|
|
|
| Aerologie is het deel van de meteorologie dat zich bezighoudt met de verschijnselen in de bovenlucht, het bovenste deel van de troposfeer en de stratosfeer. Met 'bovenlucht' wordt gewoonlijk dat deel van de atmosfeer bedoeld dat zich boven het 850 hPa-vlak bevindt. Waarnemingen van de bovenlucht, aerologische waarnemingen, zijn van groot belang om een driedimensionaal beeld te verkrijgen van de atmosfeer en zijn een aanvulling van de waarnemingen op de grond, de synoptische waarnemingen. De omstandigheden in de bovenlucht zijn van grote invloed op het weer aan het aardoppervlak. |
| De ontwikkeling van kennis op het gebied van de meteorologie vereist kennis van de variabelen wind, temperatuur, druk en vochtigheid, zowel op de grond als op hoogte. Aan het einde van de 19e eeuw beschikten onderzoekers en meteorologen slechts over zeer schaarse oppervlaktegegevens. Tijdens de jaren 1890 maakten Arthur Berson en andere luchtvaartmaatschappijen talloze gelijktijdige vluchten in verschillende Europese landen om de variatie in de atmosferische structuur te bestuderen, een gemeenschappelijke meetmethode te ontwikkelen en de samenwerking bij de studie van de nieuwe wetenschap van de aerologie te bevorderen. Op 4 december 1894 vestigde Berson een hoogterecord op 9.155 meter aan boord van de Phoenix-waterstofballon. Op 10 januari 1901 reisde hij, vergezeld door artillerieofficier Alfred Hildebrandt, van Berlijn naar Markaryd in Zweden, de eerste luchtoversteek over de Oostzee. Precies een jaar later vestigde hij samen met Hermann Elias het Duitse record voor de afstand per ballon van Berlijn naar Poltava in Oekraïne, 1.460 kilometer in dertig uur |
| |
In dezelfde periode kwam Gustave Hermite, een Franse uitvinder, op het idee om een ballon los te laten waaraan hij instrumenten zou bevestigen. Omdat de radio echter nog niet was uitgevonden, moest hij deze instrumenten terugvinden door te zoeken naar het afleverpunt nadat de ballon was ontploft.
Op 17 september 1892 bracht Hermite zijn eerste weerballon uit, gemaakt van papier bedekt met petroleum. Het had een diameter van vier meter en had een kwikbarometer van 1,2 kg. |
| |
Zijn idee verspreidde zich aanvankelijk langzaam, maar onderzoekers als Léon Teisserenc de Bort en Richard Aßmann ontdekten met dit systeem de tropopauze, de stratosfeer en andere lagen van de atmosfeer. Na enkele tests uit 1927 combineerden Pierre Idrac en Robert Bureau de sensoren met een kleine radiozender met een lamp die de gemeten waarden in realtime naar de grond doorstuurde3.
De eerste vlucht van een weerballon die de temperatuurmeting via de radio opnieuw uitzond, vond plaats op 17 januari 1929 in Trappes. Gegevensherstel is niet langer afhankelijk van een willekeurig herstel van het wrak van de ballon, het is de geboorte van de moderne radiosonde. |
|
|
 |
| Weerballon met radiosonde. |
|
| |
In 1940 vervingen radiosondes de dagelijkse peilingen van vliegtuigmeteorologen volledig. Van daaruit gebruiken meteorologen de verzamelde informatie om een conceptueel model van de atmosferische circulatie te ontwikkelen en dit te integreren in weersvoorspellingen. Vanaf de jaren
zestig bevatten meteorologische satellieten steeds meer instrumenten die het mogelijk maakten om de atmosfeer vanuit de ruimte te onderzoeken, zelfs op de meest ontoegankelijke plaatsen. Deze gegevens maken een completere analyse mogelijk en zijn nu geïntegreerd in numerieke weervoorspellingsmodellen. |
| |
| |
| We zien in de atmosfeer van de aarde: |
| |
- De temperatuur daalt min of meer regelmatig met de hoogte, in het lagere deel dat de troposfeer wordt genoemd, met 5 tot 7 °C in stappen
van 1.000 m tot een hoogte van 10 tot 20 km. |
- De temperatuur stabiliseert zich vervolgens over een bepaalde dikte in de tropopauze en begint dan te stijgen. Dit nieuwe deel van de atmosfeer
wordt de stratosfeer genoemd. De opwarming daar is te wijten aan de absorptie door de ozonlaag van het grootste deel van de ultraviolette
straling die de aarde van de zon ontvangt. |
| |
| De bovengenoemde temperatuur- en drukvariaties zijn slechts gemiddeld. De daadwerkelijke verdeling is afhankelijk van de geabsorbeerde zonne-energie en de laterale uitwisseling. Polaire gebieden ontvangen minder energie dan tropische gebieden en de druk- en temperatuurstructuur met de hoogte zal daarom tussen deze twee gebieden verschillend zijn. |
| |
| De zogenaamde Mariotte- of ideale gaswet is niet perfect van toepassing op atmosferische lucht, aangezien lucht geen ideaal gas is. De benadering is echter acceptabel onder de volgende hypothesen: |
| |
- De zwaartekracht van de aarde beperkt het grootste deel van de lucht tot een dikte van enkele tientallen kilometers, waarna we kunnen aannemen
dat de atmosfeer "eindigt". Dit geeft ons een bijna gesloten systeem waarbij de atmosferische druk evenredig is met het gewicht van de luchtkolom
die het punt overwint waar we deze meten en die afneemt met de hoogte: dit is de wet van Laplace. |
- Lucht is een mengsel van gassen, waarvan sommige van fase veranderen als de druk en/of temperatuur verandert, met name waterdamp. We
moeten daarom rekening houden met de energie die vrijkomt of wordt geabsorbeerd tijdens deze verandering, de zogenaamde latente energie. |
| - Wij tillen adiabatisch, dat wil zeggen zonder dat er sprake is van warmteoverdracht met de omgeving. |
| |
Het doel van aerologie is daarom om met behulp van verschillende instrumenten de variabelen van de atmosfeer te vinden, zoals de samenstelling,
de temperatuur, de druk, de wind, enz. |
| |
| De werkelijke fysieke kenmerken van een luchtkolom kunnen worden gemeten door middel van peilingen. Deze laatste worden uitgevoerd met behulp van radiosondes die aan weerballonnen hangen. De verschillende wereldmeteorologische diensten hebben al lang een heel netwerk van stations opgebouwd die dergelijke ballonnen twee keer per dag (0 en 12 uur UT) oplaten om een driedimensionaal beeld van de atmosfeer te verkrijgen. Er zijn onderzoekscampagnes over bepaalde aspecten van de atmosfeer en de wolken, waarbij ballonnen met grotere frequentie en op meer locaties worden gelanceerd, vooral tijdens zogenaamde aerologische of geofysische dagen. De Wereld Meteorologische Organisatie coördineert de overdracht van deze informatie over de hele wereld. |
| |
| Meer recentelijk worden andere middelen gebruikt om de structuur van de atmosfeer in hogere lagen of op moeilijker bereikbare plaatsen te vinden: |
| |
- Meteorologische satellieten verschaffen informatie over de temperatuur en vochtigheid van de
atmosfeer, die dankzij bepaalde aannames kan worden benaderd met die van luchtdruk en
temperatuur. Ze kunnen andere informatie verschaffen, zoals de samenstelling van de atmosfeer,
door straling te analyseren. |
- Vliegtuigmaatschappijen kunnen tijdens hun traject informatie verstrekken over luchtdruk en
temperatuur. Dit is geen volledige meting, aangezien het vliegtuig niet alle hoogten bestrijkt, maar
de informatie is complementair. |
- Ook raketten of onderzoeksvliegtuigen uitgerust met sensoren zullen informatie verschaffen
over de samenstelling van de atmosfeer. |
|
|
 |
| Aerologische gegevens van meteorologische satelliet (Bron: NOAA). |
|
| |
| - Windprofilers, verticaal gerichte radars, geven informatie over horizontale wind, neerslag en verticale luchtbeweging |
- Ceilometers geven informatie over de hoogte van wolken, de aanwezigheid van stofdeeltjes, rook of neerslag in de lucht. Bovendien kunnen we
aan de hand van de uitdovingscoëfficiënt van hun straal het verticale zicht en de aanwezigheid van vervuiling schatten. |
| |
| |
| Aerologische gegevens worden voornamelijk gebruikt in de meteorologie. Aerologie is geen verklaring voor het weer, maar een hulpmiddel om gegevens te verkrijgen die op dit gebied zullen worden gebruikt. |
| |
|
|
|
|
|
|
