Uit de weerwoordwiki:
Elders op weerwoord te vinden.
"Over droog- en natadiabatische processen en lij/föhnwerking
Door: Alwin (Zeist-West)
Hoi allen,
Gisteren gaf ik in de achterkamer van een thread een wat uitgebreidere reactie op een bericht van John. Omdat dit bericht voor de koppensnellers misschien ook interessant is, herhaal ik het nog even in andere woorden, waarbij ik uitgebreid inga op wat nou droogadiabatisch en natadiabatisch is.
Groet,
Alwin
--------------------------------------------------------------------------------
Eergisteren loste de bewolking vrijwel geheel op aan de lijzijde (=stroomafwaartse zijde) van het Teutoburgerwald, wat hier en daar een föhneffect werd genoemd, maar wat mij betreft beter lijwerking wordt genoemd.
Eerst even de begrippen droogadiabatisch en natadiabatisch. Zonder toevoeging of afvoer van energie (bv. door de zon, uitstraling, diffusie, menging...) zal stijgende en dalende lucht van temperatuur veranderen volgens de droog- of natadiabaat.
Stijging betekent uitzetting: hoe hoger je komt, hoe lager de luchtdruk die van alle kanten om je heen op je wordt uitgeoefend. Bij dit uitzetten wordt mechanische energie geleverd. Nu heeft elk luchtpakketje een reservoir van thermische energie, waarvan de grootte evenredig is met z'n temperatuur. Zet lucht uit en levert deze lucht dus mechanische energie, dan kan deze geput worden uit z'n thermische energiereservoir -> hij koelt droogadiabatisch af. De droogadiabatische afkoeling per kilometer stijging is een constante, nl. 9.8°C afkoeling per kilometer stijging. Bij deze droogadiabatische afkoeling neemt de relatieve luchtvochtigheid in het luchtpakketje altijd toe, want de rondzwevende watermoleculen worden trager vanwege de afkoeling en trillen zich steeds moeilijker los van een eventuele samenklontering. Overschrijdt de relatieve luchtvochtigheid de 100%, dan zal het samenklonteren van watermoleculen onder normale omstandigheden vrij vlot de overhand krijgen over het zich lostrillen van watermoleculen. Er vindt condensatie plaats: waterdamp (een onzichtbaar gas) verandert deels in minuscule waterdruppeltjes (nevel/mist, een wolk). Dit gebeurt net zolang tot de relatieve luchtvochtigheid de 100% niet meer overschrijdt.
Dan nu iets belangrijks: bij elk waterdruppeltje dat condenseert komt een klein beetje condensatiewarmte vrij. Het samenklonteringsproces is hier verantwoordelijk voor. Alle lucht die losse watermoleculen (waterdamp) bevat, bevat daarmee dus ook een hoeveelheid 'latente' condensatiewarmte (ook stollingswarmte wanneer de druppeltjes vervolgens bevriezen). Deze latente warmte kan bij condensatie en evt. daarna bevriezing, of directe verrijping, vrijkomen en ligt dus al in de lucht zelf besloten.
Hiervoor beschreef ik dat lucht droogadiabatisch afkoelt wanneer deze stijgt, uitzet en dus arbeid verricht: thermische energie wordt omgezet in mechanische energie. Treedt nu bovendien condensatie op vanwege de droogadiabatische afkoeling, dan krijgt de lucht -- via de omweg van het vrijkomen van condensatiewarmte -- een klein beetje van z'n verloren thermische energie terug. De afkoeling verloopt minder hard dan die droogadiabatische 9.8°C per kilometer stijging en wordt beperkt tot een natadiabatische afkoeling van meestal zo'n 5 à 6°C per kilometer stijging.
Tot nu toe ging het alleen over stijgende en afkoelende lucht. Voor dalende lucht geldt eigenlijk het omgekeerde: de dalende lucht wordt droogadiabatisch samengedrukt vanwege de toenemende druk van de steeds dikkere luchtkolom erboven. In dat geval warmt de lucht dus óp. Als de lucht een relatieve luchtvochtigheid van minder dan 100% heeft (onverzadigde lucht noemt men dat) én er bevinden zich geen waterdruppeltjes of ijskristallen in die lucht, dan zal de daling droogadiabatisch verlopen: bij elke kilometer daling neemt de temperatuur met 9.8°C toe.
Bevat de dalende lucht wél waterdruppeltjes, dan verloopt de daling natadiabatisch (ijskristallen smelten eerst ook nog, of ze sublimeren meteen; dit kost een klein beetje meer warmte maar om het niet té moeilijk te maken heb ik het even over waterdruppeltjes).
Dalende verzadigde lucht mét daarin waterdruppeltjes warmt aanvankelijk gewoon droogadiabatisch op, maar direct zal de relatieve luchtvochtigheid vanwege deze opwarming afnemen tot beneden de 100%. De watermoleculen in de aanwezige wolkendruppeltjes trillen dan hard genoeg om zich in groten getale los te wurmen uit de samenklontering van watermoleculen: de druppeltjes verdampen deels. Voor deze verdamping moet de gewonnen thermische energie weer voor een deel ingeleverd worden, want verdamping kost nou eenmaal energie. Zolang er nog waterdruppeltjes in de dalende lucht aanwezig zijn zal de daling dus niet droog- (=9.8°C stijging per kilometer daling), maar natadiabatisch -- gedempt door verdampingsafkoeling -- verlopen.
Wat is nu het föhneffect? Allereerst beschrijf ik een neutrale, neerslagvrije situatie waarbij de lucht over een berg, een topografie stroomt. Direct aan het aardoppervlak zal lucht langs deze topografie bewegen. Als dit niet zo was, zou de lucht direct aan het aardoppervlak een snelheidscomponent loodrecht op dat aardoppervlak moeten hebben, en het is denk ik intuïtief al in te zien dat dit een onmogelijkheid is. Aan de loefzijde (= stroomopwaartse zijde) van een berg zal de lucht dus stijgen volgens de topografie van de berg. Voor onverzadigde lucht gebeurt dit droogadiabatisch, totdat de relatieve luchtvochtigheid de 100% overschrijdt en de stijging in de wolk natadiabatisch verder gaat. Aan de top van de berg wordt de daling aan de lijzijde (= stroomafwaartse zijde) ingezet. De beschikbare wolkendruppeltjes in de wolk verdampen weer één voor één terwijl de lucht natadiabatisch opwarmt. Als er geen druppeltjes meer over zijn gaat de daling droogadiabatisch door. Aan weerszijden van de berg zou er zo dus een perfecte symmetrie zijn!
Het zou mooi zijn als het tot aan dit punt duidelijk is allemaal.
Wat gebeurt er nu bij een föhn? In een föhnsituatie wordt een deel van de gecondenseerde wolkendruppeltjes aan de loefzijde door neerslag verwijderd. En dit is cruciaal. De wolkendruppeltjes die uitregenen aan de loefzijde kunnen aan de lijzijde niet meer verdampen en voor afkoeling zorgen! De condensatiewarmte die vrijkwam aan de loefzijde is dus opgeslagen in de lucht, zodat de lucht aan de lijzijde op hetzelfde niveau droger en warmer is dan aan de loefzijde.
Toch zie je soms dat bewolking aan de lijzijde van een berg oplost en dat het daar warmer is dan aan de loefzijde, terwijl er nergens sprake is van neerslag. Dan is er sprake van lijwerking door menging met een potentieel warmere en drogere bovenlucht. Met potentieel warmer bedoel ik het volgende. Stel een niveau Z2 ligt boven een niveau Z1. Als je nu lucht droogadiabatisch van Z2 naar Z1 laat dalen, en als de temperatuur van deze gedaalde lucht hóger ligt dan de temperatuur van de aanwezige lucht op Z1, dan is de lucht op Z2 potentieel warmer. Het heeft een hogere potentiële temperatuur.
(De potentiële temperatuur is de temperatuur die de lucht zou aannemen als deze droogadiabatisch naar 1000 hPa zou worden gebracht, hetzij door stijging bij een luchtdruk boven de 1000 hPa of door daling bij een luchtdruk beneden de 1000 hPa. Als je een meting zou doen van het verticale temperatuurprofiel en zou vinden dat de temperatuur minder hard daalt met de hoogte dan die droogadiabatische 9.8°C afkoeling per km stijging, dan neemt de potentiële temperatuur dus toe met de hoogte. Dit is --behalve in een thermieksituatie -- vrijwel altijd het geval.)
Ik had het dus over lijwerking door menging met een potentieel warmere en drogere bovenlucht. Bij stroming over een berg vindt altijd wel wat menging plaats. Neemt de potentiële temperatuur nu toe met de hoogte (in een inversiesituatie is dit in hoge mate het geval), dan zal verticale menging leiden tot een hogere temperatuur en een lagere relatieve luchtvochtigheid aan de lijzijde van een berg. Deze lijwerking lijkt effectief op een föhn, maar het principe is heel anders.
Hopelijk is het duidelijk, maar vragen zijn welkom.
Groet,
Alwin "
Elders op weerwoord te vinden.
"Over droog- en natadiabatische processen en lij/föhnwerking
Door: Alwin (Zeist-West)
Hoi allen,
Gisteren gaf ik in de achterkamer van een thread een wat uitgebreidere reactie op een bericht van John. Omdat dit bericht voor de koppensnellers misschien ook interessant is, herhaal ik het nog even in andere woorden, waarbij ik uitgebreid inga op wat nou droogadiabatisch en natadiabatisch is.
Groet,
Alwin
--------------------------------------------------------------------------------
Eergisteren loste de bewolking vrijwel geheel op aan de lijzijde (=stroomafwaartse zijde) van het Teutoburgerwald, wat hier en daar een föhneffect werd genoemd, maar wat mij betreft beter lijwerking wordt genoemd.
Eerst even de begrippen droogadiabatisch en natadiabatisch. Zonder toevoeging of afvoer van energie (bv. door de zon, uitstraling, diffusie, menging...) zal stijgende en dalende lucht van temperatuur veranderen volgens de droog- of natadiabaat.
Stijging betekent uitzetting: hoe hoger je komt, hoe lager de luchtdruk die van alle kanten om je heen op je wordt uitgeoefend. Bij dit uitzetten wordt mechanische energie geleverd. Nu heeft elk luchtpakketje een reservoir van thermische energie, waarvan de grootte evenredig is met z'n temperatuur. Zet lucht uit en levert deze lucht dus mechanische energie, dan kan deze geput worden uit z'n thermische energiereservoir -> hij koelt droogadiabatisch af. De droogadiabatische afkoeling per kilometer stijging is een constante, nl. 9.8°C afkoeling per kilometer stijging. Bij deze droogadiabatische afkoeling neemt de relatieve luchtvochtigheid in het luchtpakketje altijd toe, want de rondzwevende watermoleculen worden trager vanwege de afkoeling en trillen zich steeds moeilijker los van een eventuele samenklontering. Overschrijdt de relatieve luchtvochtigheid de 100%, dan zal het samenklonteren van watermoleculen onder normale omstandigheden vrij vlot de overhand krijgen over het zich lostrillen van watermoleculen. Er vindt condensatie plaats: waterdamp (een onzichtbaar gas) verandert deels in minuscule waterdruppeltjes (nevel/mist, een wolk). Dit gebeurt net zolang tot de relatieve luchtvochtigheid de 100% niet meer overschrijdt.
Dan nu iets belangrijks: bij elk waterdruppeltje dat condenseert komt een klein beetje condensatiewarmte vrij. Het samenklonteringsproces is hier verantwoordelijk voor. Alle lucht die losse watermoleculen (waterdamp) bevat, bevat daarmee dus ook een hoeveelheid 'latente' condensatiewarmte (ook stollingswarmte wanneer de druppeltjes vervolgens bevriezen). Deze latente warmte kan bij condensatie en evt. daarna bevriezing, of directe verrijping, vrijkomen en ligt dus al in de lucht zelf besloten.
Hiervoor beschreef ik dat lucht droogadiabatisch afkoelt wanneer deze stijgt, uitzet en dus arbeid verricht: thermische energie wordt omgezet in mechanische energie. Treedt nu bovendien condensatie op vanwege de droogadiabatische afkoeling, dan krijgt de lucht -- via de omweg van het vrijkomen van condensatiewarmte -- een klein beetje van z'n verloren thermische energie terug. De afkoeling verloopt minder hard dan die droogadiabatische 9.8°C per kilometer stijging en wordt beperkt tot een natadiabatische afkoeling van meestal zo'n 5 à 6°C per kilometer stijging.
Tot nu toe ging het alleen over stijgende en afkoelende lucht. Voor dalende lucht geldt eigenlijk het omgekeerde: de dalende lucht wordt droogadiabatisch samengedrukt vanwege de toenemende druk van de steeds dikkere luchtkolom erboven. In dat geval warmt de lucht dus óp. Als de lucht een relatieve luchtvochtigheid van minder dan 100% heeft (onverzadigde lucht noemt men dat) én er bevinden zich geen waterdruppeltjes of ijskristallen in die lucht, dan zal de daling droogadiabatisch verlopen: bij elke kilometer daling neemt de temperatuur met 9.8°C toe.
Bevat de dalende lucht wél waterdruppeltjes, dan verloopt de daling natadiabatisch (ijskristallen smelten eerst ook nog, of ze sublimeren meteen; dit kost een klein beetje meer warmte maar om het niet té moeilijk te maken heb ik het even over waterdruppeltjes).
Dalende verzadigde lucht mét daarin waterdruppeltjes warmt aanvankelijk gewoon droogadiabatisch op, maar direct zal de relatieve luchtvochtigheid vanwege deze opwarming afnemen tot beneden de 100%. De watermoleculen in de aanwezige wolkendruppeltjes trillen dan hard genoeg om zich in groten getale los te wurmen uit de samenklontering van watermoleculen: de druppeltjes verdampen deels. Voor deze verdamping moet de gewonnen thermische energie weer voor een deel ingeleverd worden, want verdamping kost nou eenmaal energie. Zolang er nog waterdruppeltjes in de dalende lucht aanwezig zijn zal de daling dus niet droog- (=9.8°C stijging per kilometer daling), maar natadiabatisch -- gedempt door verdampingsafkoeling -- verlopen.
Wat is nu het föhneffect? Allereerst beschrijf ik een neutrale, neerslagvrije situatie waarbij de lucht over een berg, een topografie stroomt. Direct aan het aardoppervlak zal lucht langs deze topografie bewegen. Als dit niet zo was, zou de lucht direct aan het aardoppervlak een snelheidscomponent loodrecht op dat aardoppervlak moeten hebben, en het is denk ik intuïtief al in te zien dat dit een onmogelijkheid is. Aan de loefzijde (= stroomopwaartse zijde) van een berg zal de lucht dus stijgen volgens de topografie van de berg. Voor onverzadigde lucht gebeurt dit droogadiabatisch, totdat de relatieve luchtvochtigheid de 100% overschrijdt en de stijging in de wolk natadiabatisch verder gaat. Aan de top van de berg wordt de daling aan de lijzijde (= stroomafwaartse zijde) ingezet. De beschikbare wolkendruppeltjes in de wolk verdampen weer één voor één terwijl de lucht natadiabatisch opwarmt. Als er geen druppeltjes meer over zijn gaat de daling droogadiabatisch door. Aan weerszijden van de berg zou er zo dus een perfecte symmetrie zijn!
Het zou mooi zijn als het tot aan dit punt duidelijk is allemaal.
Wat gebeurt er nu bij een föhn? In een föhnsituatie wordt een deel van de gecondenseerde wolkendruppeltjes aan de loefzijde door neerslag verwijderd. En dit is cruciaal. De wolkendruppeltjes die uitregenen aan de loefzijde kunnen aan de lijzijde niet meer verdampen en voor afkoeling zorgen! De condensatiewarmte die vrijkwam aan de loefzijde is dus opgeslagen in de lucht, zodat de lucht aan de lijzijde op hetzelfde niveau droger en warmer is dan aan de loefzijde.
Toch zie je soms dat bewolking aan de lijzijde van een berg oplost en dat het daar warmer is dan aan de loefzijde, terwijl er nergens sprake is van neerslag. Dan is er sprake van lijwerking door menging met een potentieel warmere en drogere bovenlucht. Met potentieel warmer bedoel ik het volgende. Stel een niveau Z2 ligt boven een niveau Z1. Als je nu lucht droogadiabatisch van Z2 naar Z1 laat dalen, en als de temperatuur van deze gedaalde lucht hóger ligt dan de temperatuur van de aanwezige lucht op Z1, dan is de lucht op Z2 potentieel warmer. Het heeft een hogere potentiële temperatuur.
(De potentiële temperatuur is de temperatuur die de lucht zou aannemen als deze droogadiabatisch naar 1000 hPa zou worden gebracht, hetzij door stijging bij een luchtdruk boven de 1000 hPa of door daling bij een luchtdruk beneden de 1000 hPa. Als je een meting zou doen van het verticale temperatuurprofiel en zou vinden dat de temperatuur minder hard daalt met de hoogte dan die droogadiabatische 9.8°C afkoeling per km stijging, dan neemt de potentiële temperatuur dus toe met de hoogte. Dit is --behalve in een thermieksituatie -- vrijwel altijd het geval.)
Ik had het dus over lijwerking door menging met een potentieel warmere en drogere bovenlucht. Bij stroming over een berg vindt altijd wel wat menging plaats. Neemt de potentiële temperatuur nu toe met de hoogte (in een inversiesituatie is dit in hoge mate het geval), dan zal verticale menging leiden tot een hogere temperatuur en een lagere relatieve luchtvochtigheid aan de lijzijde van een berg. Deze lijwerking lijkt effectief op een föhn, maar het principe is heel anders.
Hopelijk is het duidelijk, maar vragen zijn welkom.
Groet,
Alwin "
Toch nog een vraag:
