Windstil in de doldrums
Windstil in de doldrums
Als zeiler weet ik hoe frustrerend het is om op de boot te zitten terwijl het niet waait. Een beetje zon maakt het natuurlijk al snel goed, maar als windstil weer dagenlang aanhoudt, slaat de frustratie toe. Zelf ben ik nog niet veel verder gekomen dan de Nederlandse binnenwateren en daar houdt een weerssituatie met weinig wind nooit heel erg lang aan. Rond de evenaar is dat echter anders.
Rondom de evenaar kan het namelijk dagen windstil zijn. Deze windstille gebieden worden in de meteorologie ‘doldrums’ genoemd. Vroeger betekende dit weertype eindeloos dobberen met je bootje. Ook de Beagle-reizigers hebben er inmiddels al mee te maken gekregen, maar daar bracht een motor de oplossing. Toch kan (of mag) niet iedere zeiler hier gebruik van maken. Voor zeilers is weinig wind dan frustrerend, je kan er gek van worden. Dit was onlangs dan ook één van de redenen om de jonge zeilster Laura Dekker aan de kade te houden. Tijd dus om eens uit te leggen hoe dit windstille weer ontstaat.
Corioliskracht
Wind ontstaat door verschillen in luchtdruk. Deze luchtdrukgradiënt veroorzaakt een luchtverplaatsing van gebieden met hoge luchtdruk naar lagedrukgebieden. De wind stroomt echter niet in een rechte lijn. Door de draaiing van de aarde komt naast de luchtdrukgradiëntkracht ook nog een schijnkracht om de hoek kijken: de corioliskracht. Op het noordelijk halfrond veroorzaakt deze kracht een afbuiging naar rechts, op het zuidelijk halfrond naar links.
De sterkte van de corioliskracht is afhankelijk van de breedteligging. Op grote breedte blijkt de kracht sterker te zijn, terwijl de coriolisfactor rondom de evenaar nul is. Om dit te verklaren, moeten we echt wat dieper in de natuurkundige materie duiken. De formule voor de corioliskracht luidt: Fcor = 2MVWsinΦ. Deze eenheden staan voor: Fcor corioliskracht; M de massa van een luchtdeeltje; V de windsnelheid; W de hoeksnelheid (een constante waarde, veroorzaakt door de draaiing van de aarde om zijn eigen as); sinΦ de sinus phi (phi is afgerond 1,62).
Wind ontstaat door luchtdrukgradiënt (Fgrad) ofwel luchtdrukverschillen. Door de corioliskracht (Fcor) waait de wind echter niet rechtstreeks van hoog naar laag, maar is er op het noordelijk halfrond een afbuiging naar rechts. De wind (Vgrad) waait dan ook parallel aan de isobaren.
Weinig drukgradiënt rondom de evenaar
Deze formule gaan we nu niet helemaal uitdiepen. Om het wegvallen van de coriolis te verklaren, is vooral de sinus phi van belang. Als we de sinuscurve op de aarde toepassen, dan heeft de sinus phi op de Noord- en Zuidpool een waarde van respectievelijk +1 en -1. Rondom de evenaar is de waarde echter 0. Als we deze nul op de plek van de sinΦ in de formule invullen, dan is de uitkomst altijd 0.
De sinuscurve kunnen we ook toepassen op de aarde. Als we dit doen, zien we dat sinΦ op de evenaar nul is. Op de Noord- en Zuidpool bedraagt deze waarde respectievelijk +1 en -1.
De corioliskracht is mede verantwoordelijk voor het ontstaan van hoge- en lagedrukgebieden. Omdat deze kracht bij de evenaar niet of nauwelijks aanwezig is, krijgen dergelijke systemen niet de gelegenheid zich fatsoenlijk te ontwikkelen. De luchtdrukverschillen worden namelijk vrijwel gelijk teniet gedaan. Kortom, door het ontbreken van de corioliskracht is er rondom de evenaar weinig luchtdrukgradiënt en hierdoor kan het dagenlang weinig tot niet waaien.
Net buiten de evenaar
Rondom de evenaar is de coriolisfactor dus 0, maar daarbuiten begint deze kracht steeds meer mee te spelen. Wie nou denkt dat de mogelijke windsnelheid met de breedteligging toeneemt, heeft het mis. Op een paar graden noorderbreedte kan weinig luchtdrukgradiënt al snel een flinke bak wind opleveren. En de depressies die rondom IJsland een windkracht 8 veroorzaken, produceren in onze omgeving een veel sterkere wind.
Om dit te verklaren moeten we een volgende formule erbij pakken: (ΔP/ΔX) = (VsinΦ). Hierbij staat delta (Δ) voor het verschil in luchtdruk (P) en afstand (X). Als we deze formule op een gelijke depressie op hoge en lage breedte toepassen, dan kunnen we (ΔP/ΔX) zien als een constante. Het systeem is namelijk gelijk en de dat betekent dat deze waarde zowel op hoge als op lage breedte hetzelfde moet zijn.
Om het verschil in windsterkte tussen een depressie op hoge breedte en op lage breedte te verklaren, moeten we een tweede formule erbij pakken. Omdat de depressie op hoge en op lage breedte dezelfde is, kunnen we ΔP/ΔX als een constante waarde zien. Het gedeelte achter de = verandert echter met de breedteligging.
Op hoge breedte neemt de sinΦ toe, waardoor de windsnelheid (V) afneemt.
Op lage breedte gebeurt het tegenovergestelde. De waarde van sinΦ is lager, waardoor de windsterkte toeneemt.
Een evenwichtsformule
Om deze waarde van (ΔP/ΔX) gelijk te stellen aan (VsinΦ), moet of de windsnelheid (V) of de sinΦ veranderen. Deze sinΦ is echter afhankelijk van de breedteligging. Op lage breedte is deze waarde laag en dat betekent dat de windsnelheid hier hoog moet zijn om de formule in evenwicht te brengen. Naarmate de breedteligging toeneemt, stijgt ook de waarde sinΦ. Hierdoor neemt de windsnelheid af. Dit is dan ook de verklaring voor de eerder genoemde verschillen wat de windsterkte betreft tussen een gelijk lagedrukgebied op verschillende breedtes.
Bron: Meteo Consult.
Als zeiler weet ik hoe frustrerend het is om op de boot te zitten terwijl het niet waait. Een beetje zon maakt het natuurlijk al snel goed, maar als windstil weer dagenlang aanhoudt, slaat de frustratie toe. Zelf ben ik nog niet veel verder gekomen dan de Nederlandse binnenwateren en daar houdt een weerssituatie met weinig wind nooit heel erg lang aan. Rond de evenaar is dat echter anders.
Rondom de evenaar kan het namelijk dagen windstil zijn. Deze windstille gebieden worden in de meteorologie ‘doldrums’ genoemd. Vroeger betekende dit weertype eindeloos dobberen met je bootje. Ook de Beagle-reizigers hebben er inmiddels al mee te maken gekregen, maar daar bracht een motor de oplossing. Toch kan (of mag) niet iedere zeiler hier gebruik van maken. Voor zeilers is weinig wind dan frustrerend, je kan er gek van worden. Dit was onlangs dan ook één van de redenen om de jonge zeilster Laura Dekker aan de kade te houden. Tijd dus om eens uit te leggen hoe dit windstille weer ontstaat.
Corioliskracht
Wind ontstaat door verschillen in luchtdruk. Deze luchtdrukgradiënt veroorzaakt een luchtverplaatsing van gebieden met hoge luchtdruk naar lagedrukgebieden. De wind stroomt echter niet in een rechte lijn. Door de draaiing van de aarde komt naast de luchtdrukgradiëntkracht ook nog een schijnkracht om de hoek kijken: de corioliskracht. Op het noordelijk halfrond veroorzaakt deze kracht een afbuiging naar rechts, op het zuidelijk halfrond naar links.
De sterkte van de corioliskracht is afhankelijk van de breedteligging. Op grote breedte blijkt de kracht sterker te zijn, terwijl de coriolisfactor rondom de evenaar nul is. Om dit te verklaren, moeten we echt wat dieper in de natuurkundige materie duiken. De formule voor de corioliskracht luidt: Fcor = 2MVWsinΦ. Deze eenheden staan voor: Fcor corioliskracht; M de massa van een luchtdeeltje; V de windsnelheid; W de hoeksnelheid (een constante waarde, veroorzaakt door de draaiing van de aarde om zijn eigen as); sinΦ de sinus phi (phi is afgerond 1,62).
Wind ontstaat door luchtdrukgradiënt (Fgrad) ofwel luchtdrukverschillen. Door de corioliskracht (Fcor) waait de wind echter niet rechtstreeks van hoog naar laag, maar is er op het noordelijk halfrond een afbuiging naar rechts. De wind (Vgrad) waait dan ook parallel aan de isobaren.
Weinig drukgradiënt rondom de evenaar
Deze formule gaan we nu niet helemaal uitdiepen. Om het wegvallen van de coriolis te verklaren, is vooral de sinus phi van belang. Als we de sinuscurve op de aarde toepassen, dan heeft de sinus phi op de Noord- en Zuidpool een waarde van respectievelijk +1 en -1. Rondom de evenaar is de waarde echter 0. Als we deze nul op de plek van de sinΦ in de formule invullen, dan is de uitkomst altijd 0.
De sinuscurve kunnen we ook toepassen op de aarde. Als we dit doen, zien we dat sinΦ op de evenaar nul is. Op de Noord- en Zuidpool bedraagt deze waarde respectievelijk +1 en -1.
De corioliskracht is mede verantwoordelijk voor het ontstaan van hoge- en lagedrukgebieden. Omdat deze kracht bij de evenaar niet of nauwelijks aanwezig is, krijgen dergelijke systemen niet de gelegenheid zich fatsoenlijk te ontwikkelen. De luchtdrukverschillen worden namelijk vrijwel gelijk teniet gedaan. Kortom, door het ontbreken van de corioliskracht is er rondom de evenaar weinig luchtdrukgradiënt en hierdoor kan het dagenlang weinig tot niet waaien.
Net buiten de evenaar
Rondom de evenaar is de coriolisfactor dus 0, maar daarbuiten begint deze kracht steeds meer mee te spelen. Wie nou denkt dat de mogelijke windsnelheid met de breedteligging toeneemt, heeft het mis. Op een paar graden noorderbreedte kan weinig luchtdrukgradiënt al snel een flinke bak wind opleveren. En de depressies die rondom IJsland een windkracht 8 veroorzaken, produceren in onze omgeving een veel sterkere wind.
Om dit te verklaren moeten we een volgende formule erbij pakken: (ΔP/ΔX) = (VsinΦ). Hierbij staat delta (Δ) voor het verschil in luchtdruk (P) en afstand (X). Als we deze formule op een gelijke depressie op hoge en lage breedte toepassen, dan kunnen we (ΔP/ΔX) zien als een constante. Het systeem is namelijk gelijk en de dat betekent dat deze waarde zowel op hoge als op lage breedte hetzelfde moet zijn.
Om het verschil in windsterkte tussen een depressie op hoge breedte en op lage breedte te verklaren, moeten we een tweede formule erbij pakken. Omdat de depressie op hoge en op lage breedte dezelfde is, kunnen we ΔP/ΔX als een constante waarde zien. Het gedeelte achter de = verandert echter met de breedteligging.
Op hoge breedte neemt de sinΦ toe, waardoor de windsnelheid (V) afneemt.
Op lage breedte gebeurt het tegenovergestelde. De waarde van sinΦ is lager, waardoor de windsterkte toeneemt.
Een evenwichtsformule
Om deze waarde van (ΔP/ΔX) gelijk te stellen aan (VsinΦ), moet of de windsnelheid (V) of de sinΦ veranderen. Deze sinΦ is echter afhankelijk van de breedteligging. Op lage breedte is deze waarde laag en dat betekent dat de windsnelheid hier hoog moet zijn om de formule in evenwicht te brengen. Naarmate de breedteligging toeneemt, stijgt ook de waarde sinΦ. Hierdoor neemt de windsnelheid af. Dit is dan ook de verklaring voor de eerder genoemde verschillen wat de windsterkte betreft tussen een gelijk lagedrukgebied op verschillende breedtes.
Bron: Meteo Consult.
Ah, nog een zeilert! Waar dobber je gewoonlijk?
Leuk en informatief artikel Jan; bedankt voor het doorgeven ervan. Voor beginnende zeezeilers een zaak van need to know, vind ik. Het is normale zeevaartschoolkost, maar iedereen kan zonder die opleiding z'n gang gaan, zie de hype rond Laura.
Dus jij volgt de "Beagle"-reis ook?
Groet, G.
Leuk en informatief artikel Jan; bedankt voor het doorgeven ervan. Voor beginnende zeezeilers een zaak van need to know, vind ik. Het is normale zeevaartschoolkost, maar iedereen kan zonder die opleiding z'n gang gaan, zie de hype rond Laura.
Dus jij volgt de "Beagle"-reis ook?
Groet, G.
