Coriolis effect - strandvondsten.nl

Op aarde warmt de evenaar het meeste op en de polen koelen het meeste af, omdat de zon het dichtst bij de evenaar staat en het verst bij de polen vandaan is. De dichtheid van warme lucht is kleiner dan van koude lucht en warme lucht neemt ook meer water op en wordt daardoor nog lichter (lucht, hoofdzakelijk stikstof en zuurstof, weegt 28 gram per mol, water weegt 18 gram per mol). Warme lucht met veel waterdamp bij de evenaar stijgt op en vormt daar een lagedrukgebied. Bij de polen koelt lucht af, daalt, en vormt daar een hogedrukgebied. De wind zou dus van noord naar zuid moeten waaien op de aarde, maar een ieder die het weer een beetje in de gaten houdt weet dat de overwegende wind bij ons zuidwestelijk is. Dus zo simpel is het niet, maar hoe zit het dan wel en wat heeft Coriolis daarmee van doen?

Wind, luchtdruk en Coriolis

Warme lucht stijgt op en geeft aan het aardoppervlakte een lage druk en een hoge druk in de hogere luchtlagen. Net zo goed daalt koude lucht en geeft een hoge druk aan het aardoppervlak en een lage druk in de hoge luchtlagen. Wind stroomt van hogedruk gebied naar lagedruk gebied.

Als er een hoge drukgebied in het noorden ligt en een lage in het zuiden dan stroomt de wind naar het zuiden. We noemen dat een noordenwind. Een noordenwind betekent dus dat de wind uit het noorden komt. Bij een zuidenwind komt hij uit het zuiden. Dit is tegengesteld aan de stromingen in zee. Als we een zuidelijke stroming hebben dan gaat de stroming naar het zuiden en komt uit het noorden!

De aarde draait om zijn as en doet dat in 23 uur, 56 minuten en 4 seconden. De aarde heeft een straal van 6378 km. We hebben besloten dat de evenaar op 0° ligt en daarmee ligt Nederland op 52° noorderbreedte. Saaie feiten tot je ermee gaat rekenen.

Een punt op de evenaar legt in een etmaal een afstand af van 2π*6378*cos(0) = 40.075 km. Op 52° legt een punt in datzelfde etmaal 2π*6378*cos(52) = 24.674 km af. Daar we over dezelfde tijd praten, namelijk een etmaal, beweegt een punt op de evenaar dus sneller dan een punt op 52°. Om precies te zijn beweegt een punt op de evenaar met ongeveer 465 m/s en op 52° noorderbreedte met ongeveer 286 m/s.

Stel een vliegtuig stijgt op van Frankfurt (Duitsland) en vliegt naar de Libreville (Gabon), dus van onze omgeving naar de evenaar, een vliegduur van ongeveer 6 uur als je rechtstreeks zou kunnen vliegen met een modern lijnvliegtuig en laten we aannemen dat de piloten in een rechte lijn naar het zuiden vliegen want Franktfurt en Libreville liggen op min of meer dezelfde lengtegraad (9° oosterlengte). Dan komen ze nooit in Libreville aan... helaas.

Bij het opstijgen heeft het vliegtuig, door de traagheid van massa, een snelheid naar het oosten van 286 m/s. Libreville draait met 465 m/s naar het oosten, Libreville schuift dus in die 6 uur dat de vlucht duurt (465-286)(6*3600) = 3866400 meter = 3866 km naar het oosten op. De piloten zullen tot de ontdekking komen, als ze de evenaar bereiken, dat ze dan midden boven de Atlantische Oceaan hangen. Voor hun gevoel hadden ze een afwijking naar rechts en moesten ze naar links bijsturen om bij Libreville uit te komen.

Op de terugweg van Libreville naar Frankfurt begint het vliegtuig met een snelheid van 465 m/s naar het oosten. Frankfurt beweegt maar met 286 m/s en dus komt het vliegtuig 3866 km naar het oosten uit, ergens boven de bergen van Kazachstan. Ook een gevoelsmatige afwijking nar rechts.

Conclusie: Op het noordelijk halfrond is de afwijking altijd naar rechts.

Vliegen we echter van Libreville zuidwaarts naar ongeveer 52° zuiderbreedte dan beginnen we weer met 465 m/s naar het oosten. De plek op 52° beweegt daar ook met 286 m/s, dus ook daar is de afwijking 3866 km, maar omdat we zuidwaarts vliegen komen we veel oostelijker uit dan we zouden willen en dus hebben we een afwijking naar links.

Dit is typisch voor het Coriolis-effect. Op het noordelijk halfrond is de afwijking naar rechts en op het zuidelijk halfrond is de afwijking naar links. Natuurlijk zijn de vliegtuigen rechtuit gevlogen maar voor het gevoel lijkt het een afwijking. Het Coriolus-effect is dan ook geen echte afwijking maar een effect dat ontstaat doordat de aarde onder objecten (of lucht en water) doordraait.

Het Coriolis-effect is vernoemd naar een Franse wiskundige Gaspard Gustave Coriolis (1792-1843).

Wat voor een vliegtuig geldt geldt ook voor andere deeltjes in de lucht. Als een luchtstroom van de noordpool naar de evenaar beweegt dan lijkt deze door het Coriolis-effect voor ons als waarnemers te bewegen van noordoost naar zuidwest, dus een noordoostenwind, maar in onze streken hadden we toch een zuidwestenwind? Hoe zit dat dan?

In werkelijkheid stroomt de warme lucht van de evenaar niet helemaal naar de noordpool om daar pas af te koelen en te dalen. De stijgende warme, vochtige lucht koelt in de hogere luchtlagen af en regent uit. Hierdoor neemt de vochtigheid af en wordt de lucht zwaarder. De lucht koelt verder af en begint al te dalen op ongeveer 30° noorder- en zuiderbreedte. Zo geldt ook voor de droge poolwind dat deze al eerder opgewarmt is en al bij 60° noorder- en zuidebreedte weer gaat stijgen. In het tussen liggende gebied is wat bijzonders aan de hand de lucht stijgt namelijk op 60° mee met de stijgende poollucht en daalt op 30° mee met de dalende evenaarlucht.

De verschillende "windcellen" hebben namen gekregen. De cellen die zich tussen de 0° en de 30° bevinden noemen we Hadley-cellen, vernoemd naar George Hadley (1685-1768) die ze als eerste beschreef. De cellen tussen de 30° en de 60° heten Ferrel-cellen, vernoemd naar William Ferrel. De cellen aan de polen heten simpelweg de Pool-cellen.

Tussen de Hadley-cellen vinden we de intertropische convergentiezone of in het Engels Doldrums. Het gebied tussen de Hadley-cellen en de Ferrel-cellen noemen we in het Engels de Horse-latitudes, wat ik dankzij de band The Doors een mooie naam vind. De naam schijnt te komen van het feit dat er op deze breedtegraad soms heel lang geen wind is en gedurende de kolonisatie van Amerika konden schepen soms weken dobberen zonder vers water in te slaan. Om water te besparen werden de paarden overboord gezet.

Rond de evenaar en subtropen, in de Hadley-cellen, gebeurt er wat we verwachten. Op het noordelijk halfrond bewegen de winden van noordoost naar zuidwest en op het zuidelijk halfrond van zuidoost naar noordwest. We noemen dit de pasaatwinden (in het Engels: trade-winds).

In de Ferrel-cellen buigt de wind af op het noordelijk halfrond van zuidwest naar noordoost en dat is precies wat wij als dominante wind hebben. Een zuidwesten wind. Op het zuidelijk halfrond buigen ze ook af naar het oosten namelijk van noordwest naar zuidoost. In de literatuur heten het de westenwinden (Engels: westerlies).

In de Pool-cellen buigt de wind keurig af van noordoost naar zuidwest op het noordelijk halfrond en van zuidoost naar noordwest op het zuidelijk halfrond. Daar ze beide uit het oosten komen, noemen we ze dan ook de oostelijke poolwinden.

Natuurlijk is de beschrijving niet helemaal correct, omdat de zon niet altijd loodrecht boven de evenaar staat, maar gedurende de seizoenen heen en weer beweegt tussen de 23° noorderbreedte en de 23° zuiderbreedte. Voor ons begrip van de invloeden op de zee is het echter voldoende om te weten wat er globaal gebeurd.

Water, wind en het Coriolis-effect

Alle winden die over het aardoppervlak bewegen hebben natuurlijk ook hun invloed op het water op aarde. Op de oceanen gaat het hierbij om de oppervlakte beweging van het water.

Het is belangrijk om te realizeren dat ook water zich, gedeeltelijk, zelfstandig beweegt ten opzicht van de aardkorst en dus ook onderhevig is aan het Coriolis-effect.