Fronten en depressies

Fronten en depressies Aarnout van Delden http://www.phys.uu.nl/~nvdelden/

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

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

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

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

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

Hoe ontstaat een depressie: een voorbeeld Een serie satelliet foto s en een verwachting door het Amerikaanse numerieke weersverwachtingsmodel 7 Feb. 2003-11 Feb 2003

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

12 UTC 08 Feb

18 UTC 08 Feb

00 UTC 09 Feb

06 UTC 09 Feb

12 UTC 09 Feb

18 UTC 09 Feb

00 UTC 10 Feb

06 UTC 10 Feb

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

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

00 UTC 09 Feb

06 UTC 09 Feb

12 UTC 09 Feb

18 UTC 09 Feb

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

Numerieke weersverwachting van cyclogenese Beginning of 850 hpa series.

End of 850 hpa series

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

Conceptueel model Shapiro&Keyser (1990)

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

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.

Frontal Deformatie een voorbeeld

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.

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

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)

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

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

Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT:6200.0 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 100 5 0 0 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

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

Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT:6200.0 m; TEMPERATURE: 40.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=0 pe model run 100 5 0 0 h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT:3000.0 m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=1 day pe model run 148 7 5 0 h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT:3000.0 m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=2 days pe model run 196 7 5 0 h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT:3000.0 m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=3 days pe model run 244 7 5 0 h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

Q-VECTOR, POTENTIAL TEMPERATURE (cyan) and HEIGHT (blue) THICK CONTOURS: HEIGHT:3000.0 m; TEMPERATURE: 30.0 C; CONTOUR-INTERVAL: HEIGHT: 50.0 m; TEMPERATURE: 2.5 C t=4 days pe model run 292 7 5 0 h P a. : Q1 =5*10(-11) K m-1 s-1 (min. value:10(-11)k m-1 s-1)

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 100 7 5 0 h P a. 10 m/s

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 148 7 5 0 h P a. 10 m/s

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 196 7 5 0 h P a. 10 m/s

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 244 7 5 0 h P a. 10 m/s

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 292 7 5 0 h P a. 10 m/s

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? http://www.phys.uu.nl/~nvdelden/

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).