Fronten en depressies

Transcriptie

1 Fronten en depressies Aarnout van Delden

2 Inhoud Wat is een front? Wat is een depressie? Wat is frontogenese? Thermische wind balans Hoe ontstaat een depressie uit een front? De levenscyclus van een depressie

3 Wat is een front? Een front scheidt twee luchtsoorten Luchtsoorten worden meestal gekarakteriseerd door temperatuur en/of relatieve vochtigheid Langs een front vindt men bijna altijd bewolking (waarom?) Weerkaart van 24 okt. 2004, 12 UTC depressie koud front warm

4

5 Satellietfoto van 24 okt. 2004, 12 UTC Bewolking die samenhangt met het front

6 Satellietfoto van 25 okt. 2004, 06 UTC Infra-rood Golvend front Front is NL gepasseerd

7 Wat is een depressie? Een depressie is hetzelfde als een lagedrukgebied. Volgens de wet van Buys Ballot (het geostrofisch evenwicht) stroomt de lucht tegen de wijzers van de klok in rond het lagedrukgebied*. Dit heet een cyclonale beweging. Een lagedrukgebied wordt daarom ook wel aangeduid als een cycloon. De stromen in en rond een depressie Koude dalende stroom Warme stijgende stroom *Op het noordelijk halfrond

8 Hoe ontstaat een depressie: een voorbeeld Een serie satelliet foto s en een verwachting door het Amerikaanse numerieke weersverwachtingsmodel 7 Feb Feb 2003

9 Begin of IR* sat. foto-serie (06 UTC, 8 Feb. 2003) *IR=infrarood

10 12 UTC 08 Feb

11 18 UTC 08 Feb

12 00 UTC 09 Feb

13 06 UTC 09 Feb

14 12 UTC 09 Feb

15 18 UTC 09 Feb

16 00 UTC 10 Feb

17 06 UTC 10 Feb

18 Einde van IR satelliet foto-serie (12 UTC 10 Feb. 2003)

19 Begin of WV* sat. foto-serie (18 UTC, 8 Feb. 2003) *WV=water vapour

20 00 UTC 09 Feb

21 06 UTC 09 Feb

22 12 UTC 09 Feb

23 18 UTC 09 Feb

24 Einde WV-sat. foto-serie (06 UTC, 10 Feb. 2003)

25 Numerieke weersverwachting van cyclogenese Beginning of 850 hpa series.

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36 End of 850 hpa series

37 Wat hebben we gezien? De depressie ontstaat in een gebied met een grote temperatuurgradient De isothermen worden gedeformeerd in het gebied waar de depressie ontstaat

38 Conceptueel model Shapiro&Keyser (1990)

39 De intensiteit van een front Een front scheidt twee luchtsoorten Stel: een luchtsoort wordt gekarakteriseerd door de temperatuur Logische definitie van de intensiteit van een front is de horizontale gradient van de temperatuur in het kwadraat (" h #) 2 % = $# ( ' * & $x ) 2 % + $# ( ' * & $y ) " # (potentiële) temperatuur % " h # ' $ $x, $ & $y,0 ( * ) 2

40 Wat is frontogenese? (Q-vektor) De horizontale gradient van de temperatuur is een vector! Frontogenetische functie: Q-vektor: r d( " #) 2 h dt r Q " Q,Q 1 2 = 2 r Q $ r " h # ( ) " d r # h $ dt Als de Q-vektor evenwijdig staat aan de isothermen is er sprake van deformatie van het front. Dit wordt ook frontogenese genoemd.

41 Frontal Deformatie een voorbeeld

42 Frontogenetische termen* Q 1 = " #u #x Q 2 = " #v #y #$ #x " #v #x #$ #y " #u #y #$ #y " #w #x #$ #x " #w #y #$ #z #$ #z Confluence; shear; tilting C:koud W:warm Pijlen:stroomrichting/ x of y-as *Afleiding is gebaseerd op behoud van potentiele temperatuur.

43 Illustratie van frontogenese Luchtdeeltje in een roterende stroming a A b Stel: horizontale lijnen zijn isothermen B frontogenese A B frontolyse c Frontale deformatie A B

44 Thermische windbalans "u "z # $ g ft "T "y Frontogenese Rechterlid in bovenstaande vgl. verandert. Er ontstaat een beweging zodanig dat balans wordt hersteld. (zie college Cor Schuurmans)

45 Aanpassing aan thermische windbalans Versnelling in de x- richting door de Corioliskracht Vertraging in de x- richting door de Corioliskracht Toename u/ z evenwicht

46 Relatie frontogenese en verticale beweging wordt beschreven door omegavergelijking : "# 2 % $ + f 2 2 $ 0 %p 2 = &2R p Statische stabiliteit Verticale snelheid r r #' Q g Geostrofe Q-vektor Coriolis parameter Uit deze vgl. kan in het algemeen worden afgeleid dat Opwaartse (neerwaarste) beweging als Convergentie (divergentie) van de Q-vektor

47 Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT: m; TEMPERATURE: 40.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C noord:omhoog;oost:rechts Een barokliene golf Parallel aan isothermen! Horizontal domain: 4000 by 3000 km 70 by 60 gridpoints ridge trough pe model run h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1) Divergentie van de Q-vektor

48 Vertikale structuur 3-lagen model 250 hpa 500 hpa 750 hpa

49 Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT: m; TEMPERATURE: 40.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=0 pe model run h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

50 Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT: m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=1 day pe model run h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

51 Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT: m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=2 days pe model run h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

52 Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT: m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=3 days pe model run h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

53 Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT: m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=4 days pe model run h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

54 TEMPERATURE GRADIENT (blue) (smoothed) and WIND VECTOR THICK CONTOURS: 1.00*10-5 K m-1/ CONTOUR-INTERVAL: 0.40*10-5 K m-1/ t=0 pe model run h P a. 10 m/s

55 TEMPERATURE GRADIENT (blue) (smoothed) and WIND VECTOR THICK CONTOURS: 1.00*10-5 K m-1/ CONTOUR-INTERVAL: 0.40*10-5 K m-1/ t=1 day pe model run h P a. 10 m/s

56 TEMPERATURE GRADIENT (blue) (smoothed) and WIND VECTOR THICK CONTOURS: 1.00*10-5 K m-1/ CONTOUR-INTERVAL: 0.40*10-5 K m-1/ t=2 days pe model run h P a. 10 m/s

57 TEMPERATURE GRADIENT (blue) (smoothed) and WIND VECTOR THICK CONTOURS: 1.00*10-5 K m-1/ CONTOUR-INTERVAL: 0.40*10-5 K m-1/ t= 3days pe model run h P a. 10 m/s

58 TEMPERATURE GRADIENT (blue) (smoothed) and WIND VECTOR THICK CONTOURS: 1.00*10-5 K m-1/ CONTOUR-INTERVAL: 0.40*10-5 K m-1/ t=4 days pe model run h P a. 10 m/s

59 Wat waren onze vragen? Wat is een front? Wat is een depressie? Wat is frontogenese? Thermische wind balans Hoe ontstaat een depressie uit een front? De levenscyclus van een depressie Zijn deze vragen beantwoord?

60 Boeken over meteorologie Toegankelijke en goede boeken, vooral de tweede is zeer aan te raden. Barry, R.G., and R.J. Chorley, 1998 (seventh edition): Atmosphere, Weather & Climate. Routledge, London, 409 pp. McIlveen, R., 1992: Fundamentals of weather and climate. Chapman and Hall, London,497 pp. Stull, R., 2000: Meteorology for scientists and engineers (second edition). Brooks/Cole, 502 pp. Boek waar alle wiskundige afleidingen in staan. Holton, J.R., 2004: An Introduction to Dynamic Meteorology, fourth edition. Academic Press, 535pp. (The first (1972), second (1979) and third (1992) edition are also very useful).