|
Frontogenese en
Frontolyse
|
|
|
Frontogenese is een meteorologisch proces waarbij horizontale temperatuurgradiënten worden versterkt om fronten te produceren. Uiteindelijk vormen zich twee soorten fronten: koufronten en warmtefronten. Een koufront is een smalle lijn waar de temperatuur snel daalt. Een warmtefront
is een smalle lijn van warmere temperaturen en in wezen de plaats waar een groot deel van de neerslag plaatsvindt. Frontogenese treedt op als gevolg van een zich ontwikkelende barokliene golf. |
| |
Volgens Hoskins & Bretherton (1972) zijn er acht mechanismen die temperatuurgradiënten beïnvloeden: horizontale vervorming, horizontale afschuiving, verticale vervorming, differentiële verticale beweging, latente warmteafgifte, oppervlaktewrijving, turbulentie en menging, en straling.
De semigeostrofische frontogenese-theorie richt zich op de rol van horizontale vervorming en afschuiving |
| |
| |
Horizontale vervorming bij cyclonen op de middelste breedtegraad concentreert de temperatuurgradiënten: koude lucht van de polen en
warme lucht van de evenaar |
| |
Horizontale afschuiving heeft twee effecten op een luchtdeeltje; het heeft de neiging het pakket te laten draaien (denk aan het plaatsen van een wiel op een punt in de ruimte en als de wind waait, draait het wiel) en het pakket te vervormen door uitrekken en krimpen. Uiteindelijk kan dit ook de temperatuurgradiënt verkleinen, maar het allerbelangrijkste is dat dit bijvoorbeeld een geconcentreerde temperatuurgradiënt roteert van de x-as
naar de y-richting. |
| |
Binnen een cycloon op de middelste breedtegraad spelen deze twee sleutelkenmerken een essentiële rol bij de frontogenese.
Op een typische cycloon op de middelste breedtegraad is dat wel het geval |
| |
| - Aan de westkant, noordelijke wind (N/H) of zuidelijke wind (S/H) (geassocieerd met koude lucht) |
- Ten oosten van de cycloon, zuidelijke wind (N/H) of noordelijke wind (Z/H) (geassocieerd met warme lucht).
resulterend in horizontale afschuifvervorming |
| |
Uiteindelijk resulteert dit in het concentreren van een cyclonische schuifkracht langs een lijn met maximale schuifkracht (wat in dit geval de geboorte
is van een koufront) |
| Aan de oostkant van een cycloon is horizontale vervorming te zien die overgaat in samenvloeiing (een resultaat van translatie + vervorming |
| Horizontale vervorming op lage niveaus is een belangrijk mechanisme voor de ontwikkeling van zowel koude- als warmtefronten. |
| |
| Elementen van frontogenese |
| |
| De horizontale afschuiving en horizontale vervorming concentreren de polaire equatoriale temperatuurgradiënt over een grote synoptische schaal (1000 km). De quasi-geostrofische vergelijkingen falen in de dynamiek van frontogenese omdat deze weersamenleving van kleinere schaal is vergeleken met de Rossby-straal; dus wordt semigeostrofische theorie gebruikt. |
| |
| Over het algemeen is het Rossby-getal de verhouding tussen traagheid en corioliskracht gebruikt om een toestand van geostrofische stroming te formuleren. |
| |
- Aan de voorkant ligt het Rossby-getal in de orde van udu/dx/fv = (10 m/s)^2/(1000 km)/(1e-4 s-1)/(1 m/s) = 1; dit laat zien dat we de
traagheidsterm niet kunnen negeren dat je moet rekening houden met de ageostrofische wind. |
- Langs de voorkant ligt het Rossby-getal in de orde van udv/dx/fu = (10 m/s)/(1000 km)*(1e-4 s-1)*(10 m/s) = 0,01, wat betekent het
bevindt zich in een geostrofische en thermische windbalans |
| |
| Tenslotte, kijkend naar een dwarsdoorsnede (y-z) door de samenvloeiende stroom, met behulp van Q-vectoren (Q wijst naar opwaartse beweging), is er aan de warme kant (onderaan het samenvloeiende schema) opwaartse beweging en aan de andere kant de koude zijde (bovenkant van samenvloeiend schema), er is een neerwaartse beweging. De dwarsdoorsnede wijst op convergentie (pijlen die naar elkaar wijzen) geassocieerd met het aanscherpen van de horizontale temperatuurgradiënt. |
| |
| Omgekeerd wordt er divergentie opgemerkt (pijlen wijzen van elkaar af), geassocieerd met een toenemende horizontale temperatuurgradiënt. Omdat de kracht van de ageostrofische stroming evenredig is met de temperatuurgradiënt, groeien de tendensen naar ageostrofische verkrapping snel na de aanvankelijke geostrofische intensivering. |
| |
| Ontwikkeling van de frontogenetische circulatie |
| |
| Tijdens de frontogenese wordt de temperatuurgradiënt kleiner en als gevolg daarvan raakt de thermische wind uit balans. Om het evenwicht te bewaren, past de geostrofische wind omhoog en omlaag zich aan, zodat er gebieden van divergentie/convergentie ontstaan. Massacontinuïteit zou een verticaal transport van lucht langs het koude front vereisen waar divergentie bestaat (verlaagde druk). Hoewel deze circulatie wordt beschreven door een reeks processen, vinden ze feitelijk tegelijkertijd plaats, waarneembaar langs het front als een thermisch directe circulatie. Er zijn verschillende factoren die de uiteindelijke vorm en kanteling van de circulatie rond het front beïnvloeden, en uiteindelijk het type en de locatie van wolken en neerslag bepalen. |
| Frontolyse |
| Frontolyse |
| |
Frontolyse is het oplossen van fronten, of in wijdere zin het verzwakken van een bestaand front. Dit treedt vooral op waar de stroming zodanig is
dat grenzende luchtsoorten divergeren of waar de verschillen tussen de luchtsoorten kleiner worden. |
| |
| Het divergeren van luchtsoorten kan optreden in een hogedrukgebied. De verschillen tussen luchtsoorten kunnen in de zomer afnemen doordat een warmtefront van zee het warmere vasteland nadert. In de winter vermindert het verschil wel doordat een koufront van zee het sterk afgekoelde vasteland nadert, waarbij de lucht achter het koufront in de onderste lagen zelfs een hogere temperatuur kan hebben dan de lucht aan de voorzijde. Dit wordt een gemaskeerd koufront genoemd en kan aan het einde van een vorstperiode dooi brengen. |
| |
|
|
|
|
|
|
