|
De atmosferische druk -
hoofdstuk 3
|
|
|
| Benaming van de grootheid |
| Algemene benaming: Atmosferische druk of luchtdruk. |
| Internationale aanduiding: atmospheric pressure. |
| |
| Definities, omschrijving van het begrip |
| |
De atmosferische druk is de kracht per oppervlakte eenheid die het gevolg is van het gewicht van de atmosfeer boven het meetpunt.
Deze druk is derhalve gelijk aan het gewicht van de totale verticale luchtkolom boven het eenheidsoppervlakte. |
| |
| Eenheden |
| De SI-eenheid voor druk is Pa (=pascal). |
| In de meteorologie wordt zowel luchtdruk als verandering van luchtdruk (trend) uitgedrukt in hectopascal (hPa). |
| |
| Een eenheid die nog veelvuldig wordt gebruikt, maar niet is erkend volgens SI, is de millibar. (1 millibar = 1 hPa) |
| |
| Beschrijving van de variabelen |
| |
| De volgende variabelen worden onderscheiden: |
| |
| A: De gemeten luchtdruk (P) |
| De gemeten luchtdruk is de waarde van de luchtdruk op sensorlocatie (en sensorhoogte). |
| |
| B: De stationsluchtdruk (P0) |
| Deze variabele is de luchtdruk herleid uit de gemeten luchtdruk en naar de officiële hoogte van het waarneemstation. Deze hoogte wordt stationshoogte of stationsniveau genoemd en is bepaald ten opzichte van msl (Mean Sea Level: gemiddeld zeeniveau). |
In Nederland mag hiervoor ook nap(Nieuw AmsterdamsPeil)worden genomen. De herleidingswaarde wordt bepaald uit het gewicht
per oppervlakte eenheid van de luchtkolom tussen sensorniveau en stationsniveau. Traditioneel is deze kolomhoogte ca. 1,50 meter. |
| |
Bij luchtvaartterreinen (aerodromes en helihavens) is de hoogte boven msl vande operationele baandrempel, c.q. het luchtvaartterrein ook
relevant. In hetgeval dat het absolute verschil tussen deze hoogte en de officiële stationshoog te meer dan 2 m is, wordt de stationsluchtdruk P0 bepaald door de gemeten luchtdruk P te herleiden naar deze hoogte in plaats van naar het officiële stationsniveau |
| |
| QFE |
In de synoptische berichtgeving (synop) en de berichtgeving aan de luchtvaart (metar) wordt de stationsluchtdruk aangeduid met de
code qfe. qfe is gelijkaan P0 |
| |
| C: Luchtdruk, herleid naar zeeniveau (P) |
Deze variabele is de luchtdruk herleid uit de stationsluchtdruk P0 naar msl niveau door middel van een factor. Deze factor wordt gevonden door
bij P0 het gewicht per oppervlakte eenheid op te tellen (c.q. af te trekken als het station onder zeeniveau ligt) van de (virtuele) luchtkolom
tussen stationsniveau (c.q. niveau luchtvaartterrein en baandrempel) en zeeniveau. |
| |
De virtuele luchtkolom wordt verondersteld onderhevig te zijn aan de actuele atmosferische omstandigheden ter plekke van het station,
dit is de actuele luchttemperatuur op 1.5 mtr, en actuele luchtdruk (P0). Op msl niveau van toepassing voor Nederlandse stations en stations
op de Noordzee is de herleiding gebaseerd op ca. 0,125 |
| |
| QNH |
Volgens de internationale regelgeving (icao) wordt de term qnh gebruikt voor de afstelling van de sub-schaal van een hoogtemeter in het
vliegtuig. In deze schaal wordt gebruik gemaakt van het verband van hoogte en luchtdruk vol gens de gedefinieerde relatie, de icao standaard atmosfeer te weten QNH = A+B . QFE. |
| |
De factoren A en B hangen slechts af van de geopotentiaal van het station. Vanwege deze eenvoudige berekeningsgrondslag en omdat in
Nederland de herleidingsfactor gering is, en qnh ingeburgerd is als qfe en herleid wordt tot msl in de icao-standaard atmosfeer,
als alternatief voor P. Omdat het verschil tussen qnh en P kleiner is dan de toegestane meetonzekerheid mogen ze door elkaar worden gebruikt. |
| |
| D: De luchtdrukverandering (tendens) (A en P) |
| Deze grootheid wordt gegeven in de synop |
| |
| Onderscheiden worden: |
| |
p: de grootte van de verandering in een bepaald tijdvak (3 uur); in feite gebaseerd op het absolute verschil tussen P0-waarde van 3 uur geleden
en de actuele P waarde: P0(t)- P0(t-3H) |
| |
a: het karakter (weergegeven met het codecijfer 0 t/m 8) van de verandering in dit tijdvak (bijvoorbeeld continu stijgend of eerst stijgend
en dan weer dalend, enz.). De definitie van dit karakter gaat uit van een continue registratie van drukwaarde |
| Cijfer |
Afbeelding |
Omschrijving |
|
| 0 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is dezelfde of hoger dan drie uur tevoren |
| |
|
|
|
| 1 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is hoger dan drie uur tevoren |
| |
|
|
| |
| |
| stijgend daarna standvastig |
| |
|
|
| 2 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is hoger dan drie uur tevoren |
| |
|
|
| |
| |
| stijgend (regelmatig of onregelmatig) |
| |
|
|
| 3 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is hoger dan drie uur tevoren |
| |
|
|
| |
| |
dalend of standvastig, daarna stijgend; of
stijgend, daarna sneller stijgend |
| |
|
|
| 4 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is dezelfde dan drie uur tevoren |
| |
|
|
|
| 5 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is dezelfde als of lager dan drie uur tevoren |
| |
|
|
|
| 6 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is lager dan drie uur tevoren |
| |
|
|
| |
| |
dalend, daarna stand vastig; of dalend,
daarna langzamer dalend |
| |
|
|
| 7 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is lager dan drie uur tevoren |
| |
|
|
| |
| |
| dalend (regelmatig of onregelmatig) |
| |
|
|
| 8 |
 |
| |
| |
| luchtdruk is lager dan drie uur tevoren |
| |
|
|
| |
| |
| stijgend of standvastig, daarna dalend |
| |
|
|
| |
| Elementcodes |
De luchtdruk (QNH) in hectopascal (hPa), afgerond naar beneden. Een hectopascal is precies gelijk aan één millibar. QNH is de luchtdruk
gerelateerd aan het gemiddelde zeeniveau. Piloten gebruiken deze waarde om hun hoogtemeter in te stellen alvorens zij vertrekken of voordat
zij gaan landen. Q0997 = 997 hPa; Q1023 = 1023 hPa. |
| |
| Operationele eisen |
| |
| Meetbereik |
Door de wmo is als operationeel gebied voor de waarnemingen van de naar msl herleide druk gegeven: P=920 - 1080 hPa. Vanwege de relatief kleine hoogte-verschillen tussen stationsniveau en MSL in Nederland of op de Noordzee is de kans dat de gemeten luchtdruk P of P0 lager
is dan 940 hPa of hoger dan 1060 hPa is gelet op waarnemingen in het verleden, nihil. Als operationeel gebied voor waarnemingen luchtdruk
geldt derhalve 940,0 - 1060,0 hPa. |
| |
| Waarneemresolutie in verband met berichtgeving |
De vereiste resolutie in de waarneming van de luchtdruk is gebaseerd op de vereiste resolutie in de rapportage van de synoptische meteorologie
en in de lokale berichtgeving op luchthavens en helihavens is 0.1 hPa. |
| |
| Vereiste nauwkeurigheid |
| - De onzekerheid in de gemeten luchtdruk dient niet groter te zijn dan: 0.1 hPa |
| - De gewenste operationele nauwkeurigheid van de luchtdruk voor P en P0 in de synoptische berichtgeving (synop) is: 0.3 hPa |
| - De gewenste operationele nauwkeurigheid van de luchtdrukverandering in de synoptische berichtgeving (synop) is: 0.2 hPa |
| - De vereiste nauwkeurigheid van de luchtdruk ten behoeve van de interne berichtgeving op een luchthaven of een helihaven is: 0.1 hPa |
| - De gewenste operationele nauwkeurigheid van de luchtdruk ten behoeve van de luchtvaartmeteorologische berichtgeving (metar) is : 0.5 hPa |
| |
| Vereiste waarneemfrequentie en -tijdstippen |
Overeenkomstig de richtlijnen van de wmo dient de berichtgeving gebaseerd te zijn op 1 minuut gemiddelde waarden. Tot heden is de
uurlijkse (synop)en halfuurlijkse (metar) berichtgeving nog gebruikelijk, is er een duidelijke internationale ontwikkeling gaande in het presenteren
van gegevens met een 10 minuten resolutie. |
| |
| Om hieraan te voldoen is de generatie van 10 munuten gemiddelden en de bijbehorende standaard deviaties wenselijk. Overigens zijn deze parameters een goed hulpmiddel voor de validatie van de metingen zelf. Voor het bepalen van de standaard deviatie gemeten met digitale instrumenten, dient de sample frequentie voldoende hoog te zijn. Voor de druk zijn 12 samples goed geschikt |
| |
| Instrumenten en de techniek |
| |
| Standaardmeetinstrument |
Als operationeel meetinstrument in de waarneemstations wordt door het knmi de digitale barometer Paroscientific, model 1015A gebruikt.
De meetonzeker heid onder laboratorium condities van dit instrument is 0,03 hPa, dus beter dan de operationeel vereiste nauwkeurigheid
van 0,1 hPa. Het meetbereik van het meetsysteem (instrument, inclusief siam) is: 940,0 – 1060,0 hPa, conform het door het knmi
gekozen gebied voor operationele drukwaarnemingen. |
 |
| Opbouw luchtdrukmeter |
|
|
|
| Paroscientific 1015A sensor |
|
|
 |
| Paroscientific 745 uitlezing |
|
| |
| Beschrijving en werking Paroscientific 1015A: |
De barometer maakt gebruik van een “Digiquartz Pressure Transducer”, geba seerd op een resonator van dun kwarts kristal.(3).
Dit piezo elektrische materiaal wordt met behulp van een wisselspanning geexiteerd en in resonantie gebracht. De resonantie frequentie wordt vervolgens bepaald. Deze is namelijk een func tie van de mechanische druk die via een balans (2) en de atmosferische druk overbrenger (1) op
het kristal wordt overgebracht. Naast de basis resonantie frequentie worden ook boventonen gemeten, waardoor na berekening , de temepratuur invloed wordt geëlimineerd. |
| |
| back-up meetinstrument |
Op bemande stations waar slechts één enkel operationeel standaard meet instrument aanwezig is,
voor het geval dit instrument buiten gebruik is er ook een back-up instrument aanwezig, dat met de
hand wordt bediend (model: Negretti & Zambra type MK2) en waarmee p wordt bepaald en Po en
P herleid met behulp van de hierna aangegeven herleidingsvoorschriften. De meetonzekerheid van
dit instrument is 0,3 hPa |
| |
| Onderhoud- en calibratieprocedures |
De meetinstrumenten dienen te voldoen aan de nauwkeurigheidseisen. Hier toe is periodiek onderhoud nodig, waarbij de instrumenten door middel van calibratie op door ervaring bepaalde intervallen worden getoetst en gejusteerd aan de gestelde eisen. Een calibratiecertificaat wordt vastgesteld, waarbij
de referentie meetwaarden volledig herleidbaar zijn naar een door de RvA erkende standaard. De knmi afdeling Insa is verantwoordelijk voor deze procedures die vastgelegd zijn in de Calibratieprocedures volgens ISO-9001 van het knmi-ijklaboratorium. |
|
|
 |
| Negretti & Zambra type MK2 |
|
| Procedures bij uitval automatische waarnemingen |
Aanvulling bij uitval van de automatisch gegenereerde waarden in synop en metar vindt niet plaats. Op bemande stations waar back-up
apparatuur aanwezig is, kunnen eventueel de waarnemingen van deze apparaten als alternatief gebruikt worden (lokaal gebruik). Alleen bij uitzonderingssituaties kan hiervan worden afgeweken. |
| |
| Procedures voor achteraf validatie drukwaarden |
Het Klimatologische Informatiesysteem van het knmi bevat gearchiveerde waarden van de luchtdruk, herleid naar zeeniveau (P) en luchtdrukverandering op zeeniveau van de land-en zeestations. De invoer van de gegevens in dit systeem geschiedt op dagbasis en betreft
de uurlijkse waarden van het afgelopen etmaal (uurvakken h = 00 t/m 23utc). Alle nieuw ingevoerde waarden worden dagelijks onderworpen
aan automatische controleprocedures die in het systeem ingeprogrammeerd zijn. |
| |
De afdeling onderhoud wordt geïnformeerd ingeval verdachte waarnemingen wor den geconstateerd. Op grond hiervan kunnen maatregelen
worden getroffen in de vorm van onderhoud. |
| |
De afdeling Klimatologische Dienstverlening van het knmi is verantwoordelijk voor de uiteindelijke validiteit van de drukwaarden.
Deze dienst beoordeelt daartoe in principe iedere waarde, daarbij geholpen door de output van de testprocedures. Een ontbrekende waarde
of een waarde, die overduidelijk onjuist is, wordt zo mogelijk vervangen op grond van door de wm/kd vastgelegde procedures. |
| |
| De alternatieve waarde kan worden gebaseerd op onder meer: |
| a: lineaire interpolatie van aangrenzende (correcte) waarden in de tijdreeks |
| b: ruimtelijke interpolatie op grond van synchrone waarden van 2 of meer nabije stations |
| c: inschatting van de uurwaarde op grond van de tijdreeksen van 10-minuten meetgegevens |
| Vervanging geschiedt handmatig, waarbij iedere situatie individueel wordt beoordeeld. |
| |
| Procedures voor inspectie |
Iedere barometer met een operationele functie in het knmi-waarneemnet wordt gemiddeld 2 maal per jaar geïnspecteerd door een
stationsinspecteur van het stationsbeheer. Op verzoek van Klimatologische Dienstverlening kan een extra tussentijdse inspectie plaatsvinden,
indien de validatie van data daartoe aanleiding geeft. Ook de op bemande stations gebruikte back-up sensoren vallen onder dit inspectieregime.
De waarnemers op de betrokken stations worden geacht de onzekerheid van deze hulpmiddelen continu in de gaten te houden. |
| |
| Bij voorkeur vindt inspectie plaats: |
| a: in het geval van plaatsing van een barometer op een nieuw meetstation. |
| b: indien op een locatie de barometer vervangen is. |
| |
| De inspectie omvat de volgende controles: |
a: Vergelijking van een door de sensor gemeten instantane waarde met de corresponderende en synchrone puntwaarde druk, zoals gemeten
door een referentie barometer. |
b: Controle of de ijktermijn van het meetinstrument nog niet is verlopen. Is dit het geval dan wordt de afdeling onderhoud hierover geïnformeerd,
opdat uitwisseling zal plaatsvinden. |
c: Een visuele beoordeling of de meetomstandigheden en de omgeving aan de gestelde condities voldoen. Ook hierover wordt gerapporteerd
in het inspectierapport. Afhankelijk van de situatie beoordeelt de stationsinspecteur welke correctieve acties ondernomen dienen te worden
om een en ander te herstellen conform de operationele eisen. De acties kunnen variëren van een opdracht c.q. verzoek aan de beheerder
van het betreffende waarneemterrein tot aanpassing van de terreinsituatie tot de start van een procedure om een nieuw waarneemterrein
te zoeken. Bij defecten aan de meetopstelling wordt een opdracht voor herstel aan de afdeling onderhoud gestuurd. |
| |
| Herleiding van parameters (zie handboek H03) |
| |
| Opstellingseisen en omgevingscondities |
| |
De wind kan drukmetingen sterk beïnvloeden. Niet alleen zijn meetfouten van meer dan 1 hPa mogelijk, ook kunnen sterke drukfluctuaties plaatsvinden. Met name bij metingen in gebouwen wordt veel hinder ondervonden (drukopbouw, c.q. zuigende werkingen). Gemeten moet
daarom worden in een omgeving waarbij dit effect zo klein mogelijk is en met behulp van een zoge naamde “statische buis”. |
| |
 |
| Schema meetmast |
|
|
 |
| Meetmast |
|
|
 |
| Schema barometer luchtinlaat |
|
| |
 |
| Luchtinlaat van de barometer |
|
|
|
| Opstellingseisen en -voorzieningen: |
| Kwalitatieve eisen met betrekking tot de opstelling van de meetapparatuur in een operationeel waarneemstation zijn: |
|
a: Er moet sprake zijn van ongestoorde lucht, dat wil zeggen de drukwaarneming mag niet beïnvloed worden door luchtwervelingen ten gevolge
van de wind, maar ook niet als gevolg van passerende objecten. |
b: Er mag geen beïnvloeding van de drukwaarneming zijn door wind of luchtwervelingen als gevolg van ruwheid of losstaande objecten;
(plotselinge) beïnvloeding van de luchttemperatuur en daarmee van de drukwaarneming, bijvoorbeeld door direct zonlicht, lamplicht,
verwarmingsapparatuur, e.d., moet vermeden worden. |
c: Er moet sprake zijn van een trillingvrije opstelling. De opstellingseisen betreffen zowel het operationele instrument als een eventuele
back-up barometer. |
| |
Door de druksensor in een speciale behuizing te plaatsen, die gekoppeld is aan een zogeheten statische buis kan hieraan worden voldaan.
De ingang van deze buis dient zodanig te worden geplaatst dat de kans op bovengenoemde invloeden minimaal is. |
| |
Door een geschikte lengte van de buis te kiezen kunnen eventueel toch optre dende storingen zo goed mogelijk uitgedempt worden.
Een geschikte methode is het bevestigen van druksensor en statische buis aan de windmast, waarbij de sensor zich op een hoogte van
ca. 1,5 meter boven het maaiveld bevindt en de ingang van de statische buis op een hoogte van ca. 8 meter boven het maaiveld.
(de invloed van de windmast op het drukveld en op de representativiteit van de waarneming is nihil). |
| |
Indien een dergelijke opstelling niet mogelijk is, bijvoorbeeld vanwege het ontbreken van een windmast en ook in het geval van de back-up
metingen, dienen toch zodanige meetomstandigheden gecreëerd te worden dat voldaan wordt aan bovenstaande vereisten. |
| |
| Condities m.b.t. omgeving en meetlocatie, c.q. representativiteit waarnemingen |
Ten einde de representativiteit van de waarnemingen voor de omgeving te waarborgen, mogen zich in de directe omgeving van de meetlocatie
geen vaste of bewegende obstakels bevinden: |
| |
a: De afstand van de meetopstelling ten opzichte van de meest nabije vaste grote objecten, zoals gebouwen, bomen, bosranden e.d. dient
tenminste 5 maal de hoogte van de betreffende objecten te zijn; voorbeeld: de afstand tot een gebouw met een hoogte van 15 meter
moet ten minste 75 meter zijn. |
b: de afstand tot (structureel of ad hoc) bewegende objecten (vergelijk auto verkeer of passerende vliegtuigen op start-of landingsbaan)
moet ten minste 200 meter zijn. |
|
|
|
|
|
|
