Luchtdruk door luchtmassa’s

De atmosfeer is altijd op zoek naar evenwicht.

Een warme luchtmassa zet uit en heeft daardoor meer ruimte nodig. Hij tilt de hogere luchtlagen op en zorgt daar voor hogedruk. Maar warme lucht is ook licht en resulteert in lagedruk nabij het aardoppervlak. Koude lucht krimpt en trekt de hogere luchtlagen naar beneden waardoor daar de luchtdruk daalt. Doordat koudere lucht zwaarder is drukt die sterker op de grond en levert daar een hogedrukgebied af.

We beperken ons tot de warme lucht en bespreken de linkerkant van onderstaande figuren.

Eerste stap: convergentie en divergentie.

In figuur 1 is de beginsituatie te zien waarbij links de warme lucht en rechts de koude lucht.
Boven de warme lucht heerst hogedruk en stroomt de lucht weg (divergentie). Onder de warme lucht is de luchtdruk lager en stroomt de lucht naar binnen (convergentie). Om deze stroming kloppend te krijgen stijgt de warme lucht op. Bij de koude lucht is het net andersom. Bovenin convergentie en onderin divergentie. Daartussenin een dalende luchtbeweging. Als gevolg van de coriolisversnelling buigen de convergentie en divergentie af naar rechts (op het zuidelijk halfrond naar links).

figuur 1

De wrijvingsparadox

Bij voortgaande coriolis-afwijking buigen de winden op den duur 90 graden af naar rechts. De wind is dan geostrofisch en waait evenwijdig aan de isobaren. Bij lagedrukgebieden en op hogere breedte gaat dit sneller dan rond (kleine) hogedrukgebieden en op lage breedte.
Onder invloed van de wrijving van het aardoppervlak remt de lucht af. Hierdoor neemt de coriolisversnelling ook af, want die is afhankelijk van de beweging van de lucht, maar de gradiëntkracht blijft gelijk. Het gevolg is dat de winden niet volledig (90 graden )afwijken naar rechts maar iets minder (60- 80 graden). Zo is er nog wel lucht verplaatsing over de isobaren van hoog naar laag.

Je zou verwachten dat de wrijving een remmende werking heeft op de drukvereffening maar dat is niet het geval. Rond het warme hogedrukgebied in de hoogte waaien de winden evenwijdig met het drukverval. Er is géén divergentie meer en daarmee verdwijnt ook de trek van de stijgende lucht. Echter aan de grond is er nog wel enige convergentie en dus stroomt het lagedrukgebied geleidelijk vol. De opstijgende lucht kan boven niet meer weg en zoekt op geringere hoogte een uitweg naar buiten. Een ander deel probeert door de tropopauze heen te drukken. Zie figuur 2.

figuur 2

Statisch evenwicht van warme- en koude lucht.

Tegelijk met het vol lopen van het lagedrukgebied aan de grond duwt de warme lucht de tropopauze omhoog. Deze koelt daarbij adiabatisch af. Aangezien het vanaf de tropopauze op grotere hoogte niet meer kouder wordt zal het daar nu wel kouder worden als de tropopauze daar komt de liggen. Zodoende onstaat er een relatief koude deken op de warme luchtmassa. Daar de lucht daarboven zeer stabiel van opbouw is raakt die niet meteen onstabiel (warm boven koud is in de troposfeer immers onstabiel). Deze koudere lagen, die ook onder in de stratosfeer onstaan, drukken door het hogere gewicht van de koude terug.
Zo onstaat er een contragewicht die het ondergewicht van de warme lucht compenseert. Aan de grond is het lagedrukgebied volledig verdwenen. Zie figuur 3.

figuur 3

Boven de koude lucht trekt de tropopauze naar beneden en wordt warmer. Hieronder blijft de koude lucht hangen en kan aan de grond niet meer wegstromen. Het koude hogedrukgebied aan de grond is verdwijnt.

De laatste figuur beschrijft de evenwichtssituatie van waaruit men moet vertrekken om de ontwikkeling van lage- en hogedrukgebieden te verklaren. Wanneer een luchtmassa van temperatuur verandert wordt de bovengeschreven evolutie in de drukontwikkeling doorlopen.

Bij warmte advectie vanuit een warme lucht massa die in evenwicht is komt er ook een hogedrukgebied (of rug) mee in de hogere niveaus. Aan de grond is de druk neutraal. Maar bij de WA in de hoogte moet het contragewicht, de hoge tropopauze, ook mee komen. Zoniet dan gaat de luchtdruk in de hele kolom dalen en op zeeniveau onstaat dan weer lagedruk. Koelt de warme lucht op hogere breedte af dan gaat de gronddruk stijgen. Daarmee zoekt de lucht naar een nieuw evenwicht volgens de koude ontwikkeling.