Hoe ontstaat wind?

Van alle weersverschijnselen is voor de watersport wind de allerbelangrijkste. Nou ja temperatuur ook een beetje, want als het hard vriest is alles bevroren en kom je ook niet hard vooruit… De voortstuwing van zeilboten berust zelfs geheel op windkracht. Maar ook motorboten moeten rekening houden met de wind, want de wind veroorzaakt drift. Hoe ontstaat wind eigenlijk? In dit artikel legt Vaarbewijs Filmpjes het aan je uit.

De zon als bron van wind

Je zou het misschien niet gelijk zeggen, maar de zon is de basis voor het ontstaan van wind. Uiteindelijk veroorzaakt dit luchtdrukverschillen. En net zoals dat water van hoog naar laag stroomt, stroomt lucht van hoge druk naar lage druk. Deze luchtstroom is wind. Het aantal zonuren en de intensiteit waarmee de zon op de aarde schijnt verschilt per plek. Zo is het op de evenaar warm en op de polen koud. De lucht op de evenaar is daardoor ook warm en de lucht op de polen is koud.

Het ontstaan van luchtdrukverschillen

Lucht heeft gewicht en luchtdruk is een maat voor de hoeveelheid lucht die recht boven je zit. Hoe meer lucht je boven je hebt, hoe hoger de luchtdruk. Op een berg is de luchtdruk lager dan op zeeniveau, omdat je dan minder lucht boven je hebt. Warme lucht is lichter dan koude lucht. Dit komt omdat de luchtmoleculen in warme lucht sneller bewegen, waardoor de onderlinge afstand groter wordt en dus de dichtheid kleiner.

Warme lucht bij de evenaar (3) stijgt dus op, als deze lucht gestegen is heb je dus lucht op een paar kilometer boven het aardoppervlak (4). Bij een koelere plek op dezelfde hoogte is er geen lucht, omdat er op die plek geen opstijgende lucht was. Op deze hoogte gaat er dus een luchtstroom lopen (5) van de hoge druk naar de lage druk. Op het aardoppervlak ontstaat op de plek waar de lucht vandaan kwam (1) een lage druk, omdat er lucht boven die plek verdwijnt.

Gedurende die reis hoog boven het aardoppervlak (op een noordelijke halfrond naar het noorden) koelt de lucht af. De lucht wordt weer zwaarder en zakt naar beneden (6). Op het aardoppervlak ontstaat daar een hoge druk (7), omdat er steeds meer lucht boven je komt. Dus ook op het aardoppervlak ontstaat een luchtdrukverschil en gaat de lucht zich verplaatsen naar het deel waar een lage druk was (2). Dit is de luchtstroming die we in de volksmond ‘wind’ noemen.

windstroom van hoge naar lage druk
Luchtstroom van hoge naar lage druk.

Windstromingen op de aarde

Je zou dus verwachten dat er in Nederland meestal een noordelijke wind waait. Immers de lucht stijgt op bij de evenaar en daalt bij de noordpool en stroomt dan over het aardoppervlak terug van de noordpool naar de evenaar. En toch is dit niet waar maar waarom?

windstroom aarde evenaar polen
Basis windstroming op aarde

In werkelijkheid zijn de windstromingen op aarde een stuk complexer, dit heeft onder andere te maken met de dikte van de atmosfeer. Weersverschijnselen spelen zich vooral af in de onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer. Deze is bij de evenaar ongeveer 18 km dik en bij de polen 8 km. In vergelijking met de grootte van de aarde is dit maar een zeer dunne laag.

Dit heeft onder andere het effect dat de lucht die opstijgt bij de evenaar de polen niet haalt, maar dat deze op een breedtegraad van 30 graden al zo voldoende is afgekoeld dat de lucht daar al daalt en terugstroomt naar de evenaar. Deze stroming heet ook wel de Hadley cel. Meer informatie over breedte- en lengtegraden kan je leren in dit Vaarbewijs Filmpje. En de koude lucht die bij de polen naar beneden stroomt haalt de evenaar niet, naar is op een breedtegraad van 60 graden al voldoende opgewarmd dat de lucht daar opstijgt en terugstroomt naar de polen, deze stroming heet ook wel de Polar cel.

windstromen cellen aarde
Complexe luchtstromen op de aarde

Je kan de Hadley cel en de Polar cel zien als twee rechtsdraaiende tandwielen, dit heeft als resultaat dat daar tussenin, dus tussen een breedtegraad van 30 en 60 graden een linksomdraaiende cel ontstaat, deze heet de Ferrel cel. In het plaatje boven zie je dat de wind over het aardoppervlak in dit gebied dus van zuid naar noord loopt. Meer informatie over de verschillende weerscellen is te vinden op Wikipedia.

Overigens is het weer in Nederland onder andere zo interessant en variabel, omdat Nederland ongeveer tussen het gebied van de Polar cel en Ferrel cel ligt en de grenslijn tussen deze twee cellen varieert steeds een beetje, waardoor de invloed van de ene cel iets gaat overheersen. Nederland ligt op ongeveer 52 graden en ligt meestal dus bovenin het gebied van de Ferrel cel. En dus zou je verwachten dat de wind in Nederland vooral uit het zuiden komt. En toch is dit niet waar, maar waarom?

Coriolis kracht

De aarde draait tegen de klok in. De snelheid van de aarde op de evenaar is ongeveer 1670 km/h en op de polen is de snelheid 0 km/h. Dus hoe dichter je naar de polen gaat, hoe langzamer je snelheid. Het gaat hier om de snelheid in de (horizontale) draairichting van de aarde. De lucht die zich op de evenaar bevindt gaat dus ook met een snelheid van 1670 km/h (in de richting van de evenaar).

We hebben gezien dat op het Noordelijk halfrond deze lucht zich naar het noorden verplaatst. Bij deze verticale verplaatsing naar het noorden houdt deze lucht de horizontale snelheid van 1670 km/h. Terwijl de aarde daaronder horizontaal steeds langzamer gaat draaien. Daardoor gaat de luchtstroming niet recht omhoog (intended path in onderstaand plaatje), maar krijgt deze een afwijking naar rechts (actual path in onderstaand plaatje). Alle beweging op het Noordelijk halfrond krijgt door het Coriolis effect een afwijking naar rechts en alle beweging op het Zuidelijk halfrond een afwijking naar links. Daarom draaien orkanen en waterafvoerputjes op het Noordelijk halfrond naar rechtsom.

coriolis effect
Coriolis kracht

Windrichting hogedruk en lagedruk gebieden

Isobaren zijn lijnen die gebieden met een gelijke luchtdruk aangeven. Luchtdruk wordt aangegeven in de eenheid hPa. De gemiddelde luchtdruk is 1013 hPa. 1040 hPa bijvoorbeeld is hogedruk en 980 hPa is lagedruk. Wind stroomt van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied, maar door het Coriolis effect gaat dit met een omweg naar rechts. In de praktijk draait de wind rechtsom een hogedrukgebied en linksom een lagedrukgebied. En maakt de wind ongeveer een hoek van 30 graden met de isobaren.

Onderstaande weerkaart is een typische weerkaart voor Europa. Op het grensvlak van de Hadley en Ferrel cel op ongeveer 30 graden noorderbreedte ontstaat een hogedrukgebied. In ons gebied heet dat het Azorenhoog, links van Spanje. Bij de Baltische staten, op het grensgebied van de Ferrel cel en de Polar cel op ongeveer 60 graden Noorderbreedte ontstaat een lagedruk gebied. De wind gaat van de Azoren naar de Baltische staten onder een hoek van 30 graden met de isobaren en dit resulteert in Nederland in een westenwind. En laat dit nu net de meest voorkomende windrichting in Nederland zijn! Nu weet je waarom!

weerkaart nederland azorenhoog
Typische weerkaart Europa

Nog complexer

De realiteit is nog veel complexer en in de praktijk kunnen alle windrichtingen voorkomen in Nederland. Zo veranderen hogedruk- en lagedrukgebieden van vorm en kracht. Hebben zee- en landtemperatuur invloed. Stromingen in de hoge luchtlagen hebben invloed in hoe gebieden zich verplaatsen. Is het Coriolis effect hoog in de lucht sterker dan laag bij de grond. Remt de wind af door bossen en bebouwing. Hebben bergen en meren, luchtvochtigheid enzovoort allemaal invloed op al deze processen.

Windkracht

Er is een wereldwijde standaard om de windsnelheid aan te duiden, de schaal van Beaufort. Daarnaast wordt ook km/h of miles/h gebruikt. In Nederland wordt een stormwaarschuwing afgegeven als windkracht 6 of hoger wordt verwacht.

De schaal van Beaufort bestaat sinds 1805 en is bedacht door de Engelse marinecommandant Francis Beaufort. Het systeem werd in 1873 internationaal erkend en overal gebruikt. De schaal van Beaufort duidt de kracht van de wind aan en Beaufort baseerde zijn schaal op waarnemingen die hij zelf had opschreven. In die tijd bestonden er nog geen goede windmeters en de beschrijving van Beaufort wordt nog steeds gebruikt.

Voor je Vaarbewijs hoef je de uitgebreide beschrijving van Beaufort niet te kennen en ook niet welke Beaufort waardehoeveel km/h is. Maar je moet wel weten welke Beaufort waarde hoort bij welke benaming, bijvoorbeeld windkracht 5 is ‘vrij krachtige’ wind.

Schaal van Beaufort

Windkracht 0 – Windstil

Windsnelheid 0-1 km/h. Rook stijgt recht op uit schoorstenen. Takken en bladeren bewegen niet, vlaggen hangen stil.

Windkracht 1 – Zwak

Windsnelheid 1-5 km/h. Zwakke wind, flauw en stil. Windrichting af te leiden uit rookpluimen. Kleine rimpeling op het water.

Windkracht 2 – Zwak

Windsnelheid 6-11 km/h. Zwak, flauwe koelte. Wind voelbaar in gezicht, bladeren bewegen licht, vlag beweegt, kleine korte golfjes

Windkracht 3 – Matig

Windsnelheid 12-19 km/h. Matige wind, lichte koelte. Bladeren bewegen steeds, vlaggen wapperen, kleine golfjes met lichte schuim.

Windkracht 4 – Matig

Windsnelheid 20-28 km/h. Matige wind, matige koelte. Takken bewegen, kleding flappert, langere golven met lichte schuim.

Windkracht 5 – Vrij krachtig

Windsnelheid 29-38 km/h. Vrij krachtige, frisse bries. Matige langere golven, veel schuimkoppen, kleine bomen bewegen.

Windkracht 6 – Krachtig

Windsnelheid 39-49 km/h. Krachtige, stijve bries. Bomen bewegen, vlaggen staan strak, grotere golven met witte kammen, stuifwater.

Windkracht 7 – Hard

Windsnelheid 50-61 km/h. Hard, harde wind. Matig grote golven, wit schuim begint te strepen in de richting van de wind. Lastig tegen wind inlopen.

Windkracht 8 – Stormachtig

Windsnelheid 62-74 km/h. Stormachtig. Grote golven, kammen beginnen te breken, kleine takken breken af, moeilijk voortbewegen tegen de wind.

Windkracht 9 – Storm

Windsnelheid 75-88 km/h. Storm. Hoge golven, golven rollen en kammen breken, veel stuifwater, takken breken, dakpannen waaien van daken.

Windkracht 10 – Zware storm

Windsnelheid 89-102 km/h. Zware storm. Zeer hoge golven, hele oppervlak is wit van stuifwater, bomen worden ontworteld, schade aan gebouwen.

Windkracht 11 – Zeer zware storm

Windsnelheid 103-117 km/h. Zeer zware storm. Buitengewoon hoge golven, zee bedekt met witte schuimstrepen, grote schade aan bossen/gebouwen.

Windkracht 12 – Orkaan

Windsnelheid 118+ km/h. Orkaan. Lucht gevuld met schuim en water, verwoestingen aan gebouwen en bossen, extreem hoge golven.

Meer informatie?

Veel meer informatie over het actuele weer en weersverschijnselen kan je leren op weer.nl. De actuele windinformatie kan je op deze pagina zien.

Meteorologie en Vaarbewijs

Voor je Vaarbewijs 1 moet je deze meteorologische kennis hebben en voor Vaarbewijs 2 ook kennis over luchtsoorten en wolken.

Lid worden Vaarbewijs Filmpjes

Meer lezen?