Het weer lijkt misschien dat het weken van sombere, grijze motregen creëert. Maar het kan ook een echt sensationeel - en vaak dodelijk - optreden geven. Maar wat verklaart deze explosieve gebeurtenissen?

De atmosfeer van de aarde wordt aangedreven door verwarming van de zon. Weer is de reactie van de atmosfeer op het ongelijke patroon van warmte-energie dat het ontvangt. Zichtbaar en ultraviolet licht verwarmt de aarde gedurende de dag, sterker op lage breedtegraden, maar de aarde stoot een bijna exact gelijke totale hoeveelheid infraroodstraling uit in alle richtingen.

Gemiddeld ontvangt de aarde 340 W m^-2 van de zon. Ongeveer een derde van deze energie is verspreid direct de ruimte in door wolken en ijs op het oppervlak. De resterende energie, ongeveer het equivalent van het plaatsen van een kleine radiator elke 2m in een rooster dat het aardoppervlak bedekt en continu in beweging houdt, wordt opgenomen door het oppervlak en de atmosfeer.

Maar de kracht van de zon is gericht op de dagzijde en in het bijzonder bij de evenaar. Gemiddeld de sfeer en het oppervlak absorberen over 300 W m^-2 in de tropen maar minder dan 100 W m^-2 in poolgebieden. Het aardoppervlak aan de evenaar ligt tegenover het licht van de zon, maar in een grote hoek nabij de polen waar de dezelfde kracht valt over een groter oppervlak.

The Sun: waar het allemaal begint met NASA / Goddard / SDO / flickr, CC BY

De temperatuur van de aarde vertoont geen extreme variaties, variërend met minder dan 50 ° C tussen de evenaar en hoge breedtegraden, veel minder dan op een lichaam zoals de maan. Dit komt omdat de atmosfeer (en in iets mindere mate de oceanen) warmte transporteert van warmere naar koelere gebieden. Atmosferisch warmtetransport pieken bij ongeveer 5 PW (5 petaWatts of 5 × 10¹⁵ W). Voor de context, de grootste kerncentrale heeft een capaciteit van 8 GW (8 × 10⁹ W) en het totale vermogen dat tegenwoordig in alle vormen door mensen wordt verbruikt geschat om 18 TW te zijn (1.8 × 10¹³ W), over 250 keer minder.

Deze enorme voeding is wat de warmtemotor van de atmosfeer en oceanen van de aarde drijft, en de resulterende bewegingen van warme lucht naar koelere gebieden. Tijdens de reis wordt energie getransformeerd in vele andere vormen en de rotatie van de Aarde heeft een diepgaande invloed op de vorm van het weer, vooral op middelbare breedtegraden. Hier verandert het voornaamste middel van warmtetransport van het longitudinaal symmetrisch omdraaien Hadley Cells naar golfachtige bewegingen, waarvan de oppervlakte-manifestatie onze vertrouwde hoge en lage druk weersystemen zijn.

Jetstroomcirrus. LPI / NASA http://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/clouds/slide_2.html 

Straalstromen zijn zeer smalle linten (een paar km diep en misschien 100km breed) van snel bewegende lucht die de aarde omcirkelen en vormen op de grens van warmere en koudere luchtmassa's op ongeveer 10 km hoogte. In de kern van een jetstream kan de wind 200 km h bereiken^-1 en een verbazingwekkende 656 km-uur^-1 is in december 1967 opgenomen via de Buiten-Hebriden. De locatie van deze gerichte winden is essentieel voor het plannen van vliegtuigroutes en slim gebruik is de reden waarom het sneller is om van west naar oost te vliegen dan op de achteruitreis.

De straalstroom die het meest van invloed is op ons weer is de noordelijke poolstraal die op een variërende route meandert en begeleidt de doorgang van weersystemen over de hele wereld, mogelijk leidend tot een reeks stormen en overstromingen. Wanneer de straalstroom naar het zuiden buigt, wordt de koude polaire lucht naar beneden gebracht, wanneer deze naar het noorden buigt, kan warme lucht en bezonken weer het gevolg zijn.

Orkaan Katrina in topconditie in de Golf van Mexico op 28 August 2005. NASA http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=74693

Tropische cyclonen, beter bekend als orkanen in Noord- en Zuid-Amerika en tyfoons in het Verre Oosten, zijn massaal destructieve weersomstandigheden die op lagere breedtegraden beginnen als zwakkere, lagedrukweersystemen. Tropische cyclonen vormen over zeer warme zeeën, meestal in de late zomer en herfst op elk halfrond. Naarmate ze intensiveren, worden ze aangedreven door latente energie-afgifte uit waterdamp, die condenseert om de hoge stormwolken te vormen.

Windsnelheden van meer dan 200 km hr^-1 zijn opgenomen rond het centrum van een storm, maar verwoesting wordt voornamelijk veroorzaakt door overstromingen als gevolg van de toename van de hoogte van het zeeoppervlak en de intense regenval. De gemiddelde jaarlijkse neerslag in het VK kan in minder dan twee uur uit de wolken rond het oog van de storm vallen.

De 1970 Bhola-cycloon was een van de ergste natuurrampen aller tijden, waarbij een half miljoen mensen in Bangladesh en West-Bengalen het slachtoffer waren geworden van dergelijke overstromingen, maar het was verre van de krachtigste tropische cycloon, die een relatief gematigde Categorie 3. De sterkste, categorie 5, stormen zijn orkaan Katrina in 2005 met wind van meer dan 280 km uur^-1.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Occluded_mesocyclone_tornado5_-_NOAA.jpg/flickr, CC BY Tornado's zijn kleinere, gewelddadige wervelwinden die zich kunnen vormen onder een cumulonimbus-stormwolk, een gebied met intense verticale convectie. Een trechterwolk vormt zich in het midden van de werveling, hoewel de sterke wind er veel verder rond circuleert. De meest extreme winden zijn bijna 500 km hr^-1en resulteren in extreme schade op hun pad.

De Tri-State Tornado van maart 1925, had de langste padlengte geregistreerd op 350km en doodde 695-mensen in de Mississippi River Valley, VS. Het was onderdeel van een uitbraak met een gecombineerd dodental van 747, maar zelfs dat werd in april 1989 overtroffen door de Tornado van Daulatpur-Saturia in Bangladesh, toen meer dan 1,300-mensen stierven en 80,000 dakloos werden.

Stof stormen komen in vele delen van de wereld voor en kunnen zand en fijnere mineraalkorrels van het ene continent naar het andere transporteren. In Noord-Afrika zijn deze stormen bekend als haboobs en worden ze vaak geïnitieerd door de hoge winden die gepaard gaan met onweersbuien. Vergelijkbare stormen komen voor in de drogere delen van Amerika en Azië. Haboobs kunnen een hoogte bereiken van meer dan 1km, beslaan duizenden km² en gaan uren mee, het opgeruimde stof absorbeert zonlicht, verwarmt de lucht en de winden aan de stormrand.

Op aarde zullen waterdruppeltjes worden genucleëerd op de fijnere stofkorrels, uiteindelijk worden verwijderd en de groei van een storm worden beperkt, maar op Mars, dat veel droger is, sommige stofstormen kunnen uiteindelijk de planeet bedekken.

Een stofduivel in Arizona. NASA http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/2005_dust_devil.html

Stof duivels zijn kleine convectieve wervels, zichtbaar gemaakt door het stof dat ze van het oppervlak lichten. Ze worden ook aangedreven door warmte-energie, waar een koelere atmosfeer in contact staat met een warm oppervlak. Dit komt het meest voor in woestijnachtige gebieden, maar ze kunnen zelfs in gematigde klimaten voorkomen en er zijn opnames van "sneeuwduivels" op helder verlichte bergkammen. Op aarde kunnen ze 1km hoog worden en misschien 10 meters in diameter; op Mars zijn ze over een veel groter bereik van maten gezien, uitbreiding tot 20km-hoog en 200-meters over en verschijnen in veel afbeeldingen van een baan rond een ruimtevaartuig.

State Farm / flickr, CC BYbliksem is een veel voorkomend fenomeen in de atmosfeer van de aarde, dat voorkomt in gebieden met sterke verticale convectie. Over 2,000 onweersbuien zijn op elk moment actief. Lucht in het smalle midden van een bliksemkanaal kan kort 30,000 ° C bereiken, vijf keer de temperatuur van het oppervlak van de zon. Het dondergeluid komt van de snelle uitzetting van de verwarmde lucht en de bomen die worden geraakt worden letterlijk uit elkaar geblazen, omdat het water in hen onmiddellijk kookt.

wees gegroet wordt meestal geassocieerd met onweersbuien en is ook een warm weer, convectief verschijnsel. Mensen beschouwen hagel vaak als een winterevenement, maar late lente en zomer is de enige keer dat echte hagel plaatsvindt in het VK. Wanneer er sterke opwaartse luchtstromen zijn, kunnen hagelstenen grote afmetingen bereiken, tot 20cm in diameter, en kan bijna 1 kg wegen. Hagelstormen kunnen echt dodelijk zijn en helaas zijn er verslagen van vele honderden doden. Mogelijk heeft de dodelijkste hagelstorm meer dan 230-mensen en 1,600-vee gedood in Uttar Pradesh, Noord-India in april 1888 en zijn er al in mei 1411 een aantal dodelijke slachtoffers geregistreerd in Warwickshire, Engeland.

Over de auteur

Stephen Lewis, universitair hoofddocent Fysische Wetenschappen, The Open University. Mijn onderzoeksinteresses zijn op het gebied van planetaire atmosfeermodellering, in het bijzonder met vergelijkende studies van dynamische meteorologie en klimaatprocessen op verschillende planeten. Dit betreft voornamelijk grote numerieke modellen van planetaire atmosferen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boek:

at

Bedankt voor het bezoeken InnerSelf.com, waar er zijn 20,000+ levensveranderende artikelen waarin ‘nieuwe attitudes en nieuwe mogelijkheden’ worden gepromoot. Alle artikelen zijn vertaald naar 30+ talen. Inschrijven aan InnerSelf Magazine, dat wekelijks verschijnt, en Marie T Russell's Daily Inspiration. InnerSelf Magazine verschijnt sinds 1985.