Isobaren en de windkracht – leer zelf de windsnelheid schatten van een weerkaart

Hoe wind ontstaat

Wind ontstaat door temperatuurverschillen van het aardoppervlak. De zon warmt het oppervlak op, maar dat gebeurt niet gelijkmatig. De relatief warmere lucht zet uit en wordt lichter dan de relatief koudere lucht. De dichtere, koelere lucht blijft dichterbij de grond door zijn hogere zwaartekracht. De warmere lucht wordt hierdoor omhoog geduwd (convectie). Aan de grond en in de atmosfeer spreidt de lucht horizontaal uit en dat voelen we als wind (advectie).

Lucht in de atmosfeer beweegt altijd van hoge druk naar lage druk. De drukverschillen vormen een kracht, de drukgradiëntkracht. Wanneer een drukverschil ontstaat boven een bepaald gebied, zorgt de drukgradiëntkracht ervoor dat de lucht over de isobaren beweegt. De isobaren zijn de lijnen van gelijke druk in de atmosfeer. De drukgradiëntkracht is sterker wanneer de isobaren dichter op elkaar liggen. Liggen de isobaren wijder uit elkaar, dan is de wind zwakker omdat het gradiënt van de luchtdruk kleiner is.

Het proces van convectie wordt in gang gezet door de zonnestraling dat het aardoppervlak verwarmt. Afbeelding aangepast van het boek Aviation Weather

De wind waait niet recht

De aarde wordt niet gelijkmatig verwarmd door de zon. Rond de evenaar komt de straling loodrecht binnen, maar in de poolgebieden is de invalhoek kleiner. Dit zorgt voor verschillen in de verdeling van energie en luchtdruk. Als de aarde niet zou roteren, zou de drukgradiëntkracht de enige kracht zijn die op de wind inwerkt. Koude lucht zou dan dalen bij de polen, en stijgen bij de evenaar. De wind aan het oppervlak zou rechtstreeks van de polen naar de evenaar waaien.

De draaiing van de aarde verstoort deze circulatie. De kracht die ontstaat heet de Corioliskracht. De wind krijgt hierdoor een afwijking (naar rechts op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond) en maakt een hoek op de isobaren. Zo kan het niet meer rechtstreeks van de evenaar naar de polen waaien, maar vormen er vaste gebieden waar de lucht stijgt en daalt. Dit zijn bijvoorbeeld de hogedrukgebieden rond 30°N en lagedrukgebieden rond 60°N. Ook geldt: hoe hoger de windsnelheid, hoe groter de Corioliskracht.

Krachtenevenwicht en de windsnelheid

Door de draaiing van de aarde maakt de wind een cirkelbeweging rondom hoge- en lagedrukgebieden. Bij een hogedrukgebied daalt de lucht en vloeit dat naar buiten uit, terwijl bij een lagedrukgebied de stijgbewegingen aan de grond aangevuld worden door indraaiende lucht. De isobaren maken een sterkere kromming naarmate je dichterbij een drukgebied komt. Naast de afstand tussen de isobaren, heeft ook deze kromming een effect op de windsnelheid.

Het evenwicht tussen de drukgradiëntkracht en de Corioliskracht bepaalt de windsnelheid. Bij rechte isobaren zijn deze in evenwicht en is de netto kracht nul. Bij gekromde isobaren is er een versnelling naar binnen (de kern van het drukgebied). De drukgradiëntkracht is dan groter dan de Corioliskracht en daardoor ligt de windsnelheid lager.

In de afbeelding hieronder zijn de krachten en windbewegingen samengevat.

De drukgradiëntkracht vormt van hoge naar lage druk, terwijl de Corioliskracht de wind een afwijking naar rechts geeft. Rondom een lagedrukgebied cirkelt de wind tegen de klok in naar de kern van het drukgebied toe.