeven. Uit die figuur
is ook af te leiden dat er aan de voorkant van een obstakel een stuweffect plaats
vindt.
In de winter als er sneeuw ligt en het stevig waait, kan de wind de
sneeuw tegen obstakels blazen en daar ophopen. Ook wordt verse sneeuw door de
wervels steeds weer opgewaaid. Aan de achterkant van obstakels ontstaat een gebied
waar het minder waait, maar waar wel veel wervels voorkomen, zodat ook daar sneeuw
zich kan ophopen. Uit de figuur is te zien dat het gebied aan de lijzijde, waar
de wervels optreden, 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. Bij dwarswind op een snelweg waar bijvoorbeeld geluidsschermen staan, kan
dat goed merkbaar zijn. Als de schermen laag zijn, zal de rijstrook naast het
scherm waar de wind vandaan komt, weinig last ondervinden. Op de ander rijstrook
kunnen dan sterke vlagen optreden. Wervels treden ook op in luchtstromingen boven
de oceaan waarbij bergachtige eilanden als obstakel fungeren. Dat geeft geregeld
aanleiding tot schitterende wolkenpatronen.
Wind rond gebouwen; bovenaanzicht (links) en zijaanzicht.
5.7 Gemiddelde
wind
Uit het bovenstaande blijkt dat de wind vlak bij het aardoppervlak
vrijwel altijd fluctueert: de wind is vlagerig. Die vlagerigheid hangt sterk af
van de aard van het terrein, maar ook van de windsnelheid en de nabijheid van
eventuele buien. In het weerbericht wordt desondanks in het algemeen gesproken
over een bepaalde windrichting en een bepaalde windsterkte; daarbij wordt wel
een onderscheid gemaakt tussen de kustgebieden en het binnenland. Waarschuwingen
voor windstoten (windvlagen) worden apart vermeld. Daarbij vindt geen differentiatie
plaats naar de aard van het terrein.
De windrichting geeft de richting waar
de wind vandaan komt; ze wordt gewoonlijk opgegeven in kompasstreken (noord, oost,
zuid en west) en tussenstreken (noordoost, zuidoost, zuidwest en noordwest). Als
alternatief gelden graden ten opzichte van noord: noordenwind is dan 0 of 360
graden, oost 90 graden, zuid 180 graden enzovoort.
De vorm van de bomen in de Pettemer
duinen is bepaald door de overheersende windrichting.
|
Windroos met windstreken (links) en
richting in graden. Klik op de figuur voor een vergroting.
|
De windsnelheid wordt gemeten op tien
meter hoogte. Daar waait het harder dan dichter bij de grond. In de herfst
waaien de bladeren bovenin de boom daardoor eerder van de boom dan het
blad eronder.
|
De eenheid
voor de windsnelheid is m/s of km/uur; in de luchtvaart en de scheepvaart zijn
ook knopen (zeemijl per uur) gangbaar. Een veel voorkomende aanduiding is de windkracht
volgens de schaal van Beaufort; windkracht 7 in het weerbericht betekent kracht
7 op de beaufortschaal. Het verband tussen windsnelheden volgens de schaal van
Beaufort en de andere eenheden voor windsnelheid is gegeven in de tabel; tevens
is een omschrijving gegeven van het effect van de wind op de omgeving.
Bij
een winddraaiing worden vaak de termen ruimen en krimpen gebruikt. Bij ruimen
draait de wind met de wijzers van de klok mee, dus bijvoorbeeld van 180 naar 240
graden of van zuid naar zuidwest. Een krimpende wind draait tegen de wijzers van
de klok in, bijvoorbeeld van 90 naar 360 graden of van oost naar noord.
Schaal van Beaufort voor de windsnelheid, vertaald naar effecten op het aardoppervlak boven land.
Schaal van Beaufort voor de windsnelheid,
vertaald naar effecten op het zeeoppervlak. (groter).
|
Schaal van Beaufort voor de windsnelheid,
vertaald naar effecten op het aardoppervlak boven land. (groter).
|
Volgens de voorschriften van de WMO (Wereld Meteorologische
Organisatie) moet de wind op meteorologische stations gemeten worden op een
hoogte van 10 meter boven open terrein; hierin mogen geen obstakels voorkomen.
In het weerbericht wordt gewerkt met de over 10 minuten gemiddelde windsnelheid
die optreedt op een dergelijke locatie. De windsnelheid en windkracht volgens
de schaal van Beaufort hebben dus altijd betrekking op deze gemiddelde wind
op 10 meter hoogte in open terrein.
De waarnemingsposities van andere organisaties dan het KNMI voldoen niet altijd
aan de WMO-normen; dat geldt vooral voor de terreinomstandigheden.
Om de wind van het weerbericht te vergelijken met de wind op een willekeurige
meetpositie, zijn de volgende vuistregels goed bruikbaar:
- staat de windmeter in open terrein, dan is de gemeten wind vergelijkbaar
met die van het weerbericht.
- staat de windmeter in iets minder open terrein, dan is de gemeten wind ongeveer
15% lager dan die van het weerbericht.
- staat de windmeter in tamelijk ruw terrein, dan is de gemeten wind ongeveer
30% lager dan die van het weerbericht.
- wordt de wind 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 locatie
de wind op 10 meter hoogte geschat worden uit de wind van het weerbericht.
Men moet dan alleen de ruwheid van het terrein inschatten.
5.8 Windstoten
Relevanter nog
dan de wind op 10 meter hoogte is de wind op zo'n 1.5 meter. Daarbij zijn de windstoten
vaak nog veel bepalender dan de gemiddelde wind; ze veroorzaken de meeste schade
en overlast. Vooral bij zijwind zijn windstoten gevaarlijk voor het verkeer; ze
kunnen dan namelijk zo sterk zijn dat auto's 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, kunnen gevaarlijke
situaties ontstaan.
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 windrichting is in windstoten vaak iets meer geruimd dan de gemiddelde wind. Meer geruimd betekent bijvoorbeeld bij zuidwestenwind iets westelijker, bij een wind van 230 graden bijvoorbeeld 250 graden. 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, gemeten met een handwindvaan boven
het aardoppervlak te schatten met behulp van de gemiddelde wind uit het weerbericht:
- Uitgaande van wind uit het weerbericht of een volgens WMO-normen gemeten wind
kan de gemiddelde wind 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 wind
op stahoogte van open terrein naar ruwer terrein, geldt dat dat de wind 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.
Vlagerigheid van de wind. |
Windstoten tijdens buien, 7 juni 1997. |
5.9 Windstoten in buien
Naast de windvlagen die samenhangen met de turbulentie van de atmosfeer, zijn
er ook de windstoten tijdens regen-, hagel- en onweersbuien. In dergelijke buien
wordt lucht van grote hoogte, - waar het veelal harder waait dan aan de grond,
- abrupt en met grote snelheid naar beneden verplaatst. Die lucht van boven behoudt
zijn snelheid, zodat het vlak bij de grond plotseling kortdurend harder gaat waaien:
we spreken dan van een windstoot of windvlaag. Dergelijke windstoten hebben dus
niets te maken met de turbulentie in de atmosfeer ten gevolge van obstakels of
wrijving met het aardoppervlak. In de figuur is een registratie van zo'n windstoot
in een onweersbui weergegeven. Karakteristiek is dat tijdens de windstoot niet
alleen de gemiddelde wind toeneemt, maar ook de vlagerigheid. In de praktijk wordt
er in weerberichten gewaarschuwd voor windstoten of zware windstoten tijdens buien.
De windsnelheid bij windstoten wordt in weersverwachtingen opgegeven in km/uur;
de officiële meteingen (zoals de voorbeelden hiernaast) werken meestal met
m/s.
5.10 Wind en temperatuur
Terug naar de grond: daar heeft de wind 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 overdraagt, makkelijk
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 wordt toegevoerd.
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 makkelijk condensatie op zodat zich
dauw vormt en, - als de wind niet helemaal wegvalt, - tevens mist. In de hoofdstukken
over temperatuur en mistvorming wordt hierop nog nader ingegaan.