Periode Aardrijkskunde 10e klas
Klimatologie Versie 2011-‐5
Fokko Hooijer Januari 2011
2
Inhoud Inleiding ................................................................................................................................................... 3 Praktische informatie .............................................................................................................................. 3 Hoe word je beoordeeld? ................................................................................................................... 3 Wat moet je kennen en kunnen? ........................................................................................................ 4 1 Benodigde voorkennis ...................................................................................................................... 6 1.1 Het grote geheel: systeem aarde ............................................................................................... 6 1.2 Breedteligging ............................................................................................................................ 6 1.3 Luchtstreken .............................................................................................................................. 6 2 Basisstof klimatologie ....................................................................................................................... 8 2.1 Ingewikkeldheid van het klimaatsysteem .................................................................................. 8 2.2 Wat is de atmosfeer? ................................................................................................................. 8 2.3 Het verschil tussen weer en klimaat .......................................................................................... 9 2.4 Energiebalans ............................................................................................................................ 9 3 Algemene kenmerken atmosfeer ................................................................................................... 11 3.1 De opbouw in de atmosfeer .................................................................................................... 11 3.2 Luchtdruk ................................................................................................................................. 12 3.3 De wet van Buijs Ballot ............................................................................................................ 13 3.4 De grote windsystemen op een ideale aarde .......................................................................... 13 3.5 Neerslag ................................................................................................................................... 14 3.6 Soorten neerslag ...................................................................................................................... 15 3.7 Hoge druk en lage druk ............................................................................................................ 16 3.8 Isobaren ................................................................................................................................... 18 3.8.1 Fronten Alleen HAVO/VWO .................................................................................................. 18 4 Algemene kenmerken hydrosfeer .................................................................................................. 19 4.1 De waterkringloop ................................................................................................................... 19 4.2 Warmtecapaciteit van oceanen ............................................................................................... 20 4.3 Zeestromen .............................................................................................................................. 20 5 Klimaatzones op de echte aarde ..................................................................................................... 22 5.1 Klimaatfactoren ....................................................................................................................... 22 5.2 Welk klimaat ligt waar? Het klimaatsysteem van Köppen ....................................................... 22 5.3 Klimaatgrafieken ...................................................................................................................... 25 Bibliografie ............................................................................................................................................ 26 Parcival College
Inleiding -‐ Hoe word je beoordeeld?
Inleiding In deze periode wordt gekeken naar het klimaat op aarde. Het klimaat is het gemiddelde weer over langere tijd op een bepaalde plaats. We gaan onderzoeken welke patronen we kunnen ontdekken op aarde en door welke processen de verschillen worden veroorzaakt. Specifiek kijken we naar stromen van lucht en water. In deze reader vindt je algemene informatie over de producten die je aan het einde van de periode in gaat leveren. Daarnaast vind je een planning en overzicht van de onderwerpen. De rest van de reader bevat alle periodestof, waar je aan het einde van de periode een toets krijgt.
Praktische informatie Hoe word je beoordeeld? Kijk in de tabel hieronder in welke categorie je valt, voor de manier waarop je beoordeeld wordt: VWO HAVO VMBO
Cijfer Gemiddelde van toets en schrift Gemiddelde van toets en schrift Gemiddelde van toets en schrift
Telt voor PTA ANW PTA ANW PTA NaSk
Parcival College
3
4
Wat moet je kennen en kunnen?
Je kunt… 1. Uitleggen dat wetenschappers onvoldoende kennis hebben om het weer te voorspellen, maar dat ze alleen een verwachting opstellen 2. Herkennen en opnoemen wat de vier sferen in de fysische geografie (atmosfeer, biosfeer, hydrosfeer, lithosfeer) zijn 3. Beschrijven welke functies de atmosfeer heeft 4. De vergelijking van de atmosfeer met een broeikas uitleggen 5. Opnoemen uit welke drie onderdelen een correct weerbericht bestaat (temp., neerslag en wind (richting en –kracht)) 6. De volgende termen toepassen: noordelijk halfrond, zuidelijk halfrond, breedtegraad, breedteligging, hoge breedte, lage breedte 7. Analyseren welk effect het albedo heeft op het klimaat 8. Beschrijven op welke breedte er een tekort en een overschot aan instraling is 9. Verklaren met behulp van de schuine aardas en de omwenteling om de zon hoe de seizoenen ontstaan 10. Inschatten wat de invloed is op de seizoenen van een nog schuinere aardas 11. De regentijd in de subtropen (bijv. 10 graden NB) kunnen relateren aan de wisseling van de seizoenen 12. Opnoemen welke eigenschappen de verschillende lagen in de atmosfeer hebben 13. In eigen woorden uitleggen wat luchtdruk is 14. Uitleggen, in een figuur tekenen en verklaren hoe de windstromingen 15. Herkennen en verklaren door welke stappen neerslag ontstaat 16. De stappen hoe neerslag ontstaat kunnen toepassen op een figuur of stukje tekst (als... dan... ) 17. De eerste twee manieren waardoor neerslag ontstaat kunnen herkennen, onderscheiden, beschrijven en verklaren 18. De Hadley Cell kunnen beschrijven en kunnen plaatsen op een kaart (waar gaat de lucht omhoog, waar daalt hij?) 19. Herkennen en noemen waar de loefzijde en de lijzijde van een gebergte ligt 20. Het verschillende neerslagpatroon bij stuwingsneerslag beschrijven en uitleggen 21. De wet van Buijs Ballot kunnen toepassen 22. Beschrijven waar de ‘vaste’ maxima en minima liggen op aarde 23. Uitleggen met behulp van Buys Ballot en H & L druk hoe de passaten ontstaan 24. De relatie verklaren tussen een hoge-‐ en lagedrukgebied en het weer wat ongeveer te verwachten is 25. Uitleggen wat een isobaar is. 26. De regel kunnen gebruiken dat hoe dichter de isobaren bij elkaar liggen, hoe harder het waait 27. Een tekening maken van een doorsnede van een lagedrukgebied en de volgende onderdelen benoemen: warmtefront, koufront, neerslag, buien, koude lucht, warme lucht 28. Voorspellen welk weer het is bij een bepaalde ligging van hoge-‐ en lagedrukgebieden 29. De waterkringloop kunnen beschrijven 30. Uitleggen waarom de Golfstroom voor ons zo belangrijk is en voorspellen wat er gebeurd als deze wegvalt 31. Verklaren waarom de thermohaliene circulatie blijft stromen 32. Bij een bepaalde plaats verklaren welke factor verantwoordelijk is voor het klimaat 33. Köppen kunnen toepassen op klimaatgrafieken (je krijgt de tabel onderaan erbij) 34. De relatie leggen tussen Köppen en de klimaatfactoren, de Hadley Cell en aan de verschuiving van seizoenen Parcival College
Praktische informatie -‐ Wat moet je kennen en kunnen?
Leerstof
Parcival College
5
6
1 Benodigde voorkennis 1.1 Het grote geheel: systeem aarde Het onderzoek naar het klimaat maakt deel uit van de fysische geografie (de wetenschap die de natuurlijke processen op aarde bestudeert). Met andere woorden zeggen we dat de fysische geografie de context is van de deelwetenschap klimatologie. De context van klimatologie is groter en bestaat uit de vier sferen. De vier sferen zijn de atmosfeer (lucht), de lithosfeer (gesteente), de hydrosfeer (water) en de biosfeer (leven). In de periode van de 9e klas hebben we de lithosfeer behandeld, terwijl we in deze periode gaan kijken naar de Figuur 1 De vier sferen atmosfeer en de hydrosfeer. De sferen bestaan uit veel elementen die veel onderlinge relaties met elkaar hebben. Zo zorgt wind (atmosfeer) voor golven in de oceanen (hydrosfeer) en voor luchtdrukverschillen tussen verschillende Atmosfeer plaatsen (atmosfeer). Lithosfeer Bio-‐ sfeer Hydrosfeer
Het systeem aarde bestaat verder uit een aantal kringlopen, die de sferen beïnvloeden. De bekendste is de waterkringloop. Hierbij verdampt water uit zeeën, meren en rivieren, uitplanten en via de neerslag, infiltratie en afstroming komt dit uiteindelijk weer in zee terug.
1.2
Breedteligging
Het is moeilijk om op een bol zoals de aarde precies aan te geven waar je precies woont. Daarom is de aarde wiskundig verdeeld in een soort raster van lengtegraden en breedtegraden. Op zowel het noordelijk halfrond als het zuidelijk halfrond verdeel je de afstand tussen de evenaar en de polen in 90 gelijke stukken. Elk stuk heet een breedtegraad. De evenaar is 0° NB (NoorderBreedte) en dit wordt lage breedte, terwijl de noordpool 90° NB is en hoge breedte genoemd wordt. Nederland ligt ongeveer op 53° NB. Vertikaal kan je de aarde op dezelfde manier in lengtegraden verdelen. (De Geo, 2003).
1.3 Luchtstreken De aarde maakt in één jaar een baan rond de zon. Daarnaast draait de aarde elke dag een keer rond zijn eigen as. Echter, de aardas staat niet helemaal vertikaal, maar staat scheef ten opzichte van de baan van de aarde. De schuine stand van de aardas in combinatie met de baan van de aarde om de zon, zorgt ervoor dat de loodrechte zonnestralen niet op de evenaar vallen, maar een eind erboven of een eind eronder (zie Figuur 2). Op 21 juni (onze langste dag) staat de zon loodrecht op 23½ ° NB. Een half jaar later, op 22 december staat de zon loodrecht op 23½° ZB. Op 21 maart en 22 september staat de zon loodrecht op de evenaar. Figuur 2 Stand van de aardas en de seizoenen en definitie van luchtstreken
Parcival College
Benodigde voorkennis -‐ Luchtstreken
In de poolstreken (zie Figuur 3) is het een bijzonder verhaal. Op de Noordpool blijft het op 21 juni 24 lang licht (midzomernacht), terwijl het op 22 december de hele dag donker is (poolnacht). Tussen het gebied tussen 23½ ° NB en 23½ ° ZB staat de zon tweemaal per jaar loodrecht. Die loodrechte stand beweegt zich namelijk heen en weer tussen deze breedtecirkels en daarom heten ze keerkringen (op NB de kreeftskeerkring, op ZB de steenbokskeerkring). Tussen de keerkringen is het altijd warm, daar liggen de tropen. (De Geo, 2003) Tenslotte blijft er een gebied over, waarin de temperatuur gematigd is: dit heet dan ook de gematigde zone. Figuur 3 De luchtstreken. De cijfers links geven de breedtegraden aan (De Geo, 2003)
Parcival College
7
8
2 Basisstof klimatologie 2.1 Ingewikkeldheid van het klimaatsysteem Heb je het ook wel eens gehad dat je op het weerbericht hoorde dat het zonnig weer zou worden en toch opeens een zware regenbui op je dak kreeg? Of dat het aan het strand toch een stuk koeler was dan je verwachtte? Wetenschappers proberen het weer zo goed mogelijk te voorspellen. Voorspellen is eigenlijk niet het goede woord: ze verwachten dat het weer morgen zonnig en droog zal zijn doordat meteorologen veel ervaring hebben, maar voorspellen met 100% zekerheid lukt ze niet. Ze kunnen zelfs maar een paar dagen vooruit kijken. Krachtige supercomputers rekenen ruim 9 uur aan de lange termijn verwachting voor het weerbericht! Ze proberen met alle gegevens een zo goed mogelijke weersverwachting te maken. Ook rond de opwarming van de aarde is nog heel veel onduidelijkheid, omdat zelfs de beste wetenschappers nog onvoldoende kennis hebben over hoe het komt dat het warmer wordt en welke processen het versterken of afzwakken. Daarom is het belangrijk dat je beseft dat je aan het einde van de periode beter zal snappen hoe het weer en het klimaat op aarde werkt, maar dat er tegelijk ook nog veel onduidelijk zal blijven. Figuur 4 De weersverwachting (hier: temperatuur) van meer dan drie dagen vooruit blijft altijd onzeker. Hoe breder de 'pluim' in de grafiek, hoe onzekerder de verwachting. (bron: http://www.knmi.nl/waarschuwingen_en_verwachtingen/ensemble.html)
2.2 Wat is de atmosfeer? De atmosfeer (of dampkring) is een dunne schil van lucht die om de aarde heen ligt. Zonder dampkring zou er geen leven mogelijk zijn en de aarde zou dan net zo levenloos zijn als de maan. De atmosfeer heeft verschillende functies: •
Schept voorwaarden voor leven: De gassen in de atmosfeer zorgen ervoor dat alle levende wezens kunnen leven: mensen en dieren ademen zuurstof (O2) in en planten nemen koolstofdioxide (CO2) op.
Parcival College
Basisstof klimatologie -‐ Het verschil tussen weer en klimaat Bescherming: Hij biedt een beschermende laag voor meteorieten en schadelijke straling uit het heelal. Bijvoorbeeld voor ultraviolette (UV) straling. Temperatuurregelaar: De atmosfeer zorgt voor een aangename temperatuur voor de mens. Zonder de atmosfeer zou de temperatuur op aarde overdag +82°C zijn en ’s nachts dalen tot -‐140°C! De atmosfeer houdt overdag de grootste hitte tegen en ’s nachts houdt zij de aarde warm. Dit vermogen om warmte vast te houden heet het broeikaseffect. Belangrijk om te onthouden is dat de atmosfeer niet direct door de zon verwarmd wordt. In plaats daarvan verwarmd de zon het aardoppervlak. Het aardoppervlak verwarmt van onderaf de atmosfeer. (De Geo, 2003)
• •
2.3 Het verschil tussen weer en klimaat Op het nieuws en in de krant gaat het vaak over klimaat(verandering) en de weersverwachting. Maar wat is nu eigenlijk het verschil tussen weer en klimaat? Het weer merk je elke dag: het is koud, nat en winderig en soms warm, droog en windstil. In de vorige zinnen staan de drie belangrijkste onderdelen van het weer: de temperatuur, de neerslag en de wind. Het weer is dus de toestand van de atmosfeer, op een bepaalde plaats , op een bepaald moment. (De Geo, 2003) Weer is heel plaatselijk en veranderlijk. Om iets te zeggen van het algemene weer in bijvoorbeeld Groningen zul je een gemiddelde moeten nemen: het klimaat. Hoewel het klimaat verandert, gaat dit maar heel langzaam. Verder heeft een groot gebied hetzelfde klimaat. Een goede definitie van klimaat is dus: de gemiddelde weerstoestand over een groot gebied en over een langere tijd (vaak over 30 jaar).
2.4 Energiebalans De zon geeft op aarde heel veel warmte, maar niet elke plek op aarde is even warm. De breedteligging van een plaats is van grote invloed op de temperatuur. Op hoge breedte, dus in de poolstreken, is het koud, terwijl het op lage breedte, rond de evenaar in de tropen, warm is. Hoe komt dat? •
•
•
In de tropen staat de zon midden op de dag heel hoog, waardoor de zonnestralen bijna loodrecht op het aardoppervlak vallen. In de poolstreken komt de zon nooit ver boven de horizon. De bundel zonnestralen die bij de polen invalt valt schuin in, moet hierdoor een groter oppervlak verwarmen en geven daardoor minder warmte. Een tweede reden waarom schuine stralen minder warmte afgeven is doordat de zonnestraling een langere weg door de atmosfeer aflegt. Daardoor wordt bij de polen meer straling teruggekaatst het heelal in. Een derde reden komt dat op hoge breedte veel ijs ligt. IJs is erg wit en zoals je waarschijnlijk weet, weerkaatst een wit oppervlak veel meer zonlicht (en dus energie of warmte) dan een zwart oppervlak. Deze weerkaatsing of reflectie wordt albedo genoemd. Hoe hoger het albedo, hoe meer weerkaatsing en dus hoe lager de temperatuur. Asfalt is zwart, neemt daardoor veel warmte op en is daardoor in de zomer vaak heel heet.
Parcival College
9
10
Regel: Hoe lager de breedte, hoe meer energie het aardoppervlak ontvangt van de zon
Figuur 5 Het verschil in instraling van twee bundels zonnestralen bij de polen en de evenaar
Zoals je hierboven hebt kunnen lezen is de mate van instraling niet op elke plaats op aarde gelijk. Het systeem aarde zoekt daarom aldoor naar manieren om de energiebalans weer in evenwicht te krijgen.
Figuur 6 De instraling van de polen (links) naar de evenaar (rechts) (De Geo, Actieve Aarde).
Bekijk Figuur 6. Aan de rechterkant, van de evenaar tot ongeveer 35° NB en ZB komt een overschot aan instraling van de zon voor; verder naar de polen slaat dit om naar een tekort. De aarde wil dit evenwicht graag herstellen. Op welke manier zal de aarde proberen om de energiebalans weer in evenwicht te brengen? De oplossing van de aarde is de volgende: er vindt energietransport plaats van de evenaar naar de polen. Dit gebeurt door windstromingen (in de atmosfeer) en waterstromingen (in de hydrosfeer). Het klimaat en het weer in Nederland is dus eigenlijk een gevolg van pogingen van de aarde om de energiebalans weer in evenwicht te krijgen!
Parcival College
Regel: Zee-‐ en luchtstromen zorgen voor een gelijkmatiger warmteverdeling over het aardoppervlak
Algemene kenmerken atmosfeer -‐ De opbouw in de atmosfeer
3 Algemene kenmerken atmosfeer 3.1 De opbouw in de atmosfeer De atmosfeer of dampkring is Figuur 7 Opbouw van dampkring (De Geo, Act Aarde) zoals eerder vertelt van groot belang voor het leven op aarde en speelt een belangrijke rol bij de vorming van de landschappen. De atmosfeer werd gevormd door gassen uit het binnenste van de aarde die via vulkaanuitbarstingen ontsnapten. Waar de grens ligt tussen de atmosfeer is moeilijk vast te stellen, omdat de lucht naar boven toe steeds ijler wordt (ijler betekent: uit steeds minder luchtdeeltjes bestaat). Onderzoekers houden in het algemeen een dikte aan van ongeveer 80 km en daarbij delen ze de atmosfeer in vier lagen in (De Geo, 2007). De belangrijkste voor ons zijn de onderste twee lagen: •
•
De troposfeer is voor het leven op aarde van essentieel belang. In deze onderste laag spelen zich namelijk de klimaatprocessen en de kringlopen van water en koolstof zich af. De samenstelling van de atmosfeer is als volgt: voor 99% bestaat de troposfeer uit stikstof (S) en zuurstof (O). volume. Hoe hoger in de troposfeer, hoe kouder. De stratosfeer bevindt zich boven de troposfeer. Deze is voor ons van belang, omdat hier veel ozon zit, die ultraviolette straling tegenhoudt. Ultraviolette straling kan huidkanker veroorzaken, dus ozon is voor ons erg belangrijk Regel: Hoe hoger in de troposfeer, hoe kouder.
Regel: Hoe hoger in de stratosfeer, hoe warmer.
Parcival College
11
12
3.2 Luchtdruk De lucht om ons heen bestaat uit miljarden kleine luchtdeeltjes, die moleculen heten. Als die luchtdeeltjes bewegen, voel je deze bewegende luchtmassa als wind. Boven jou hoofd bevindt zich een verticale kolom luchtdeeltjes. Als jij hoog op een berg staat heb je minder luchtdeeltjes boven je (de luchtdruk is lager), dan wanneer je bij zee staat (hogere luchtdruk). Elke liter lucht weegt 0,003 gram. Dit lijkt niet veel, maar als je de lucht in de hele kolom optelt is dat toch nog best veel. De lucht drukt op het aardoppervlak en er wordt daarom gesproken van luchtdruk, die wordt gemeten in millibar (mb). De luchtdruk meet je met een barometer. Figuur 8 Het ontstaan van wind doordat de atmosfeer door het aardoppervlak wordt verwarmd (Strahler, 2001)
Hoe ontstaat nu wind? Bekijk Figuur 8. In stap (a) is de lucht in rust en er is geen sprake van wind. In stap (b) wordt de lucht verwarmd op de plaats van Y. Oftewel, de atmosfeer wordt altijd van onderaf verwarmd. Wanneer lucht daar wordt verwarmd gaan de luchtdeeltjes sneller heen en weer bewegen en nemen daardoor meer ruimte in (de lucht zet uit). Hierdoor wordt de kolom met lucht daar hoger dan in de gebieden eromheen. In stap (c) is te zien dat de kolom lucht boven Y is uitgezet. Daardoor is er in Y’ (bovenin) meer lucht (dus een hogere luchtdruk) dan in de omringende gebieden (X’ en Z’). Hierdoor zal de lucht daarheen gaan stromen. Lucht gedraagt zich net zoals water en stroomt naar het ‘laagste’ punt! Verder ontstaat er aan het aardoppervlak bij Y een lagedrukgebied omdat de verwarmde lucht opstijgt. Vergelijk dit met een luchtballon die opgewarmd wordt. Doordat de lucht in de luchtballon wordt verwarmd, wordt deze lichter dan de lucht daaromheen en daarom stijgt de ballon op. In stap (d) is de cirkel rond en er vormt zich een stroming.
Parcival College
Regel: Luchtstromingen ontstaan, doordat lucht bij verwarming uitzet en daardoor luchtdrukverschillen ontstaan.
Algemene kenmerken atmosfeer -‐ De wet van Buijs Ballot
3.3 De wet van Buijs Ballot Van het weerbericht weet je dat er hoge-‐ en lagedrukgebieden zijn. Hoge druk wil zeggen dat het pakket lucht van de dampkring extra zwaar is. Op zo’n plek is de lucht in elkaar geperst en er is een teveel aan lucht. Lage druk betekent precies het omgekeerde. Lucht stroomt van een gebied met een teveel (hogedrukgebied of maximum) naar een gebied met een tekort (lagedrukgebied of minimum). De wet van de Nederlander Buijs Ballot, de eerste directeur van het KNMI, gaat over de richting van de luchtstroom: Regel 1. De wind waait van een maximum (hoge druk) naar een minimum (lage druk) Regel 2. Door de draaiing van aarde krijgt de wind op het noordelijk halfrond een afwijking naar rechts en op het zuidelijk halfrond naar links. Let op: je moet met de rug in de wind staan! Figuur 9 Links: De wet van Buys Ballot “Sta je met je rug in de wind op het Noordelijk Halfrond dan heb je het lagedrukgebied links en het hogedrukgebied rechts.” Rechts: een draaiende platenspeler waar je een rechte lijn op tekent (http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=768795)
3.4 De grote windsystemen op een ideale aarde Op sommige plaatsen op aarde is bijna altijd een maximum aan luchtdruk (ofwel een hogedrukgebied), op andere plaatsen bij altijd een minimum (ofwel een lagedrukgebied): • • • •
Rond de evenaar is het altijd erg warm, waardoor er een minimum ontstaat, het tropisch minimum Bij de polen is het altijd erg koud, waardoor er een maximum ontstaat, het polair maximum Bij 30° ligt het subtropisch maximum Bij 60° ligt het subpolair minimum
Die vaste maxima en minima zorgen voor de grote windsystemen. Wanneer je weet waar de minima en maxima liggen, kun je met behulp van de wet van Buijs Ballot de windsystemen tekenen. Je ziet in Figuur 10 dat er drie grote systemen zijn (De Geo, 2003): • • •
Passaten Westenwinden Poolwinden
Parcival College
13
14
Figuur 10 De grote windsystemen (bron: buiteNLand HAVO 4 tekstboek)
3.5 Neerslag Neerslag is water dat in vloeibare of vaste vorm op het aardoppervlak neerslaat. Neerslag valt uit wolken die niets anders zijn dan een verzameling waterdruppels en ijskristallen. Neerslag wordt door meteorologen gemeten in millimeters. Eén mm staat gelijk aan één liter per m2. In Nederland valt per jaar ongeveer 800 mm neerslag, dus dat is 800 liter neerslag per m2. Neerslag heeft te maken met opstijgende lucht. Je hebt eerder al gelezen dat hoe hoger je in de troposfeer komt, hoe kouder het wordt. Lucht die opstijgt, koelt dan ook af. Hoe kouder de lucht, hoe minder waterdamp deze kan vasthouden. Als de vochtigheid (de hoeveelheid waterdamp in de lucht) is opgelopen tot 100%, dan worden er waterdruppels gevormd door condensatie. Deze druppels zie je in de lucht als wolken. Als de druppels of ijskristallen zwaar genoeg zijn, dan vallen ze naar beneden in de vorm van neerslag (zie Figuur 11). Dit gebeurt ook onder het douchen: de spiegel of raam is kouder dan de lucht eromheen, de lucht koelt af à kan minder waterdamp bevatten à water condenseert à waterdruppels worden gevormd. Figuur 11 Het ontstaan van neerslag
Neerslag Algemene regel: koude lucht kan minder waterdamp vasthouden dan warme
Waterdamp condenseert
Lucht koelt af
Lucht stijgt op
Parcival College
Algemene kenmerken atmosfeer -‐ Soorten neerslag Regel: Stijgende afkoelende lucht leidt tot condensatie en daardoor neerslag,
want koude lucht kan minder waterdamp vasthouden dan warme lucht
3.6 Soorten neerslag Dus, als lucht gaat stijgen, kan er neerslag ontstaan. Waardoor gaat de lucht dan stijgen? Dit kan gebeuren door verschillende oorzaken: •
Stijgingsregens: lucht kan stijgen doordat de lucht bij het aardoppervlak wordt vergewarmd (zie figuur Figuur 12). Dit gebeurt vooral in de tropen, doordat de zon er vaak bijna loodrecht boven staat. De stijgende lucht koelt af en daardoor valt er veel neerslag rond de evenaar. De lucht blijft niet stijgen, doordat hij afkoelt: op grote hoogte stroomt de lucht in noordelijke en zuidelijke richting weg. In de buurt van 20-‐ 30° NB en ZB daalt de lucht weer. Dalende lucht wordt warmer. Warme lucht kan meer waterdamp vasthouden, dus heldere lucht en het blijft droog. Doordat er nu hier een teveel is aan lucht en rond de evenaar een tekort, zal de lucht terugstromen naar de evenaar. De circulatiestromen die tussen de tropen en 20-‐30° NB en ZB ontstaan, zijn ontdekt door een zekere Hadley en heten daarom Hadley Cells (zie ook Figuur 10).
Figuur 12 Stijgingsregens: Hadley Cells. Opstijgende lucht brengt neerslag rond de evenaar (1), dalende lucht rond 20-‐30° NB en ZB brengt droogte (3) (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/38/HadleyCross-‐ sec.jpg)
Parcival College
15
16
•
Stuwingsregens: lucht kan ook stijgen, omdat het door een gebergte gedwongen wordt om op te stijgen. Aan de windkant (de loefzijde, in de figuur links) wordt de lucht omhoog gestuwd en ontstaat er uiteindelijk neerslag. De andere kant van het gebergte heet de lijzijde (in de figuur rechts), de kant die uit de wind ligt. De lucht daalt daar, wordt warmer en daar is het droog. Je kunt ook zeggen dat het gebied achter de berg in de regenschaduw ligt.
Figuur 13 Links: stuwingsregens (http://www.sonoma.edu/users/f/freidel/global/figure%2002-‐20.jpg) Rechts: Voorbeeld van loef-‐ en lijzijde bij de Rocky Mountains in de VS
•
Alleen HAVO/VWO: Frontale neerslag: neerslag kan ook optreden omdat een koude luchtmassa een warmere luchtmassa omhoog duwt. Koude lucht is immers zwaarder dan warmere lucht. De scheiding tussen een warme en een koudere luchtmassa noemen we een front. Op deze vorm van neerslag komen we later nog terug, bij de hoge-‐ en lagedrukgebieden
3.7 Hoge druk en lage druk Eerder in deze reader is al veel over hoge-‐ en lagedrukgebieden gesproken. Hieronder vind je de kenmerken nog eens op een rij. In Figuur 14 kan je zien hoe de luchtstroming zich ontwikkeld rond beide gebieden. De ronddraaiende stroming komt dus door (a) het verschil in luchtdruk en (b) door de wet van Buijs Ballot.
Lagedrukgebied
Hogedrukgebied
Luchtdruk
Tekort
Teveel
Luchtstroom vertikaal
Stijgend
Dalend
Luchtstroom langs aardoppervlak
Er naartoe
Er vanaf
Weersverwachting
Bewolkt, evt. neerslag, wind. Helder, windstil. In zomer Niet erg koud of warm warm, in winter koud
Figuur 14 Circulatie rond een lagedrukgebied en een hogedrukgebied op het noordelijk halfrond
Parcival College
Algemene kenmerken atmosfeer -‐ Hoge druk en lage druk
17
L
L
L
H
H
H
Figuur 15 Lagedrukgebied bij IJsland op het noordelijk halfrond
Parcival College
18
3.8 Isobaren Hoe bepaal je nu eigenlijk of in een bepaald gebied hoge of lage druk voorkomt? Je kunt dat doen door op een heleboel plaatsen de luchtdruk te meten. Vervolgens verbind je de plaatsen met een gelijke luchtdruk met elkaar door middel van een lijn. Zo’n lijn heet een isobaar. Vervolgens tekenen ze al deze lijnen in op een kaart waar de weersverwachting op wordt gebaseerd. Een voorbeeld hiervan kan je zien in Figuur 16. Figuur 16 Weerkaart met verwachting van 3 juli 2005. De isobaren zijn de dunne lijnen die je ziet rondom het hoge en lagedrukgebied (http://www.weerclubgouda.nl/overhetweer/weerkaarten/weerkaart1.gif)
In het voorbeeld hierboven is de luchtdruk in het centrum van het lagedrukgebied onder IJsland 980 millibar. Elk lijntje verder betekent dat de luchtdruk daar 5 millibar hoger is (dus van 980 naar 985, naar 990, etc.). Er is een algemene regel over het verband tussen de isobaren en de windkracht: Hoe dichter de isobaren bij elkaar liggen, hoe groter het verschil in luchtdruk over kleine afstand, dus hoe harder de wind daar zal waaien.
3.8.1 Fronten Alleen HAVO/VWO Twee andere dingen die opvallen op de kaart op de vorige bladzijde zijn de lijnen met de Figuur 17 Een warmtefront (met bolletjes) en een koufront (met driehoekjes) driekhoekjes en de bolletjes eraan. Dit zijn de (http://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Isobaren%2Bfro fronten (de grenzen) tussen warmere en koudere nten.gif). luchtmassa’s. Hieronder worden twee soorten fronten uitgelegd. • Warmtefront: bij een warmtefront schuift een relatief warme luchtmassa over een gebied waar koudere lucht ligt. Bij een warmtefront regent het langere tijd, omdat de wig van koude lucht zo vlak oploopt. • Koufront: bij een koufront schuift een relatief koude luchtmassa onder een warmere luchtmassa. Doordat de koude lucht de warme lucht ineens ophoog duwt, ontstaan er heftige buien, mogelijk met ontweer!
Parcival College
Algemene kenmerken hydrosfeer -‐ De waterkringloop
19
Figuur 18 Een warme en koufront als dwarsdoorsnede (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a8/Kou-‐en-‐warmtefront.png)
koufront
warmtefront
4 Algemene kenmerken hydrosfeer 4.1 De waterkringloop Er is een vaste hoeveelheid water op aarde die niet veranderd. Het water wordt als het ware gerecycled, dat gebeurd in de waterkringloop. Deze kringloop begint met het verdampen van water (zie Figuur 19). Dit kan op twee manieren gebeuren. 1. Het verdampen van water vanuit zeeën, meren en rivieren 2. Het transpireren van planten. Transpiratie is een andere naam voor zweten. Planten en bomen zetten koolstofdioxide om in zuurstof en water. Daarna stijgt de warme lucht op, maar doordat het boven in de lucht kouder is koelt het weer af en wordt er een wolk gevormd. Dit noemen we ook wel condensatie. Deze wolk drijft richting het land en af en toe zal er neerslag vallen. Dit komt dan op aarde terecht, komt in meren en rivieren en trekt ook in de bodem. Dit in de bodem trekken noemen we infiltratie. Ook zijn er wolken waar sneeuw uit valt. Deze sneeuw valt op aarde. Een deel van die sneeuw smelt langzaam en stroomt de berg af naar meertjes. Een ander deel van die sneeuw trekt in de grond. Op de figuur zie je ook dat het water via het grondwater terug komt in de oceaan. Op die manier is de kringloop weer helemaal rond en begint het weer van voren af aan.
Parcival College
20
Figuur 19 De waterkringloop
4.2 Warmtecapaciteit van oceanen Aan het begin van de reader is vertelt dat de energiebalans van de aarde niet in evenwicht is . Het systeem aarde probeert het evenwicht te herstellen door stromen van lucht en water. Lucht beweegt snel maar bevat relatief weinig warmte. Water beweegt langzaam maar kan zeer veel energie bevatten. De oceanen, gemiddeld 3700 meter diep, nemen ruim 70% van het totale aardoppervlak voor hun rekening. De warmtecapaciteit van de oceanen is 1000 keer groter dan die van de atmosfeer. Als het oceaanwater ook maar een heel klein beetje opwarmt en gaat stromen, dan wordt er extreem veel energie verplaatst (Vuurboom, 2008).
4.3 Zeestromen Het ontstaan van zeestromen wordt bepaald door een aantal factoren, waarvan wind, zoutgehalte en temperatuur de belangrijkste zijn. Er zijn twee soorten zeestromen: •
Driftstromen ontstaan doordat de wind over het zeeoppervlak blaast, wrijving ondervindt en zo het water ‘meetrekt’. De zon kan het zeeoppervlak opwarmen en de wind kan maximaal de bovenste 100 m mixen. Deze oppervlaktestromen bewegen zich door de wind. Daarnaast krijgen ze, net als luchtstromingen, een afwijking naar rechts op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond (zie de wet van Buijs Ballot). Komt een zeestroom uit een relatief warm gebied in een kouder gebied, dan wordt dit een warme zeestroom genoemd. Een koude zeestroom stroomt op het noordelijk halfrond vanuit het noorden naar het relatief warme zuiden.
Parcival College
Algemene kenmerken hydrosfeer -‐ Zeestromen
21
Figuur 20 Driftstromen door wind (buiteNLand HAVO 4)
•
Daarnaast bestaat er nog een circulatiepatroon van zeestromen op wereldschaal: de thermohaline circulatie (thermo=temperatuur, halien=zout). Deze diepzeestroom ontstaat door verschillen in zoutgehalte en temperatuur. Zout water is zwaarder dan zoet water, en zouter water is ook zwaarder dan minder zout water. Het zoutere water zal naar de bodem zinken en eenmaal aangekomen naar opzij wegstromen. Hierdoor ontstaat een stroming. Er is bijvoorbeeld een thermohaliene stroming van de Golf van Mexico naar Europa, de Golfstroom. In de Golf van Mexico verdampt water waardoor de zoutconcentratie van het water stijgt. Doordat dit zoutere water zwaarder wordt, zinkt het weg. Vers minder zout water wordt aan het oceaan oppervlak aangevoerd, en doorloopt op haar beurt hetzelfde proces. Dit continue proces veroorzaakt een stroming. Deze stroming gaat regelrecht naar Europa. Nadat het water eerst is opgewarmd, geeft het zijn warmte af zodra het tegen Europa 'botst'. Europa wordt hierdoor opgewarmd (Wikipedia, 2009).
Figuur 21 De thermohaline circulatie. Diepwaterstroming donker, Oppervlaktestroming lichtgekleurd (http://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Thermohaline_circulation.png)
Parcival College
22
5 Klimaatzones op de echte aarde 5.1 Klimaatfactoren Gedurende deze reader zijn al een aantal factoren benoemd die zorgen voor klimaatverschillen op een ideale aarde zonder continenten, bergen, etc. Wanneer we kijken naar de echte aarde komen er nog een aantal factoren bij. In dit hoofdstuk zullen we kijken naar de klimaten die we op de echte aarde tegenkomen en hoe deze ontstaan. Hieronder volgt een compleet overzicht van klimaatfactoren: 1. Mondiaal: de breedteligging. Hoe hoger de breedte, hoe minder instraling van de zon, dus hoe kouder (zie blz. 6). 2. Regionaal/continentaal: de verdeling van land en zee a. De zee heeft zoals eerder gezegd een grotere warmtecapaciteit van de lucht. Dit betekent dat de zee langzamer opwarmt in de zomer en langzamer afkoelt in de winter. Hierdoor hebben aanlandige zeewinden een afkoelend effect op het land in de zomer en een verwarmend effect in de winter. Dit noem je de matigende werking van zeewinden (zie blz. 20). b. Uit de zee kan water verdampen dat vervolgens op een andere plaats weer condenseert en uitregent (zie blz. 19). Van land verdampt minder water. Wanneer de wind vanuit de richting van een continent komt (aflandig), zal minder regen aangevoerd worden dan wanneer de wind aanlandig is. 3. Regionaal: hoogteligging. Omdat de atmosfeer van onderop wordt verwarmd door de aarde, wordt het met toenemende hoogte kouder (gemiddeld 0,6°C per 100 m stijging, zie blz. 11). 4. Regionaal/continentaal de ligging van gebergten. Wanneer aanvoer van lucht de bergen bereikt, moet de luchtmassa stijgen. Hierdoor ontstaat zoals eerder gezegd stuwingsneerslag met een regenschaduw aan de andere kant van het gebergte.
5.2 Welk klimaat ligt waar? Het klimaatsysteem van Köppen De Duitse klimatoloog en bioloog Köppen onderscheidt op aarde vijf klimaatzones. Het classificatiesysteem gaat uit van de plantengroei: de klimaatgrenzen werden op basis van minimale en maximale gemiddelde maandtemperatuur bepaald door het verspreidingsgebied van bepaalde planten. Planten vormden een belangrijk onderdeel in de onderzoeken van Köppen, die zich afvroeg waarom bepaalde planten ergens wel of niet leefden. Hij kwam er achter dat dit te maken had met neerslag en temperatuurverschillen. Zo liggen de klimaatgrenzen meestal op de grenzen tussen twee of meerdere hoofdtypen vegetatie. De scheiding tussen loofboomvegetatie en naaldboomvegetatie ligt ruwweg op de scheiding tussen het koudere landklimaat en een gematigd zeeklimaat.
Parcival College
Klimaatzones op de echte aarde -‐ Welk klimaat ligt waar? Het klimaatsysteem van Köppen
Er worden vijf klimaatzones onderscheiden, aangeduid met de letters A, B, C, D en E. Vier van die gebieden (A, C, D, E) worden onderscheiden op grond van de temperatuur. A is het warmste klimaat, E het koudste klimaat. Het B-‐klimaat is een zone waar het zo droog is , dat er nauwelijks iets wil groeien: • • • • •
A: tropische klimaten, het hele jaar door warm B: droge klimaten C: gematigde zeeklimaten, door invloed van zee koele winters en frisse zomers D: continentale klimaten, door gebrek aan zeeinvloed koude winters en hete zomers E: poolklimaten
Elk klimaat kan weer verder onderverdeeld worden. Köppen doet dit door extra letters toe te voegen: •
•
Het B-‐klimaat is droog. Het wordt, door het toevoegen van een hoofdletter, onderverdeeld in een zeer droog woestijnklimaat BW en een iets minder droog steppeklimaat BS. Aan de klimaten A, C en D worden (kleine) letters toegevoegd. Die zeggen iets over het al dan niet voorkomen van een droge tijd. De betekenis van die kleine letters is als volgt: o f = fehlt (=ontbreekt): een droge tijd ontbreekt en er valt neerslag in alle jaargetijden o s = Sommer: de droge tijd valt in de zomer o w = Winter: de droge tijd valt in de winter
Parcival College
23
24
Stappenplan bij bepalen Köppencodering Zie tabel Bepaal A/C/D/E
E
A/ C/D
Zie tabel
Valt er hele jaar erg weinig neerslag
Ja
B
Nee Is er een droge periode?
Ja
Droog seizoen in hun zomer>?
Nee
Ja
+s
Nee +w
+f
Opzoektabel bij stappenplan Klimaat A-‐klimaat C-‐klimaat D-‐klimaat E-‐klimaat B-‐klimaat Droge seizoen: • •
Temp koudste maand > 18 °C > -‐3 °C < -‐3 °C < -‐3 °C
Temp warmste maand > 10 °C > 10 °C < 10 °C
Bij C en D-‐klimaat: als droogste maand < 30 mm neerslag Bij A-‐klimaat: als droogste maand < 60 mm neerslag
Parcival College
Neerslag Zeer weinig neerslag
Klimaatzones op de echte aarde -‐ Klimaatgrafieken
5.3 Klimaatgrafieken Van elke plaats op aarde zijn algemene klimaatgegevens bekend zoals de gemiddelde temperatuur en neerslag per maand. Dit wordt vaak getekend in de vorm van een klimaatgrafiek. Een klimaatgrafiek bestaat uit drie verschillende gegevens. Ten eerste worden de maanden afzonderlijk van elkaar weergegeven. In de tabel wordt door middel van een rode lijn de temperatuur getekend. Daarnaast geven de blauwe balkjes aan hoeveel neerslag er gemiddeld valt per maand. Figuur 22 Klimaatgrafieken van De Bilt (Nederland), Manaus (Brazilie) en Barrow (Alaska) (http://www.geoquest.nl/francis/BB%20overzichtelijker%201.htm)
In Figuur 22 zie je drie verschillende klimaatgrafieken. Je moet kunnen beredeneren welk klimaat volgens Köppen bij deze grafieken hoort. Je ziet dat het in Barrow het hele jaar door onder de 3°C is. Dit komt overeen met het E-‐klimaat. De temperatuursverschillen in De Bilt zijn niet zo groot, wat een aanwijzing is voor een gematigd C-‐klimaat. Neerslag valt het gehele jaar door. Het klimaat van De Bilt is dus Cf. In Manaus is de temperatuur het hele jaar bijna 30°C. Dit is een goede aanwijzing voor een tropisch ofwel A-‐klimaat. Het feit dat er vooral in maart en april veel regen valt betekent dat het geen Af-‐klimaat is. Wanneer valt nu hun zomer? Op deze grafiek kan je het niet zo goed zien, maar Manaus ligt op het zuidelijk halfrond. Hun zomer is dus in december en in deze tijd regent het veel. Het is daarom een Aw-‐klimaat.
Parcival College
25
26
Bibliografie Wikipedia. (2009 йил 16-‐03). Thermohaline circulatie. Retrieved 2009 йил 24-‐03 from http://nl.wikipedia.org/wiki/Thermohaliene_circulatie Vuurboom, J. (2008 йил 31-‐01). Retrieved 2009 йил 24-‐03 http://www.xs4all.nl/~jeroenvu/klimaatverandering/opwarming_aan_de_polen.htm De Geo. (2003). De Geo Basisboek. Utrecht: Thieme Meulenhof. De Geo. (2007). Systeem aarde. utrecht: Thieme Meulenhof.
Parcival College
from
