书籍暂未推出简体中文版——当前显示 Nederlands 版。
Aard- en ruimtewetenschappen basisschool en onderbouw · 1–9 年级
24Wind en de algemene circulatie
Eeuwenlang vertrouwden zeilschepen die uit de havens van Europa en Afrika naar Amerika vertrokken op een gestage wind uit het oosten, die aan weerszijden van de evenaar waait en hen over de Atlantische Oceaan voerde. Zeelieden over de hele wereld kenden hem, en de vroege handel met Amerika hing ervan af: het is de passaatwind. Ook nu nog gebruiken vrachtschepen de passaatwinden, en de zeestromingen die ze aandrijven, om hun reizen te bekorten.
Waarom waait de passaatwind uit het oosten, en altijd op dezelfde plaatsen? Waarom liggen er woestijnen bij de keerkringen en regenwouden bij de evenaar? Het antwoord begint bij de Zon.
Wat je al weet
Wind is bewegende lucht (de natuurkundeboeken). Lucht drukt op alles wat ze raakt, en de druk neemt af met de hoogte (Hoofdstuk 23). Het weer speelt zich af in de troposfeer, de onderste laag van de atmosfeer. De Aarde heeft klimaatzones: warm en nat bij de evenaar, met regenwouden; hete en droge woestijnen bij de keerkringen; gematigde en dan koude zones naar de polen toe (Hoofdstuk 11).
24.1 De Zon verwarmt de Aarde ongelijk
Om 12 uur ’s middags op de dag van een equinox staat de Zon recht boven de evenaar. Haar stralen komen daar steil aan en vallen op een klein stuk grond. Verder naar het noorden of het zuiden komen dezelfde stralen schuin aan en worden ze over een groter stuk verspreid: elke vierkante meter krijgt minder van hun energie. Op een breedte van bedekt dezelfde bundel twee keer zoveel grond als bij de evenaar, dus krijgt elke vierkante meter maar de helft.
| breedte | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| grond bedekt door dezelfde bundel | 1 | 1.15 | 1.41 | 2 | 3.86 |
| energie per vierkante meter (% van die bij de evenaar) | 100 | 87 | 71 | 50 | 26 |
Terwijl de Aarde om de Zon draait, laat haar scheve as de Zon die recht boven staat heen en weer gaan tussen de twee keerkringen, wat de seizoenen geeft (de natuurkundeboeken); maar het hele jaar door krijgen de gebieden bij de evenaar veel meer energie dan die bij de polen. Deze ongelijke opwarming is de belangrijkste drijfveer van de wind: de atmosfeer voert warme lucht naar de polen en koude lucht naar de evenaar.
24.2 Stijgende en dalende lucht
Warme lucht is lichter dan koude lucht: ze stijgt op, en de koelere lucht eromheen stroomt toe om haar plaats in te nemen. Waar lucht opstijgt, drukt ze minder op de grond: de druk is daar laag. Waar lucht daalt, drukt ze meer: de druk is hoog. Aan de grond waait de wind van hoge druk naar lage druk. Opstijgend, afkoelend, dalend en terugstromend draait de lucht rond in een kringloop.
Definitie 24.1 (Convectiecel)
Een convectiecel in de atmosfeer is een kringloop van bewegende lucht: lucht die van onderaf wordt verwarmd, stijgt op, spreidt zich op hoogte uit, koelt af en daalt ergens anders, en stroomt langs de grond terug naar waar ze opsteeg. Onder de stijgende lucht is de druk laag; onder de dalende lucht is hij hoog.
In het laboratorium — Warme lucht stijgt op
Knip binnen uit een vel dun papier een spiraal, zoals de schil van een appel, en hang hem aan een draadje aan zijn midden op. Houd hem in de winter hoog boven een warme radiator (nooit boven een vlam of een kaars): hij gaat langzaam draaien. De lucht die door de radiator is verwarmd, stijgt op en duwt tegen de spiraal. Houd hem bij een koud raam: draait hij dan de andere kant op, of helemaal niet?
De kleinste convectiecellen kun je op een zonnige dag aan zee voelen. Het land en de zee krijgen evenveel zon, maar de zonnestralen dringen niet diep in de grond door, terwijl de zee haar warmte over een dikke laag water verspreidt. Daardoor warmt het land overdag veel meer op, en koelt het ’s nachts veel meer af.
Definitie 24.2 (Zeewind en landwind)
Een zeewind is een wind die overdag van de zee naar het land waait, als het land warmer is dan de zee. Een landwind waait ’s nachts van het land naar de zee, als het land kouder is geworden dan de zee.
24.3 De algemene winden
Op de schaal van de hele Aarde gebeurt hetzelfde. Bij de evenaar stijgt de sterk verwarmde lucht op; ze spreidt zich op hoogte uit naar de polen en daalt weer rond breedte. Gemiddeld over vele jaren draait de troposfeer van elk halfrond in drie grote convectiecellen: een van de evenaar tot ongeveer , een van ongeveer tot ongeveer , en een van ongeveer tot de pool. Meteorologen noemen ze de hadleycel, de ferrelcel en de poolcel. Hun grenzen verschuiven met de seizoenen, en de middelste cel is een ruw gemiddelde van vele voorbijtrekkende stormen.
De winden aan de grond zouden recht van hoge naar lage druk waaien als de Aarde niet draaide. Omdat de Aarde draait, wordt bewegende lucht afgebogen: naar rechts op het noordelijk halfrond, naar links op het zuidelijk halfrond. De lucht die naar de evenaar terugstroomt, komt dus niet uit het noorden, maar uit het noordoosten op het noordelijk halfrond en uit het zuidoosten op het zuidelijk halfrond.
Definitie 24.3 (De algemene winden)
De winden aan het oppervlak die in elke breedtegordel het vaakst waaien, zijn:
- de passaatwinden, tussen de evenaar en ongeveer , die op het noordelijk halfrond uit het noordoosten en op het zuidelijk halfrond uit het zuidoosten waaien;
- de westenwinden, tussen ongeveer en , die uit het westen waaien (uit het zuidwesten op het noordelijk halfrond, uit het noordwesten op het zuidelijk);
- de polaire oostenwinden, tussen ongeveer en de polen, die uit het oosten waaien.
Methode 24.4 (De algemene wind op een breedte vinden)
- Zoek de gordel: van de evenaar tot ongeveer , van tot , of van tot de pool.
- Zoek in welke richting de lucht in die gordel aan de grond stroomt: naar de evenaar in de eerste en de laatste gordel, naar de pool in de middelste.
- Buig deze stroming af: naar rechts op het noordelijk halfrond, naar links op het zuidelijk halfrond.
- Zeg waar de wind vandaan komt: winden worden genoemd naar de richting waaruit ze waaien.
Voorbeeld 24.5 (De wind op zuiderbreedte)
Op ZB zijn we in de middelste gordel, tussen en . Daar stroomt de lucht aan de grond naar de pool, dat wil zeggen naar het zuiden. Op het zuidelijk halfrond wordt ze naar links afgebogen: voor lucht die naar het zuiden gaat, is links het oosten, dus beweegt de lucht uiteindelijk naar het zuidoosten. Ze komt dus uit het noordwesten: het is een van de westenwinden, uit het noordwesten.
Bij de evenaar, waar de passaatwinden van de twee halfronden elkaar ontmoeten, gaan de winden liggen: zeelieden noemden deze windstille gordel de stiltegordel. De warme, vochtige lucht stijgt daar op, koelt af en geeft aanhoudende buien en onweer. Rond , onder de dalende lucht, zijn de winden zwak en is regen zeldzaam.
Definitie 24.6 (Algemene circulatie van de atmosfeer)
De algemene circulatie van de atmosfeer is de grootschalige beweging van lucht rond de planeet, die zichtbaar wordt als je de winden over vele jaren middelt. Ze voert warmte van de evenaar naar de polen, en waterdamp van de ene breedtegordel naar de andere.
24.4 De algemene circulatie en de klimaatzones
De algemene circulatie verklaart veel van de kaart van de klimaten. Waar lucht opstijgt, bij de evenaar, koelt ze af en wordt haar waterdamp wolken: regen valt vaak, en er groeien regenwouden. Waar de lucht daalt, rond noorder- en zuiderbreedte, warmt ze op terwijl ze daalt, drogen haar wolken op en is regen zeldzaam: de grote hete woestijnen, zoals de Sahara, liggen in deze gordels. Op de gematigde breedten brengen de westenwinden de ene storm na de andere, met regen in alle seizoenen.

Voorbeeld 24.7 (Vier steden, vier gordels)
De vier steden van de klimaatdiagrammen van Hoofdstuk 11 liggen allemaal op het noordelijk halfrond, op heel verschillende breedten. Hun jaarlijkse regen en sneeuw volgen de gordels van de algemene circulatie (diagram hieronder). Hilo, op NB, ligt op een eiland in de passaatgordel, midden in de oceaan, waar de passaatwinden waterdamp opnemen: er valt daar ongeveer per jaar. Phoenix, op NB, ligt dicht bij , onder de dalende lucht: minder dan . Seattle, op NB, ligt in de westenwinden, waarvan de stormen ongeveer per jaar brengen, het meeste van de herfst tot de lente. Utqiaġvik, op NB, ligt onder de koude lucht die bij de pool daalt: minder dan , een koude woestijn.
Vier steden zijn maar vier punten: bergen, kusten en koude of warme zeeën veranderen ook hoeveel regen een plek krijgt. De gordels geven het grote patroon van de kaart van de klimaten, niet de regen van elke stad.
24.5 Oefeningen
Oefening 24.1 ★
Noem de algemene wind die het vaakst waait: (a) op NB; (b) op ZB; (c) op NB; (d) op ZB. Geef telkens zijn richting.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.1.
(a) De noordoostpassaat, uit het noordoosten. (b) De westenwinden, uit het noordwesten. (c) De polaire oostenwinden, uit het oosten (uit het noordoosten). (d) De zuidoostpassaat, uit het zuidoosten.
Oefening 24.2 ★
Maak elke zin af. (a) Warme lucht … en koude lucht …. (b) Onder stijgende lucht is de druk aan de grond …. (c) Aan de grond waait de wind van … druk naar … druk. (d) Op het noordelijk halfrond buigt de draaiing van de Aarde bewegende lucht af naar ….
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.2.
(a) Warme lucht stijgt op en koude lucht daalt. (b) Laag. (c) Van hoge druk naar lage druk. (d) Naar rechts.
Oefening 24.3 ★
Waar of niet waar? Verbeter de onware zinnen. (a) Een zeewind waait van het land naar de zee. (b) Overdag warmt het land sneller op dan de zee. (c) De passaatwinden waaien uit het westen. (d) Veel grote woestijnen liggen rond breedte.
Oefening 24.4 ★
Teken een kust met de zee links en het land rechts. Voeg de Zon toe en teken dan met pijlen de kringloop van de lucht van de zeewind. Zet H en L waar de druk aan de grond hoog en laag is.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.4.
De tekening toont een kringloop: langs de grond een pijl van de zee naar het land; boven het land een pijl omhoog; op hoogte een pijl van het land terug boven de zee; boven de zee een pijl omlaag. H staat op de grond onder de dalende lucht (boven de zee), L onder de stijgende lucht (boven het land).
Oefening 24.5 ★★
Gebruik de tabel met bundels in dit hoofdstuk. (a) Hoeveel meer grond bedekt een bundel op dan bij de evenaar? (b) Welk percentage van de energie bij de evenaar krijgt elke vierkante meter op ? (c) Op ? (d) Leg in één zin uit waarom het bij de polen koud is.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.5.
(a) 1.41 keer zoveel grond. (b) 50 %. (c) 26 %. (d) Bij de polen komt het zonlicht schuin aan en wordt het over een groot oppervlak verspreid, zodat elke vierkante meter weinig energie krijgt.
Oefening 24.6 ★★
Een boot vaart pal naar het zuiden door het noordelijk en daarna het zuidelijk halfrond. (a) Welke winden komt hij tegen, in volgorde, van NB tot ZB? (b) Waar zal hij waarschijnlijk windstilte en veel buien vinden? (c) Waar zijn de winden zwak en is regen zeldzaam?
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.6.
(a) Polaire oostenwinden ( tot NB), westenwinden ( tot NB), noordoostpassaat ( NB tot de evenaar), zuidoostpassaat (evenaar tot ZB), westenwinden ( tot ZB), polaire oostenwinden ( tot ZB). (b) Bij de evenaar, in de stiltegordel. (c) Rond NB en ZB, onder de dalende lucht.
Oefening 24.7 ★★
Op een strand is het om 15 uur op het zand en boven de zee. Om 3 uur ’s nachts is het op het land en boven de zee. (a) Wat is om 15 uur warmer? Welke kant op waait de wind? (b) En om 3 uur ’s nachts? (c) Hoeveel graden verandert de temperatuur van het land tussen de twee tijdstippen? En die van de zee? (d) Verklaar het verschil.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.7.
(a) Het land (): de wind waait van de zee naar het land, een zeewind. (b) De zee (): de wind waait van het land naar de zee, een landwind. (c) Het land: graden; de zee: graad. (d) De zonnestralen verwarmen maar een dun laagje grond, dat snel opwarmt en afkoelt; de zee verspreidt haar warmte over een dikke laag water, dus verandert haar temperatuur tussen dag en nacht nauwelijks.
Oefening 24.8 ★★
Lucht stroomt van de hogedrukgordel rond NB naar de evenaar. (a) Uit welke richting zou ze waaien zonder de draaiing van de Aarde? (b) Naar welke kant buigt de draaiing haar af op dit halfrond? (c) Uit welke richting waait ze dan? (d) Beantwoord dezelfde drie vragen voor de lucht die vanaf ZB naar de evenaar stroomt.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.8.
(a) Uit het noorden. (b) Naar rechts. (c) Uit het noordoosten (het is de noordoostpassaat). (d) Zonder draaiing zou ze uit het zuiden waaien; de draaiing buigt haar naar links af; ze waait uit het zuidoosten.
Oefening 24.9 ★★
Leg stap voor stap uit waarom het bij de evenaar zo vaak regent: gebruik de woorden verwarmd, stijgt, koelt af, wolken. Leg daarna uit waarom er rond NB in Noord-Afrika een woestijn ligt: gebruik de woorden daalt, hoge druk, droog.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.9.
Bij de evenaar worden de grond en de zee sterk door de Zon verwarmd; de warme, vochtige lucht stijgt op; terwijl ze opstijgt, koelt ze af, en haar waterdamp wordt wolken, die buien en onweer geven. Rond NB daalt de lucht die bij de evenaar opsteeg; eronder is de druk aan de grond hoog; de dalende lucht warmt op, haar wolken drogen op en het gebied blijft droog: een woestijn.
Oefening 24.10 ★★
Een zeilschip vertrekt uit een haven op NB aan de westkust van Europa naar het Caribisch gebied, op NB. (a) Welke wind zou het op NB tegenkomen? Zou die het schip helpen naar het westen te varen? (b) Waarom zou het schip eerst naar het zuiden moeten varen? (c) Welke wind voert het naar het westen, en tussen welke breedten? (d) Naar welke wind moet het schip voor de terugreis naar Europa zoeken, en op welke breedte?
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.10.
(a) De westenwinden. Nee: ze waaien uit het westen, tegen een schip in dat naar het westen vaart. (b) Om de gordel van de passaatwinden te bereiken, ten zuiden van ongeveer NB. (c) De noordoostpassaat, tussen de evenaar en ongeveer NB. (d) De westenwinden, ten noorden van ongeveer NB (rond NB, de breedte van de thuishaven).
Oefening 24.11 ★★★
Op breedte bedekt een bundel zonlicht om 12 uur ’s middags op een equinox keer zoveel grond als bij de evenaar (op een rekenmachine: ). (a) Controleer de waarde voor . (b) Controleer met de waarde voor , afgerond op twee decimalen. (c) Stel dat een plat liggend zonnepaneel op die dag om 12 uur ’s middags bij de evenaar per vierkante meter krijgt. Hoeveel zou hetzelfde paneel ongeveer krijgen op ? Op ?
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.11.
(a) : de tabel geeft 2. (b) , dat is 1.15. (c) Op : op elke vierkante meter (precies ). Op : .
Oefening 24.12 ★★★
Op elk halfrond heeft de algemene circulatie drie cellen. (a) Teken een zijaanzicht van het noordelijk halfrond, met de evenaar onderaan en de pool bovenaan, en de drie cellen als kringlopen; geef aan waar de lucht opstijgt en waar ze daalt. (b) Geef de gordels van hoge en lage druk aan de grond aan. (c) Voeg de winden aan het oppervlak van elke cel toe, naar rechts afgebogen. (d) Leg met je tekening uit waarom de westenwinden naar het noordoosten waaien.
Oplossing
Oplossing van Oefening 24.12.
(a) Drie kringlopen: lucht stijgt op bij de evenaar en daalt rond ; stijgt op rond en daalt rond ; stijgt op rond en daalt bij de pool. (b) L bij de evenaar en rond ; H rond en bij de pool. (c) Van naar de evenaar gaat de lucht aan het oppervlak naar het zuiden en wordt ze naar rechts afgebogen: noordoostpassaat. Van naar gaat ze naar het noorden en wordt ze naar rechts afgebogen: ze komt uit het zuidwesten. Van de pool naar gaat ze naar het zuiden, naar rechts afgebogen: polaire oostenwind. (d) In de middelste cel stroomt de lucht aan het oppervlak naar de pool, dat wil zeggen naar het noorden; naar rechts afgebogen gaat ze naar het noordoosten: dat zijn de westenwinden.
24.6 Probleem: Zeilen met de passaatwinden
Probleem 24.1
Weekendprobleem — een zeilschip steekt met de noordoostpassaat de Atlantische Oceaan over van Kaapverdië naar Barbados; de route wordt op de kaart gemeten, de wind wordt afgelezen, en de duur van de overtocht wordt berekend
Een zeilschip vertrekt uit Praia, op de Kaapverdische Eilanden, naar Bridgetown, op Barbados. De kaart toont de route en de passaatwind.
Deel I — De route.
- Praia ligt op NB, WL; Bridgetown op NB, WL. Hoeveel lengtegraden liggen ertussen?
- Beide havens liggen dicht bij NB. Langs deze breedtecirkel meet één lengtegraad ongeveer . Ongeveer hoeveel kilometer is de overtocht? Rond af op honderdtallen.
- Precies gemeten op de ronde Aarde is de kortste route . Is het antwoord op vraag 2 een goede schatting?
- Liggen de havens in de gordel van de passaatwinden? Leg uit.
Deel II — De wind.
- Uit welke richting waait de passaatwind hier?
- Het schip vaart naar het westen. Duwt de wind het vooruit, achteruit of opzij? Leg uit met de kaart.
- Waarom waait de passaatwind bijna elke dag van de overtocht in dezelfde richting?
- Waarom moet de kapitein op de terugweg naar Europa niet proberen langs NB naar het oosten te varen?
Deel III — De overtocht.
- Stel dat het schip gemiddeld per uur aflegt. Hoeveel kilometer legt het af in een dag van 24 uur?
- Als de wind onderweg 3 dagen ging liggen, hoeveel kilometer voortgang zou het schip dan verliezen?
- Hoeveel dagen heeft het schip met een gestage passaatwind nodig voor ? Rond af op één decimaal.
- Hoe lang duurt de overtocht, afgerond op een hele dag? Is dat meer of minder dan een maand?
Oplossing
Oplossing van Probleem 24.1.
1. lengtegraden.
2. : ongeveer .
3. Ja: km, een heel klein verschil.
4. Ja: beide liggen dicht bij NB, tussen de evenaar en ongeveer NB, de gordel van de noordoostpassaat.
5. Uit het noordoosten (de pijlen wijzen naar het zuidwesten).
6. Vooruit, en een beetje opzij: de wind komt van achter het schip, iets van rechts, en duwt het naar het westen.
7. Hij hoort bij de algemene circulatie: lucht blijft rond NB dalen en bij de evenaar opstijgen, dus blijft de lucht aan het oppervlak naar de evenaar stromen, en de draaiing van de Aarde buigt haar altijd naar rechts af.
8. De passaatwind zou tegen het schip in waaien. De kapitein moet naar het noorden varen, voorbij ongeveer NB, om de westenwinden te vinden.
9. per dag.
10. .
11. dagen.
12. Ongeveer 23 dagen: minder dan een maand.