---
title: "Onweer en tropische cyclonen"
book: "Aard- en ruimtewetenschappen bovenbouw"
subject: earth
language: nl
chapter: 5
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/5-onweer-en-tropische-cyclonen
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
---

# Hoofdstuk 5 — Onweer en tropische cyclonen

Een hete zomermiddag eindigt in onweer. De lucht wordt donker, een windvlaag koude lucht veegt door de straat, een flits verlicht de wolken — en je begint te tellen: een, twee, drie, … negen seconden later rolt de donder. Het onweer is ongeveer drie kilometer ver. Over een uur is het voorbij, en is de lucht koel en schoon. Boven de warme tropische oceanen kunnen dezelfde ingrediënten — warme, vochtige lucht die opstijgt en condenseert — zich organiseren tot stormen van een heel andere orde: tropische cyclonen, honderden kilometers breed, die dagen duren en winden brengen die sterk genoeg zijn om bossen plat te leggen, en een stijging van de zee die hele kusten overstroomt. Dit hoofdstuk bekijkt [onweersbuien](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm), [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado)’s en tropische cyclonen, en waar hun energie vandaan komt.

**Veiligheid.**

Als je de donder kunt horen, kan de [bliksem](#def-g10-storms-and-cyclones-lightning) je bereiken. Ga een gebouw of een gesloten auto in en blijf daar tot ruim na de laatste donderslag. Schuil nooit onder een alleenstaande boom, en blijf weg van heuveltoppen, open velden en water.

**Wat je al weet.**

Luchtmassa’s, fronten, depressies (gebieden met lage luchtdruk) en anticyclonen worden op weerkaarten getekend met isobaren, lijnen van gelijke druk (Boek 1, jaar 8). Een natuurgevaar is een natuurlijke gebeurtenis die mensen en wat ze bouwen schade kan toebrengen (Boek 1, jaar 5). Geluid plant zich in lucht voort met ongeveer $340\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, licht bijna ogenblikkelijk (de natuurkundeboeken). Warme, vochtige lucht die opstijgt, koelt af, condenseert op haar [condensatieniveau](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/4-waarom-wolken-ontstaan#def-g10-why-clouds-form-condensation-level) tot wolken en geeft [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) af; verzadigde lucht is vaak onstabiel ([Hoofdstuk 4](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/4-waarom-wolken-ontstaan#ch-g10-why-clouds-form)).

## 5.1 Onweersbuien

**Definitie 5.1 (Onweersbui).**

Een *onweersbui* is een bui die door een cumulonimbuswolk wordt veroorzaakt, met [bliksem](#def-g10-storms-and-cyclones-lightning) en donder, meestal met zware regenbuien en windstoten, soms met hagel.

Een [onweersbui](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) groeit uit onstabiele, vochtige lucht. In het eerste stadium groeit een cumulus omhoog, gevoed door een sterke opwaartse luchtstroom; condensatie geeft [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) af en houdt de stijgende lucht warmer dan haar omgeving. In het rijpe stadium bereikt de wolk de [stabiele lucht](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/4-waarom-wolken-ontstaan#def-g10-why-clouds-form-stability) hoog erboven en spreidt ze zich uit tot een aambeeld; druppels en hagelstenen worden groot genoeg om te vallen, en de vallende regen sleurt koude lucht mee naar beneden: een neerwaartse luchtstroom die zich aan de grond uitspreidt als een koud windstootfront. In het laatste stadium neemt de neerwaartse stroom de hele wolk over, waardoor de aanvoer van warme, vochtige lucht wordt afgesneden, en het onweer regent zichzelf uit.

![De drie stadia van een onweersbui (schematisch, niet op schaal): een groeiende cumulus, gevoed door opwaartse stromen; de rijpe cumulonimbus, met zijn aambeeld, zijn opwaartse stroom en een neerwaartse stroom die door de regen wordt meegesleurd; het uitdovende onweer, één en al neerwaartse stroom.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/fig-4276412969c2.svg)

*De drie stadia van een [onweersbui](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) (schematisch, niet op schaal): een groeiende cumulus, gevoed door opwaartse stromen; de rijpe cumulonimbus, met zijn aambeeld, zijn opwaartse stroom en een neerwaartse stroom die door de regen wordt meegesleurd; het uitdovende onweer, één en al neerwaartse stroom.*

In de wolk scheiden botsingen tussen ijsdeeltjes, die door de lucht op en neer worden gevoerd, elektrische ladingen: de wolk raakt geladen, meestal negatief aan de onderkant en positief aan de bovenkant, en de grond eronder krijgt een eigen lading.

**Definitie 5.2 (Bliksem).**

*Bliksem* is een reusachtige elektrische vonk die geladen gebieden van een [onweersbui](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) ontlaadt, in de wolk, tussen wolken, of tussen de wolk en de grond. Hij verhit een smal luchtkanaal zo plotseling dat de lucht met een schok uitzet: het geluid van die uitzetting is de *donder*.

![Bliksemontladingen, tussen wolken en van de wolk naar de grond, tijdens een nachtelijk onweer. Foto: C. Clark, NOAA National Severe Storms Laboratory (publiek domein).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/img-17e91e5d78c2.jpg)

*Bliksemontladingen, tussen wolken en van de wolk naar de grond, tijdens een nachtelijk onweer. Foto: C. Clark, NOAA National Severe Storms Laboratory (publiek domein).*

Satellieten die de lichtflitsen over de hele planeet tellen, vinden ongeveer 1.4 miljard bliksemflitsen per jaar, of 44 per seconde.

**Methode 5.3 (De afstand van een onweer uit flits en donder).**

1. Het licht van de flits komt praktisch meteen aan; de donder plant zich voort met de geluidssnelheid, ongeveer $343\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ bij $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ .
2. Tel het aantal seconden $t$ tussen de flits en de donder.
3. De afstand is $343\,t$ meter: ongeveer $1\,\mathrm{km}$ per drie seconden.

## 5.2 Tornado’s

**Definitie 5.4 (Tornado).**

Een *tornado* is een hevig draaiende luchtkolom die contact maakt met de grond en aan de onderkant van een cumulonimbus hangt.

De sterkste [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado)’s komen uit *supercellen*, [onweersbuien](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) waarvan de opwaartse stroom als geheel draait. Een [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado) is klein en kortstondig: meestal een paar honderd meter breed, enkele minuten lang, met een gemiddeld spoor van ongeveer $5.6\,\mathrm{km}$. Maar zijn winden zijn de sterkste aan het aardoppervlak: een mobiele radar mat in mei 1999 in een [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado) in Oklahoma ongeveer $135\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ (zo’n $480\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$) boven de grond. De Verenigde Staten hebben meer [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado)’s dan enig ander land, rond de 1200 per jaar; andere gebieden waar ze vaak voorkomen, zijn onder meer de Canadese prairies, Bangladesh, het noorden van Argentinië en het zuiden van Brazilië, en Groot-Brittannië.

![Een tornado boven de vlakten van Kansas, mei 2008: de slurf hangt aan de onderkant van de onweerswolk. Foto: Sean Waugh, NOAA National Severe Storms Laboratory (publiek domein).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/img-561944caaa1b.jpg)

*Een [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado) boven de vlakten van Kansas, mei 2008: de slurf hangt aan de onderkant van de onweerswolk. Foto: Sean Waugh, NOAA National Severe Storms Laboratory (publiek domein).*

## 5.3 Tropische cyclonen

**Definitie 5.5 (Tropische cycloon; oog; oogwand).**

Een *tropische cycloon* is een storm van honderden kilometers breed die boven een warme tropische zee ontstaat rond een centrum van lage druk, met winden die in een spiraal naar het centrum toe draaien en banden van [onweersbuien](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm). Als zijn aanhoudende wind $64$ knopen bereikt, ongeveer $119\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$, heet hij een orkaan in de Atlantische Oceaan en het oosten van de Grote Oceaan, een tyfoon in het westen van de Grote Oceaan, en gewoon een cycloon in de Indische Oceaan en de zuidelijke Grote Oceaan. Zijn rustige, bijna wolkeloze centrum is het *oog*; de ring van torenhoge [onweersbuien](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) eromheen, waar de wind het sterkst is, is de *oogwand*.

![Orkaan Isabel, 15 september 2003, gefotografeerd door een astronaut vanuit het Internationaal Ruimtestation: het oog, de oogwand en de spiraal van wolken eromheen. Beeld: Mike Trenchard, Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center (publiek domein).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/img-4cecbb3c3815.jpg)

*Orkaan Isabel, 15 september 2003, gefotografeerd door een astronaut vanuit het Internationaal Ruimtestation: het [oog](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone), de [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) en de spiraal van wolken eromheen. Beeld: Mike Trenchard, Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center (publiek domein).*

Vlak boven het zeeoppervlak stroomt vochtige lucht naar de lage druk van het centrum. De draaiing van de Aarde buigt bewegende lucht op het noordelijk halfrond naar rechts af: in plaats van recht naar het centrum te gaan, draait de lucht eromheen, tegen de wijzers van de klok in van bovenaf gezien (met de klok mee op het zuidelijk halfrond). Dicht bij het centrum stijgt ze op in de [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone), condenseert, en stroomt bovenaan de storm weg. In het [oog](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) daalt een beetje lucht, die opwarmt en opdroogt: de lucht klaart op.

![Een tropische cycloon in doorsnede (schematisch, hoogte sterk overdreven): vochtige lucht stroomt boven de warme zee naar binnen, stijgt op in de oogwand en de regenbanden, en stroomt bovenaan weg; in het oog daalt een beetje lucht. Rechts: van bovenaf gezien op het noordelijk halfrond draait de instroom tegen de wijzers van de klok in rond het centrum.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/fig-838faf36b70c.svg)

*Een [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) in doorsnede (schematisch, hoogte sterk overdreven): vochtige lucht stroomt boven de warme zee naar binnen, stijgt op in de [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) en de regenbanden, en stroomt bovenaan weg; in het [oog](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) daalt een beetje lucht. Rechts: van bovenaf gezien op het noordelijk halfrond draait de instroom tegen de wijzers van de klok in rond het centrum.*

Tropische cyclonen hebben een warme oceaan nodig: water van minstens ongeveer $27{}^{\circ}\mathrm{C}$ aan het oppervlak, warm tot op een diepte van zo’n $46\,\mathrm{m}$. Ze ontstaan niet op de evenaar zelf, waar de draaiing van de Aarde de instromende lucht geen draai geeft: een storm moet minstens ongeveer $480\,\mathrm{km}$ van de evenaar liggen om te gaan draaien.

![Tropische cyclonen: de banen van alle stormen van de seizoenen 2015–2024 (rood), en de plaats waar elke storm van de seizoenen 1980–2024 voor het eerst de kracht van een tropische storm bereikte (blauwe stippen). Gegevens: IBTrACS v04r01, NOAA National Centers for Environmental Information.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/fig-5665e7779602.svg)

*Tropische cyclonen: de banen van alle stormen van de seizoenen 2015–2024 (rood), en de plaats waar elke storm van de seizoenen 1980–2024 voor het eerst de kracht van een tropische storm bereikte (blauwe stippen). Gegevens: IBTrACS v04r01, NOAA National Centers for Environmental Information.*

De kaart toont de regel aan het werk. Van de 3 888 stormen van 1980–2024 bereikten er maar 24 de kracht van een tropische storm binnen $5{}^{\circ}$ van de evenaar. De meeste ontstaan tussen $10{}^{\circ}$ en $30{}^{\circ}$ breedte, drijven dan met de passaatwinden naar het westen en buigen af naar de polen, waar de koude zee ze verzwakt. De zuidelijke Atlantische Oceaan, koeler en minder gunstig, zag er in 45 jaar maar drie. In een gemiddeld jaar ontstaan er ongeveer 87 tropische cyclonen, zeven op de tien op het noordelijk halfrond, en iets meer dan de helft bereikt orkaankracht.

**Propositie 5.6 (De energiebron van een tropische cycloon).**

Een [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) haalt zijn energie uit de warme zee: de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) die bij verdamping aan het zeeoppervlak wordt opgenomen, komt in de [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) en de regenbanden vrij wanneer de damp condenseert. Een gemiddelde orkaan maakt zo ongeveer $6 \times 10^{14}\,\mathrm{W}$ vrij; maar een klein deel daarvan, ongeveer $1.5 \times 10^{12}\,\mathrm{W}$, gaat naar de bewegingsenergie van zijn winden.

**Verantwoording.** Een gemiddelde orkaan laat per dag $1.5\,\mathrm{cm}$ regen vallen over een cirkel met straal $665\,\mathrm{km}$, een oppervlakte van $\pi \times (665\,000)^2 \approx
1.39 \times 10^{12}\,\mathrm{m}^{2}$: $2.1 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$, of $2.1 \times 10^{13}\,\mathrm{kg}$, water per dag. Elke kilogram die condenseert, geeft ongeveer $2.5\,\mathrm{MJ}$ vrij: $2.1\times10^{13}
\times 2.5\times10^6 \approx 5.2 \times 10^{19}\,\mathrm{J}$ per dag, dat is $5.2\times10^{19}/86\,400 \approx 6.0 \times 10^{14}\,\mathrm{W}$. Het vermogen van de winden is een schatting uit gemeten windvelden, overgenomen uit dezelfde bron. ∎

De storm werkt als een motor: warmte die aan het warme zeeoppervlak wordt opgenomen en hoog in de koude bovenlucht wordt afgestaan, terwijl een deel van het verschil wordt omgezet in de beweging van de wind. Daarom verzwakt een [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) snel wanneer hij boven land of boven koud water komt: hij verliest zijn aanvoer van verdampend water.

## 5.4 Intensiteit, wind en stormopzet

**Definitie 5.7 (Schaal van Saffir–Simpson).**

De *schaal van Saffir–Simpson* deelt orkanen in vijf categorieën in naar hun maximale aanhoudende wind; de categorieën 3 tot en met 5 zijn *zware* orkanen.

| categorie | knopen | $\mathrm{m}/\mathrm{s}$ | $\mathrm{km}/\mathrm{h}$ |
| --- | --- | --- | --- |
| 1 | 64–82 | 33–42 | 119–153 |
| 2 | 83–95 | 43–49 | 154–177 |
| 3 | 96–112 | 49–58 | 178–208 |
| 4 | 113–136 | 58–70 | 209–251 |
| 5 | 137 of meer | 70 of meer | 252 of meer |

Hoe dieper de lage druk in het centrum, hoe sterker de winden die eromheen waaien: het drukverschil tussen het centrum en de omgeving is wat de lucht naar binnen drijft.

![Elke stip is één tropische cycloon van de seizoenen 2000–2024: zijn sterkste aanhoudende wind en zijn laagste druk in het centrum. De lijn is de best passende rechte: ongeveer 1.6\, hPa lager voor elke meter per seconde extra. Grijze stippellijnen: de grenzen van de categorieën van Saffir–Simpson (bovenaan genummerd). Gegevens: IBTrACS v04r01, NOAA NCEI.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/fig-21c59d78b51f.svg)

*Elke stip is één [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) van de seizoenen 2000–2024: zijn sterkste aanhoudende wind en zijn laagste druk in het centrum. De lijn is de best passende rechte: ongeveer $1.6\,\mathrm{hPa}$ lager voor elke meter per seconde extra. Grijze stippellijnen: de grenzen van de categorieën van Saffir–Simpson (bovenaan genummerd). Gegevens: IBTrACS v04r01, NOAA NCEI.*

Het record van de stormen van 1980–2024 in het archief staat op naam van orkaan Patricia, voor de Pacifische kust van Mexico in oktober 2015: een aanhoudende wind van 185 knopen, ongeveer $95\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, en een druk in het centrum van $872\,\mathrm{hPa}$.

**Definitie 5.8 (Stormopzet).**

*Stormopzet* is de stijging van de zee boven haar normale niveau, getij niet meegerekend, die door een storm wordt veroorzaakt: de wind stuwt water op tegen de kust, en door de lage druk bolt de zee onder de storm op.

**Propositie 5.9 (De drukbult).**

Onder een storm waarvan de druk in het centrum $\Delta p$ hectopascal lager is dan die van de omgeving, stijgt de zee met ongeveer $\Delta p$ centimeter.

**Bewijs.** Diep onder het oppervlak moet de druk onder de storm en daarbuiten gelijk zijn, anders zou het water gaan stromen. De lucht boven de storm weegt $\Delta p$ minder; een kolom zeewater met hoogte $h$ maakt dat goed als $\rho g h = \Delta p$. Voor $\Delta p = 1\,\mathrm{hPa} = 100\,\mathrm{Pa}$, met $\rho = 1025\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ en $g = 9.81\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2}$: $h = 100/(1025
\times 9.81) \approx 0.0099\,\mathrm{m}$, ongeveer $1\,\mathrm{cm}$. ∎

Bij de meeste stormopzetten is de drukbult het kleinste deel: onder een druk in het centrum van $920\,\mathrm{hPa}$, $90\,\mathrm{hPa}$ lager dan de omgeving, is hij ongeveer $0.9\,\mathrm{m}$. De wind doet de rest en duwt water naar de kust, vooral boven een brede, ondiepe zeebodem. Valt een opzet van enkele meters samen met hoogwater, dan kan hij lage kusten tot ver landinwaarts overstromen.

![Stormopzet (schematisch, hoogten sterk overdreven): de zee stijgt met ongeveer 1\, cm per hectopascal lage druk onder de storm, en de aanlandige wind stuwt water op tegen de kust.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/fig-fc7a1bf60181.svg)

*[Stormopzet](#def-g10-storms-and-cyclones-storm-surge) (schematisch, hoogten sterk overdreven): de zee stijgt met ongeveer $1\,\mathrm{cm}$ per hectopascal lage druk onder de storm, en de aanlandige wind stuwt water op tegen de kust.*

![Een straat aan de kust op de ochtend na een stormopzet: zeewater, geknakte palmen en kapotte hekken.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-storms-and-cyclones/img-5aeb5f051d3c.jpg)

*Een straat aan de kust op de ochtend na een [stormopzet](#def-g10-storms-and-cyclones-storm-surge): zeewater, geknakte palmen en kapotte hekken.*

## 5.5 Oefeningen

**Oefening 5.1 ★.**

Definieer een [onweersbui](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) en [bliksem](#def-g10-storms-and-cyclones-lightning). Wat veroorzaakt het geluid van de donder?

**Oplossing van Oefening 5.1.**

Een [onweersbui](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) is een bui die door een cumulonimbus wordt veroorzaakt, met [bliksem](#def-g10-storms-and-cyclones-lightning) en donder, meestal met zware regenbuien en windstoten, soms met hagel. [Bliksem](#def-g10-storms-and-cyclones-lightning) is een reusachtige elektrische vonk die geladen gebieden van het onweer ontlaadt. Donder is het geluid van de lucht in het bliksemkanaal, die zo plotseling wordt verhit dat ze met een schok uitzet.

**Oefening 5.2 ★.**

Definieer een [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone), zijn [oog](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) en zijn [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone). Waar is de wind het sterkst?

**Oplossing van Oefening 5.2.**

Een [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) is een storm van honderden kilometers breed, ontstaan boven een warme tropische zee rond een centrum van lage druk, met winden die in een spiraal naar binnen draaien en banden van [onweersbuien](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm). Het [oog](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) is zijn rustige, bijna wolkeloze centrum; de [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) is de ring van torenhoge [onweersbuien](#def-g10-storms-and-cyclones-thunderstorm) rond het [oog](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone). De wind is het sterkst in de [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone).

**Oefening 5.3 ★.**

In welke categorie van Saffir–Simpson valt een orkaan met een aanhoudende wind van $70$ knopen? Van $120$ knopen? Van $140$ knopen? Welke daarvan zijn zware orkanen?

**Oplossing van Oefening 5.3.**

$70$ knopen: categorie 1. $120$ knopen: categorie 4. $140$ knopen: categorie 5. De laatste twee zijn zware orkanen (categorie 3 of hoger).

**Oefening 5.4 ★.**

Je telt $9$ seconden tussen een flits en de donder, en daarna $15$ seconden bij de volgende flits. Hoe ver weg was elke flits, en komt het onweer dichterbij?

**Oplossing van Oefening 5.4.**

$343 \times 9 \approx 3.1\,\mathrm{km}$, daarna $343 \times 15 \approx
5.1\,\mathrm{km}$. De tweede flits is verder weg: het onweer trekt weg.

**Oefening 5.5 ★.**

Leg uit waarom een boom die alleen in een veld staat bij onweer een gevaarlijke schuilplaats is, en waar je in plaats daarvan naartoe moet.

**Oplossing van Oefening 5.5.**

[Bliksem](#def-g10-storms-and-cyclones-lightning) slaat bij voorkeur in op het hoogste punt in de omgeving: een boom die alleen in een veld staat, is dat punt, en de stroom van een inslag loopt langs de boom omlaag en verspreidt zich in de grond eromheen. Ga een gebouw of een gesloten auto in en blijf daar tot ruim na de laatste donderslag.

**Oefening 5.6 ★★.**

Eén knoop is $1852\,\mathrm{m}$ per uur. Reken $64$ knopen en $137$ knopen om naar $\mathrm{m}/\mathrm{s}$ en naar $\mathrm{km}/\mathrm{h}$.

**Oplossing van Oefening 5.6.**

Eén knoop is $1852/3600 \approx 0.514\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$. $64$ knopen: $64 \times
0.514 \approx 32.9\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, en $32.9 \times 3.6 \approx
119\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$. $137$ knopen: $70.5\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, ongeveer $254\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$ (de officiële tabel, via een andere eenheid afgerond, geeft $252\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$).

**Oefening 5.7 ★★.**

Op Aarde zijn er 44 bliksemflitsen per seconde. Hoeveel is dat per dag, en per jaar?

**Oplossing van Oefening 5.7.**

$44 \times 86\,400 \approx 3.8 \times 10^{6}$ flitsen per dag, en $3.8\times10^6
\times 365.25 \approx 1.4 \times 10^{9}$, ongeveer 1.4 miljard per jaar.

**Oefening 5.8 ★★.**

Een orkaan heeft een druk in het centrum van $935\,\mathrm{hPa}$ in een omgeving van $1010\,\mathrm{hPa}$. Hoe hoog is de drukbult van de zee eronder?

**Oplossing van Oefening 5.8.**

$\Delta p = 1010 - 935 = 75\,\mathrm{hPa}$: een bult van ongeveer $75\,\mathrm{cm}$.

**Oefening 5.9 ★★.**

Beschrijf met behulp van de kaart van de banen waar tropische cyclonen ontstaan en waar ze daarna naartoe gaan. Waarom ontbreken ze op de evenaar zelf?

**Oplossing van Oefening 5.9.**

Ze ontstaan boven de warme tropische oceanen, vooral tussen $10{}^{\circ}$ en $30{}^{\circ}$ breedte op beide halfronden, met heel weinig in de zuidelijke Atlantische Oceaan. Ze drijven naar het westen en buigen dan af naar de polen, waar ze boven kouder water verzwakken. Op de evenaar ontbreken ze omdat de draaiing van de Aarde de instromende lucht daar geen draai geeft: zonder draai stroomt de lucht recht naar de lage druk en vult die op, en kan er geen draaiende storm op gang komen.

**Oefening 5.10 ★★.**

De rechte lijn van het druk-winddiagram is $p \approx 1031 - 1.56\,v$ ($p$ in $\mathrm{hPa}$, $v$ in $\mathrm{m}/\mathrm{s}$). Welke druk in het centrum geeft ze voor de ondergrens van categorie 5, $70\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$? Voor een storm van $40\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$?

**Oplossing van Oefening 5.10.**

$1031 - 1.56 \times 70 \approx 922\,\mathrm{hPa}$; $1031 - 1.56 \times 40
\approx 969\,\mathrm{hPa}$.

**Oefening 5.11 ★★.**

Leg uit waarom een [tropische cycloon](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) snel verzwakt wanneer hij boven land komt, en waarom hij boven koud water verzwakt.

**Oplossing van Oefening 5.11.**

Boven land verliest de storm zijn aanvoer van verdampend water, en daarmee de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) die hem aandrijft; het ruwe oppervlak remt bovendien de wind af. Boven koud water is de verdamping veel zwakker, omdat koude lucht bij verzadiging veel minder waterdamp bevat: de aanvoer van [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) slinkt.

**Oefening 5.12 ★★★.**

De geluidssnelheid in lucht is $\sqrt{1.4\,R\,T/M}$, met $R =
8.314\,\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$, $T$ in kelvin en $M =
0.028\,97\,\mathrm{kg}/\mathrm{mol}$. Bereken ze bij $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ en bij $30{}^{\circ}\mathrm{C}$. Hoeveel verschillen de twee afstanden bij een vertraging van $9\,\mathrm{s}$? Is de regel “$3\,\mathrm{s}$ per kilometer” goed genoeg?

**Oplossing van Oefening 5.12.**

Bij $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: $\sqrt{1.4 \times 8.314 \times 273.15/0.02897}
\approx 331\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$; bij $30{}^{\circ}\mathrm{C}$, met $T =
303.15\,\mathrm{K}$: $349\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$. Voor $9\,\mathrm{s}$: $9 \times 331 \approx
2980\,\mathrm{m}$ en $9 \times 349 \approx 3140\,\mathrm{m}$, een verschil van ongeveer $160\,\mathrm{m}$, ongeveer $5\,\%$. De regel geeft $3\,\mathrm{km}$: goed genoeg om te weten hoe dichtbij het onweer is, en meer hoeft hij niet.

**Oefening 5.13 ★★★.**

Op een kust wordt een [stormopzet](#def-g10-storms-and-cyclones-storm-surge) van $4.0\,\mathrm{m}$ gemeten terwijl een orkaan met een druk in het centrum van $940\,\mathrm{hPa}$ (omgeving $1010\,\mathrm{hPa}$) aan land komt. Welk deel van de opzet komt van de drukbult, en welk deel van de wind? Als hij bij hoogwater aankomt, $1.5\,\mathrm{m}$ boven gemiddeld zeeniveau, hoe hoog boven gemiddeld zeeniveau komt het water dan?

**Oplossing van Oefening 5.13.**

$\Delta p = 1010 - 940 = 70\,\mathrm{hPa}$: de bult is ongeveer $0.7\,\mathrm{m}$, het deel van de wind $4.0 - 0.7 = 3.3\,\mathrm{m}$, meer dan vier keer zoveel. Bij hoogwater komt het water $4.0 + 1.5 = 5.5\,\mathrm{m}$ boven gemiddeld zeeniveau.

**Oefening 5.14 ★★★.**

Een [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado) draait met winden van $90\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ op $100\,\mathrm{m}$ van zijn as; een orkaan met winden van $60\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ in een [oogwand](#def-g10-storms-and-cyclones-tropical-cyclone) op $30\,\mathrm{km}$ van het centrum. Hoe lang doet de lucht er in elk geval over om één keer rond te gaan? Vergelijk.

**Oplossing van Oefening 5.14.**

[Tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado): één omloop is $2\pi \times 100 \approx 628\,\mathrm{m}$, afgelegd in $628/90 \approx 7\,\mathrm{s}$. Orkaan: $2\pi \times 30\,000 \approx
188\,\mathrm{km}$, afgelegd in $188\,000/60 \approx 3140\,\mathrm{s}$, ongeveer $52\,\mathrm{min}$. De [tornado](#def-g10-storms-and-cyclones-tornado) draait zo’n 450 keer sneller: hij is een kleine, heel snelle wervel, de orkaan een enorme en tragere.

**Oefening 5.15 ★★★.**

Van de 3 888 tropische cyclonen van 1980–2024 bereikten er 24 de kracht van een tropische storm binnen $5{}^{\circ}$ van de evenaar, 414 binnen $10{}^{\circ}$, en 121 voorbij $30{}^{\circ}$. Bereken de drie percentages. De band binnen $5{}^{\circ}$ van de evenaar beslaat ongeveer $9\,\%$ van het aardoppervlak: wat zou je verwachten als de breedte er niet toe deed, en wat besluit je?

**Oplossing van Oefening 5.15.**

$24/3888 \approx 0.6\,\%$; $414/3888 \approx
10.6\,\%$; $121/3888 \approx 3.1\,\%$. Als de breedte er niet toe deed, zou ongeveer $9\,\%$ van de stormen, zo’n 350, binnen $5{}^{\circ}$ van de evenaar ontstaan; het zijn er maar 24, ongeveer vijftien keer minder. Dicht bij de evenaar is de draaiing van de Aarde te zwak om de storm aan het draaien te brengen.

## 5.6 Probleem: de warmtemotor van een orkaan

**Probleem 5.1.**

Weekendprobleem — van de regen van één dag tot het vermogen van de wind

Een gemiddelde orkaan laat per dag $1.5\,\mathrm{cm}$ regen vallen over een cirkel met straal $665\,\mathrm{km}$. Gebruik een [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) van $2.5\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$, een dichtheid van water van $1000\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, $86\,400\,\mathrm{s}$ in een dag, en het vermogen van de winden van een gemiddelde orkaan, $1.5 \times 10^{12}\,\mathrm{W}$.

**Deel I — De regen van één dag.**

1. Bereken de oppervlakte van de cirkel.
2. Bereken het volume regen dat er in een dag op valt.
3. Druk het uit in kubieke kilometer.
4. Bereken de massa ervan.

**Deel II — De vrijgekomen warmte.**

5. Bereken de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) die in een dag vrijkomt bij de condensatie van dit water.
6. Reken die om naar een vermogen.
7. De hele Aarde absorbeert ongeveer $1.22 \times 10^{17}\,\mathrm{W}$ zonlicht ( [Hoofdstuk 3](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#ch-g10-earth-energy-budget) ). Welk deel daarvan maakt één orkaan vrij?
8. Het gemiddelde geabsorbeerde zonlicht is $240\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . Bereken het zonlicht dat de oppervlakte van de storm absorbeert, en vergelijk het met de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) van de storm.
9. Wat laat deze vergelijking zien over waar de energie van de storm werd verzameld?

**Deel III — Waar het water vandaan komt.**

10. Welke massa water moet er elke dag verdampen om deze regen te voeden?
11. De gemiddelde verdamping van het aardoppervlak voert $82\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ af. Over welke oppervlakte zou gemiddelde verdamping de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) van de storm leveren? Vergelijk met de oppervlakte van de storm.
12. Vergelijk met de tabel van verzadigingsgehalten uit [Hoofdstuk 4](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/4-waarom-wolken-ontstaan#ch-g10-why-clouds-form) het water dat verzadigde lucht bij $28{}^{\circ}\mathrm{C}$ en bij $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ bevat.
13. Leg uit waarom tropische cyclonen alleen boven warme zeeën ontstaan.
14. Leg uit waarom ze boven land verzwakken.

**Deel IV — De wind.**

15. Bereken de bewegingsenergie die in een dag aan de winden wordt gegeven.
16. Reken de ondergrens van categorie 3, $96$ knopen, om naar $\mathrm{m}/\mathrm{s}$ ( $1$ knoop = $1852\,\mathrm{m}/\mathrm{h}$ ).
17. Lucht vlak boven het zeeoppervlak heeft een dichtheid van ongeveer $1.16\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ . Bereken de bewegingsenergie van één kubieke meter ervan die met die snelheid beweegt.
18. Vergelijk de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) die in een dag vrijkomt met de energie van de winden in een dag.
19. Wat gebeurt er met de rest van de vrijgekomen warmte?
20. Welk deel van de warmte die bij condensatie vrijkomt, wordt wind?

**Oplossing van Probleem 5.1.**

**1.** $\pi \times (665\,000)^2 \approx 1.39 \times 10^{12}\,\mathrm{m}^{2}$.

**2.** $0.015 \times 1.39\times10^{12} \approx 2.08 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$.

**3.** Eén kubieke kilometer is $10^{9}\,\mathrm{m}^{3}$: ongeveer $21\,\mathrm{km}^{3}$.

**4.** $2.08\times10^{10} \times 1000 \approx 2.08 \times 10^{13}\,\mathrm{kg}$.

**5.** $2.08\times10^{13} \times 2.5\times10^6 \approx 5.2 \times 10^{19}\,\mathrm{J}$.

**6.** $5.2\times10^{19}/86\,400 \approx 6.0 \times 10^{14}\,\mathrm{W}$.

**7.** $6.0\times10^{14}/1.22\times10^{17} \approx 0.005$, ongeveer $0.5\,\%$.

**8.** $240 \times 1.39\times10^{12} \approx 3.3 \times 10^{14}\,\mathrm{W}$. De storm maakt bijna twee keer zoveel warmte vrij als het zonlicht dat zijn hele oppervlakte absorbeert.

**9.** De storm draait niet op het zonlicht dat op hem valt: hij maakt warmte vrij die als waterdamp is opgeslagen, verdampt uit een groter gebied van warme zee en door de winden aangevoerd. De storm concentreert energie die over een veel groter gebied is verzameld.

**10.** Dezelfde massa als de regen, ongeveer $2.1 \times 10^{13}\,\mathrm{kg}$ per dag (de aangevoerde damp moet even snel worden aangevuld als hij uitregent).

**11.** $6.0\times10^{14}/82 \approx 7.3 \times 10^{12}\,\mathrm{m}^{2}$, ongeveer vijf keer de oppervlakte van de storm: de storm moet damp uit een veel groter gebied aanvoeren, en zijn winden laten de zee eronder veel sneller verdampen dan gemiddeld.

**12.** $24.1\,\mathrm{g}/\mathrm{kg}$ bij $28{}^{\circ}\mathrm{C}$ tegen $14.7\,\mathrm{g}/\mathrm{kg}$ bij $20{}^{\circ}\mathrm{C}$: $24.1/14.7 \approx 1.64$, ongeveer $64\,\%$ meer.

**13.** Warm water verdampt snel en warme lucht bevat veel meer damp: de instromende lucht voert veel meer [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) aan om vrij te maken, en verzadigd als ze is, stijgt ze vrij op. Boven koelere zeeën is de aanvoer te klein om de motor aan te drijven.

**14.** Boven land is er geen zee om te verdampen: de aanvoer van [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) stopt, en de ruwe grond remt de wind af.

**15.** $1.5\times10^{12} \times 86\,400 \approx 1.3 \times 10^{17}\,\mathrm{J}$.

**16.** $96 \times 1852/3600 \approx 49.4\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$.

**17.** $\frac12 \times 1.16 \times 49.4^2 \approx 1.4 \times 10^{3}\,\mathrm{J}$.

**18.** $5.2\times10^{19}/1.3\times10^{17} = 400$: de [latente warmte](https://one-course.com/books/earth/2/nl/chapter/3-de-energiebalans-van-de-aarde#def-g10-earth-energy-budget-latent-heat) is zo’n 400 keer de energie die aan de winden wordt gegeven.

**19.** Het grootste deel verwarmt de bovenlucht van de storm, die zich bovenaan uitspreidt en de warmte als infraroodstraling aan de ruimte afgeeft; de winden zelf verliezen hun energie door wrijving met de zee en de grond.

**20.** $1/400 = 0.25\,\%$ (het script geeft een verhouding van 402): **ongeveer één deel op 400 van de warmte die bij condensatie vrijkomt, wordt wind**.