Hoe ontstaat wind?

Wat is wind eigenlijk? En hoe maak je een windverwachting?

Het is vandaag een windrijke dag, met op veel plaatsen aan de kust een stormachtige wind (kracht 8). Een storm is het niet geworden, daarvoor hebben we een uur lang een gemiddelde windkracht 9 nodig. Op 28 oktober gingen we daar ruim overheen met 11 Beaufort en tijdelijk zelfs 12 Beaufort, 5 december ging de boeken in als de “Sinterklaasstorm” en ook de dag voor kerst stond er wederom een windkracht 9. Nederland is de afgelopen maanden rijk bedeeld wat het aantal stormen betreft. Wat lokt zo’n forse wind nou eigenlijk uit? Hoe kan het dat het soms hard waait? Om deze vragen te beantwoorden, moeten we eerst terug naar de basis. 

Wat is wind?

Wat is wind eigenlijk? Je kunt het niet vastpakken, maar je ziet het wel terug in de beweging van bomen, je voelt het als een soort van druk tegen je lichaam als je tegen de wind in fietst. En druk is nou precies waar het allemaal om draait: wind is lucht die vanwege drukverschillen, beweegt van de ene naar de andere plek. Maar waarom heffen deze drukverschillen elkaar niet gewoon op? Hoe kan het dat het soms windstil is, en waarom staat er juist bij buien vaak zo’n vlagerige wind?

Wind is bewegende lucht, maar de grote vraag is natuurlijk hoe het kan dat de lucht beweegt? Om hier een antwoord op te geven, kijken we naar de aansturende kracht van wind. Misschien verrassend: dat is de zon. De instraling van de zon veroorzaakt grote verschillen op aarde, omdat de instraling vanwege de stand van de aarde nou eenmaal groter is rond de evenaar dan op de polen. Laten we eens even de wereld in 3D zien. Laten we bijvoorbeeld een land met een ligging op de evenaar nemen. Boven Kenia hangt een hoeveelheid lucht. Als we die luchtkolom vergelijken met de luchtkolom boven de Noordpool, dan is het duidelijk dat de lucht boven Kenia warmer is. Luchtmoleculen die warmer zijn, bewegen meer dan koudere luchtdeeltjes. Daardoor heeft een luchtdeeltje met een hogere temperatuur meer ruimte nodig dan een kouder luchtdeeltje, want dat heeft minder “ruimte” nodig. Een luchtkolom met evenzoveel luchtdeeltjes boven Kenia is dus wat hoger, dan een luchtkolom met evenzoveel deeltjes boven de Noordpool. Als je een lijn op bv. 8 kilometer hoogte legt boven Kenia en boven de Noordpool dan zitten daar in Kenia meer luchtdeeltjes boven dan op de Noordpool. Dat verschil blijft altijd bestaan aangezien het aangestuurd wordt door de instraling van de zon.

Hoe ontstaat wind?
De grootste instraling van de zon vindt plaats in de tropen. Warme luchtdeeltjes stijgen op, waardoor de luchtdruk daalt boven de evenaar. Dit zien we ook terug in de verdeling van lage- en hogedrukgebieden op aarde, op de evenaar zijn bijna altijd lagedrukgebieden aanwezig. Lucht verplaatst zich van hoge druk naar lage druk en komt zo dus in beweging. Het plaatje hiernaast geeft de gemiddelde drukverdeling weer op aarde. Hier zien we dat de lucht in de buurt van de evenaar richting de evenaar waait vanwege het verschil in druk. Echter, de windrichting is niet direct van hoge druk naar lage druk, er zit een soort van bocht in de windrichting. Die wordt veroorzaakt door de draaiing van de aarde en we noemen dit het Corioliseffect. Als je je van zuid naar noord beweegt, is er een kracht vanaf de zijkant, omdat de aarde draait. Stel je maar eens voor hoe het zou zijn om een poppetje op de wereldbol van de evenaar naar de Noordpool te laten lopen, terwijl de wereldbol langzaam draait. Het poppetje moet dan voor elke afstand die hij aflegt naar het noorden ook een stap naar het westen zetten wil hij in 1 lijn blijven lopen. De invloed van het Corioliseffect is heel goed terug te zien in de wolken rondom een lagedrukgebied. Door deze kracht draait de wind tegen de klok in rondom een lagedrukgebied, mits je je op het noordelijk halfrond bevindt. Op het zuidelijk halfrond is dat namelijk precies andersom.

Van grote schaal naar kleine schaal
We hebben het nu gehad over de globale windrichtingen. Hoe zit het met de stormen, we hebben we er immers al drie gehad in Nederland dit jaar. Vaak is de wind soms vlagerig met windstoten, dat zagen we vanochtend ook met uitschieters tot 90 kilometer per uur aan de kust (zie het kaartje hiernaast). Maar waarom waait het altijd meer aan de kust? Waarom is het moeilijk om het piekpunt van de wind te verwachten? Dit zijn vragen waar we bij Meteo Consult vaak mee bezig zijn. Het is belangrijk bij een storm om exact te kunnen verwachten wanneer de windsnelheid op zijn toppunt zit, en hoe zwaar de windstoten zullen zijn. Hoe doen we dit?

Windsnelheid
Het verschil in luchtdruk is direct gerelateerd aan de windsnelheid. Een twee keer zo groot verschil in drukgradiënt betekent theoretisch gezien een twee keer zo harde wind. Dat wordt de theoretische wind genoemd. Iets wat ook heel belangrijk is voor de snelheid is reliëf in het landschap dat voor weerstand zorgt. De zee is, afgezien van golven, bijna “plat” en daardoor kan de wind redelijk goed doorstromen. Boven land is er echter meer wrijving, gebouwen en bossen blokkeren de luchtstroom. Dit alles heeft een remmende invloed op de windsnelheid.
De theoretische wind wordt berekend op basis van de luchtdrukverschillen. Boven zee kun je stellen dat de windsnelheid ongeveer 70% van de theoretische snelheid bedraagt. Boven land ligt dit aan het landschap, maar daar ligt de snelheid tussen 30 en 70% van de theoretische wind. De windrichting heeft ook grote invloed. Een curve in een luchtdruklijn verlaagt de windsnelheid, want het kost energie om de wind in ‘zijn spoor te houden’. In het plaatje hiernaast is te zien hoe de druklijnen deze ochtend dichter bij elkaar liggen dan vanmiddag. Hier kunnen we uit afleiden dat vanmiddag de wind dus iets gaat afnemen.

Windstoten
Lucht beweegt sneller op grote hoogte dan aan de grond. Wat gebeurt er als de grotere windsnelheden op een aantal kilometers hoogte de aarde kunnen bereiken? Dit gebeurt in het geval van een bui die in een onstabiele atmosfeer tot grote hoogte kan doorstijgen. We gaan hier niet precies in op wat er in een bui gebeurt wat de wind betreft, maar het volstaat om te weten dat er in een buienwolk verticale stijg- en daalstromen plaatsvinden. Hierdoor worden de windsnelheden boven in de bui omlaag getransporteerd met de neerslag mee tot deze op de grond valt. Bij de passage van buien kan de wind daardoor soms heel vlagerig aanvoelen. Af en toe zitten er zelfs zeer zware windstoten bij, zoals de windstoot van 152 kilometer per uur op Lauwersoog bij de storm op 28 oktober dit jaar. Het plotselinge verschil in windsterkte is vaak de grootste oorzaak van schade bij stormen. De zwaarste windstoten worden in het algemeen dan ook verwacht bij buien.
Een storing ligt op de grens van twee luchtsoorten. Verschil in temperatuur veroorzaakt drukverschil, en net na het moment van de frontpassage, is de drukverandering dan vaak ook het grootst. Voor het front uit daalt de druk bijvoorbeeld en na de passage stijgt deze ineens. Dit noemen we een stijgklap en juist op die plek ligt de grootste windsnelheid.

Uittesten?
Mocht het dus binnenkort weer flink gaan waaien, kijk dan maar eens met radarbeelden en een windmeter op welk moment de grootste windsnelheden worden gemeten. Als u geen windmeter heeft, kunt u ook de data gebruiken die op onze website staan. Elke 10 minuten komen metingen van onze weerstations binnen op http://www.weer.nl/10-minuten-waarnemingen.html Klik hier op een weerstation bij u in de buurt en kijk naar de derde grafiek. Grote kans dat de hoogste windstoten (groene lijn) gemeten worden op het moment van een buienpassage!

Bron: Meteo Consult