Ottos geografi noter til HF

Klimatologi

Klimatologi - temperatur, lufttryk, vinde og nedbør

Faglige mål:

I undervisningsforløbet om almen klimatologi skal du få kendskab til følgende:
  • Hvilke forhold der bestemmer dels de overordnede globale temperaturforskelle, og
    hvilke forhold har betydning for de lokale temperaturer ( højde, fastland- kystklima, vinde, havstrømme)
  • Hvilken betydning atmosfæren har for vores klima (indstråling, udstråling, reflektion/ albedo, absorbtion og naturlig drivhuseffekt)
  • Hvordan dannes termiske lavtryk og højtryk, og hvilke lufttryk og dominerende vinde finder vi i det globale vindsystem
  • Hvad er forudsætningerne for nedbørsdannelse og forskellige nedbørstyper (luftens max. vanddampindhold)
  • Hvilken sammenhæng er der mellem det globale vindsystem og lufttryk og dannelsen af nedbør?

    Herunder - at kunne forklare dannelsen af monsunregn i det sydlige asien

  • Vandets kredsløb og vandbalanceligningen: N= F + Ao + Au +/- R, samt vandbalancen for Danmark
  • Definition af klimazonerne / klima-plantebælter og aflæsning og analyse af hydrotermfigurer

Globale temperaturer

Globale temperatur

De globale variationer i temperaturen er først og fremmest bestemt af solens indstrålingsvinkel eller solhøjden. Se figur 1

Solhøjden aftager med stigende breddegrad - altså jo længere væk vi kommer fra ækvator.

Ved en lavere solhøjde skal solstrålerne opvarme et større areal (A) end på lavere breddegrader (B).

DERFOR vil opvarmningen pr. m2 være mindre i (A) end i (B)

Figur 1: Solhøjden / indstrålingsvinkel aftager med stigende breddegrader. HVIS jorden IKKE hældte om sin omdrejningsakse, ville solen altid står i zenit (=90⚬) over ækvator (= 0⚬)

Jo højere solen står på himmelen, jo mindre er det landområde som solstrålerne skal opvarme og jo højere bliver temperaturen.

Solens maksimale indstrålingsvinkel / solhøjde er 90 ⚬. Når solen står 90 ⚬ over jorden siger man, at solen står i 'zenit'

Se animation

Jordens hældning 23,5 ⚬

Figur 1.1: Når jorden nu vippes 23,5 ⚬ om egen omdrejningsakse, står solen i zenit på 23,5 ⚬ N.

To breddegrader bliver nu særlig vigtige.

Nemlig 23,5 ⚬ N og S (Vendekredsene) og
66,5 ⚬ N og S (Polarcirklerne)

Årstider

Nedenstående figur viser solhøjden (altså solens indstrålingsvinkel) med rød skrift, mens breddegraderne er vist med sort.
1) figur t.v.: hvis jorden IKKE hældte om sin egen omdrejningsakse

2) figur t.h.: viser solhøjden med jordens hældning på 23,5 ⚬ om egen omdrejningsakse.

Figur 2: Breddegrader og solhøjde når jorden IKKE hælder / jævndøgn (tv) og ved Sommersolhverv 21/6 (th)

Solhverv & jævndøgn

Jordens akse hælder 23.5 ⚬ -> solhøjden ændres + med jordens bane omkring solen, vil solhøjden variere i årets løb

årstiderne-solhøjde-breddegrad
Figur 2.1: Sommersolhverv (21/6) t.v. og Vintersolhverv (21/12) t.h.
Solen står i Zenit over den nordlige og så den sydlige vendekreds. Ved forår- og efterårsjævndøgn står solen i zenit over ækvator.
Simpel animation

Avanceret animation

Atmosfæren

Atmosfæren

Jordens atmosfære er forudsætningen for liv på jorden.

Det er i atmosfærens - de nederste 10-10 km at alle vejrprocesserne udfolder sig

Jordens atmosfære er dannet ved :

  • jordens geologiske aktiviteter (vulkanudbrud m.v.) og
  • det organiske liv (fotosyntese)
  • jordens tyngdekraft fastholder atmosfærens gasser ved jorden Se figur

Globale og lokale temperaturer

Strålingsbalancen

Atmosfærens strålingsbalance er en simpel model som illustrerer det forholdet mellem strålingen fra solen ( kortbølget indstråling) og den ståling (langbølget varmestråling) som jorden udsender.
Figur af strålingsspektret

Model af strålingsbalancen

Atmosfærens strålingsbalance - af Otto Leholt (2018)
Figur 3: Atmosfærens strålings- og energibalance som er afgørende for jordens klima.

Forklaring:

Den samlede solstråling som når atmosfæren er sat til 100 %.

Heraf reflekteres ca. 22 % fra skyernes hvide overflade (albedo-effekt) og fra støvpartikler i atmosfæren (aerosoler), mens ca. 7 % reflekteres fra lýse overflader på jorden - f.eks. sne og isdækkede områder.

Ca. 23 % af solstrålingen absorberes i atmosfæren - herunder solens skadelige UV stråling som absorberes af ozonlaget.

Ca. 48 % af indstråling absorberes i jordoverfladen og omdannes her til varme.

Bemærk at jorden afgiver mere varmestråling (ca. 118 %) end den modtager fra solen. Dette skyldes at jorden kun modtager solstråling i dagtimerne men afgiver varmestråling døgnet rundt og fra alle steder på jorden.

Men langt størstedelen af jorden udstråling ( 100 af de 118 %) sendes tilbage til jorden af den NATURLIGE DRIVHUSEFFEKT som forårsages af atmosfærens vanddamp (H2o) og kuldioxid (CO2). Det er denne drivhus effekt som giver jorden en gennemsnitstemperatur på ca + 15 ⚬ C.

Uden den naturlige drivhuseffekt ville jorden gennemsnitstemperatur være ca 33⚬ koldere - altså ca. MINUS 18⚬ C.

Bemærk at indstråling og udstråling såvel ved jordoverfladen som i den ydre atmosfære er i balance (=0).

Lokale temperaturer

Mens solhøjden fastlægger de overordnede globale temperaturforskelle, vil det lokale klima , f.eks i Danmark, tillige være påvirket af andre forhold.

Dette kan illustreres med denne figur , som viser de vigtigste forhold som påvirker det lokale klima.

Figur 4: Forskellige forhold som har betydning for de lokale temperaturer (Otto)

Hvilke af disse forhold tror du har størst betydning for temperaturene i Danmark?

Havstrømme

Varme og kolde havstrømme
Figur 5: Varme og kolde havstrømme

Kyst- / fastlandsklima ?

Hvis temperaturforskellen mellem koldeste og varmeste mdr. > 18 ⚬ C taler man om fastlandsklima.

Fastlandsklima er kendetegnet ved varme somre og kolde vintre.

Er temperaturforskellen < 18 ⚬ C taler vi om kystklima. Kystklimaet er kendetegnet ved kølige somre og milde vintre.

Denne forskel mellem kyst- og fastlandsklima, skyldes at havet opvarmes langsomt men også afkøles langsomt.

kyst-fastlandsklima - Thyboron og Moskva
Figur 6: Eksempler på kyst og fastlandsklima
Opgave til temperaturanalyse

Lufttryk, vinde og nedbør

Termiske Lufttryk

Lufttrykket defineres som trykket (massen) af en luftsøjle over et givent sted. Lufttrykket vil altid falde med højden over jorden. Men lufttrykket udtrykkes altid relativt - dvs. at lufttrykket ét sted sammenlignes med lufttrykket et andet sted i samme højde over jorden. Dvs. at hvis lufttrykket er lavt et sted , så betyder det at lufttrykket i den omkringliggende luft er højere.

Dette er svært at forstå - men kan illustreres med nedenstående model. globale lufttryk - vinde og nedbør

Figur 7: Dannelse af termiske lavtryk og højtryk (Otto) Video gennemgang
Modellen viser et par almene regler:

Hvor luften er varm, udvides luften og bliver lettere -> luften stiger til vejrs og der opstår et lavtryk ved jordoverfladen. og omvendt, Hvor luften er kold, trykkes luften sammen og bliver tungere -> luften synker ned og der dannes et højtryk ved jordoverfladen

Endelig kan du se at luftmasserne altid bevæger sig (horisontalt) fra områder med højt til områder med et lavere lufttryk.

Globale vindsystem

På grund af de høje temperaturer ved ækvator, vil den varme luft stige op, og der dannes et lavtryk ved jordoverfladen. Omvendt ved polerne , her vil den kolde luft synke ned og danne et højtryk.

Vi kalder disse lufttryk for termiske lufttryk, da de alene er dannet p.g.a. temperaturene.

Imellem disse termiske lufttryk dannes nu (pga. jordens rotation og vindenes afbøjning) to 'dynamiske' lufttryk, i form af et dynamisk lavtryk (polarfronten) og et dynamisk højtryk.

Dette kan illustreres i nedenstående model:

Globale vindsystem - af Otto Leholt
Figur 7.1 : Model af det globale vindsystem og dominerende lufttryk
Se gennemgang på Youtube
af Otto Leholt
Animation af globale vindsystem

Det globale vindsystem med kommentarer

Lufttryk og nedbør

Der er en nøje sammenhæng mellem lufttryk og nedbør som vist i nedenstående figur.
globale lufttryk - vinde og nedbør - af Otto Leholt
Figur 9: model over globale lufttryk, vinde og nedbør
Sammenhængen er enkel - nemlig hvor luften stiger til vejrs og derved afkøles, vil der kunne dannes nedbør.

Det sker netop i lavtryksområderne , dels omkring ækvator og dels omkring de subpolare lavtryk eller den såkaldte Polarfront.

Særlig vigtigt er det her, at Nedbør dannes i områder med lavtryk, hvor luften stiger til vejrs og afkøles. Omvendt i højtryksområderne. Her er der sjældent og kun ganske lidt nedbør. Det er da også i disse højtryksområder at man finder de store ørkener ( Sahara, Kalahari m.fl.)

Prøv om du kan genfinde mønstret i nedbørsfordelingen i modellen ovenfor på kortet herunder.

GLobale nedbørsfordeling
Figur 10: Den globale nedbørsfordeling

Luftfugtighed og nedbør

Luftfugtighed

Figur t.h. viser sammenhængen (korrelationen) mellem en luftmasses temperatur og hvor meget vanddamp den maksimalt kan indeholde ved en given temperatur.

Af figurens kurve ses:

At jo varmere luften er, jo mere vanddamp kan den indeholde. Varm luft kan altså indeholde mere vanddamp end kold luft !

Det betyder også, at hvis luftmassen bliver afkølet vil den ikke kunne indeholde ligeså meget vand. Derfor regner det!

Luftfugtigheden beregnes som luftens aktuelle vanddampindhold (g pr m3) som procent af luftens maksimale vanddampindhold ved den pågældende temperatur.

Dvs. en luftfugtighed på 50 % , betyder at luften indeholder halvdelen af det maksimale vanddamp indhold ved den pågældende temperatur.

Nedbørstyper

Luften kan afkøles på forskellig måde (se figur) som vist i følgende figurer:
konvektion-konvergens-nedbør - af Otto Leholt
Konvektionsnedbør
Finder sted når der sker en lokal opvarmning af luften , som herved stiger til vejrs og afkøles -> nedbør.
Konvergensnedbør
Finder vi rundt om ækvator hvor passatvindene mødes og luften presse til vejr -> afkøles -> nedbør
Stigningsregn
Når luften blæser mod en bjergkæde ( eller den jyske højderyg) vil luften blive preset til vejrs, afkøles og give nedbør.
stigning-front-regn - af Otto Leholt
Frontregn
Varmefront: Når varm luft møder kold luft. Den varme luft er lettere end den kolde, og vil derfor glide op over den kolde luftmasse. Dette sker langs Polarfronten - og dermed ofte i Danmark. Varmfronten vil ofte give heldagsregn.

Koldfront: Her sker det modsatte . NU er det den kolde luftmasse der bevæger sig mod en varmere luftmasse. Den kolde luft er tungere end den varme, og vil derfor presse sig ind under varmluften. Herved presses den varme luft til vejrs, og giver kortvarigt og heftig regn.

Animation af fronter

Monsunregn i Sydøstasien

Intertropisk konvergenszone

    Fordi jorden hælder 23,5 ° om sin egen akse, følger:
  • at solen i vores sommermåneder bevæger sig op til den nordlige vendekreds på 23,5 ° N, og
  • ned til den sydlige vendekreds 23,5 ° S i vores vinterhalvår.

Med solens 'vandring' mellem den nordlige og sydlige vendekreds, følger også det termiske lavtryk omkring ækvator (se figur 11 og 12).

Det ækvatorielle lavtryk kaldes også for den Intertropiske Konvergenszone eller ITK.

Når ITK bevæger sig op og ned omkring ækvator medfører det to ting:

  • Placeringen af passatvindene som jo blæser ind mod det ækvatorielle lavtryk (ITK). Ingen steder er dette mere tydeligt end i Sydøstasien.
  • Da det altid regner omkring det ækvatorielle lavtryk (ITK), vil denne nedbør så at sige følge ITK's vandring mellem den nordlige og sydlige vendekreds.
En sådan årstidsbetinget nedbør betegnes monsunregn.

Pointen er altså: Regntiden i de tropiske områder , følger med ITK zonens bevægelser mellem nordlige og sydlige vendekreds.

Se animation (kræver Adobe Flash)

Monsunregn i Sydøstasien

ITK zonens vandring mellem vendekredsene får som sagt afgørende betydning for nedbørsfordelingen i Sydøstasien, i henholdsvis sommer og vintermånederne. Det skal vi se i det følgende:
Lufttryk og vinde i jan.
itk-zonen-jan-måned - W. Dansgaard
Figur 11: Lufttryk og vinde i jan mdr. med ITK-zonens placering syd for ækvator.
Bemærk højtrykket over det indre asiatiske kontinent. Det er i virkeligheden det polare termiske højtryk, som om vinteren breder sig ned over det asiatiske og nordamerikanske kontinent.

Fra dette højtryk strømmer kold, og dermed tør, luft ned over Sydøstasien. Denne luft vil ikke give nogen nedbør.

Bemærk også , at over oceanerne ligger der nogle meget stabile dynamiske højtryk , både vinter og sommer. Det er fra disse højtryk at passatvindene blæser ind mod ækvator / ITK.

Lufttryk og vinde i juli måned
Omvendt i sommermånederne. Nu ligger det ækvatoriaelle lavtryk ( ITK) langt inde over det Sydøstasiatiske kontinent.

Lavtrykket trækker nu varm og fugtig luft ind fra det Indiske Ocean, som giver store nedbørsmængder over kontinentets sydlige områder.

itk-zonen-jan-måned - W. Dansgaard
Figur 12: Lufttryk og vinde i juli mdr. med ITK-zonens placering nord for ækvator.
Kilde: W. Dansgaard

Dette kan du se i den følgende animation->

Animation af ITK og monsunnedbør

ITK og monsunvindene
Klik for at se animation af ITK og nedbørsfordelingen i årets løb. Fladesignaturen viser nedbørsmængden - blå meget nedbør, gul - ringe nedbør.

GO-Atlas s. 94-95 | ITK og monsunvindene

Globale vindsystem med animation af ITK

Klima- og plantebælter

Klima- og plantebælter

Jorden kan som bekendt opdeles i forskellige klima og plantebælter.

Klimabælterne (Polar, Tempereret, subtropisk og tropsik) er alene defineret ved gennemsnitstemperaturen i varmeste eller koldeste måned.

Definitioner:

  • Polart klima < 10 °C i varmeste mdr.
  • Tempereret > 10 °C i varmeste mdr
  • Subtropisk > 20 °C i varmeste mdr
  • Tropisk > 15 °C i koldeste mdr.
Vahl's klima og plantebælter
Definition på Klima - og plantebælter (efter E. Sander: Alverdens Geografi)
Inden for de enkelte klimazoner findes forskellige plantebælterne (Tundra, nåleskov, løvskov, marki, savanne, ørken og regnskov m.v.) som primært er bestemt af mængden af nedbør. Plantebæltet forstås som den naturlige plantevækst i området, som jo vil være tilpasset de klimatiske betingelser, først og fremmest temperaturen og nedbøren.

Hydrotermfigurer

En hydrotermfigur viser gennemsnitstemperatur og nedbør for en given lokalitet i gennem årets 12 måneder.

Temperaturen er vist som en kurve og aflæses på den højre Y-akse, mens nedbøren er vist med søjler for de enkelte måneder og aflæses på den venstre Y-akse. Se eksemplet herefter.

Figur 15: Hydrotermfigur for Antofagasta - Chile
hydrotermfigur for Antofagasta
Klimazonen bestemmes ved hjælp af foregående tabel.
Da der i varmeste mdr (feb.) lige er over 20 C, kan klimazonen bestemmes som subtropisk.

Plantebæltet bestemmes ud fra mængden af nedbør.
Som det ses af søjlerne , regner det stort set ikke i Antofagasta, hvorfor plantebæltet må være ørken. Dette kan også ses af data. Når den potentielle fordampning (Fpot) er 80 cm / årligt og nedbæøren (N) kun er 8cm , er der et enormt nedbørsunderskud.

Klimaanalyse

Eksamensopgave i klimatologi

I klimaanalysen skal du vise at du kan anvende den almene klimatologi til at beskrive og forklare et givent områdes klimaforhold. Med udgangspunkt i en hydrotermfigur skal du altså kunne :
  • Beskrive klima- og nedbørsforholdene på en given lokalitet , samt
  • Forklare hvorfor temperaturene er som de er ( varmt eller koldt, svingende eller stabilt) og
  • Forklare hvorfor det regner / ikke regner, eller regner meget eller ganske lidt.
Se opgave i klimaanalyse

Vejledning & materialer

Det danske vejr & klima

Strømningsvejr - vinde

Karakteristisk for det danske vejr er at det er omskifteligt. Det ene dag regner det og næste dag skinner solen. Det er umuligt at vide mere end en uge frem , hvordan vejret vil blive.

Dette skyldes at Danmark er præget at det man kalder et 'strømningsvejr' - dvs luftstrømme eller vinde. Det afgørende om vejret fra dag til dag , er således fra hvilken retning vindene kommer. Afhængigt af vindretningen kan vinden være enten kold / varm, tør / fugtig .

Den almindelige vindretning i Danmark er vestenvinden. Den kommer fra Nordsøen og Atlanterhavet, og vil derfor altid være fugtig og lun ( hverken kold eller decideret varm)

Det som bestemmer vindretningen er placeringen af de lavtryk som for det meste dominerer vores vejr. Lavtrykkene følger Polarfronten som nogle gange ligger nord for Danmark andre gange syd for Danmark. Dette skyldes at polarfronten er styret af nogle luftstrømme i den øvre atmosfære (kaldet Jetstrømme) som slynger sig op og ned rundt om jorden.

Se aktuelle VEJRKORT hos DMI

Kølige somre, milde vintre

Den koldeste mdr i Danmark er feburar med en gennemsnitstemperatur på ca. 0-1 ⚬C .

De milde vintre har vi fordi vi er omgivet af vand og derfor har kystklima, med kølige somre og milde vintre.

Den fremherskende vindretning er vestenvinden, som fører lunt og fugtig luft ind fra Atlanterhavet. Her spliller Golfstrømmen en vigtig rolle ved at transportere varmt overfladevand langt mod nord, og dermed sikre Nordvesteuropa nogle relative milde vintertemperaturer.

Polarfronten og vestenvinden
Polarfronten og vestenvinden

Sibirisk kulde i Danmark

Når vi ind imellem oplever stærk kulde om vinteren, er det oftest fordi polarfronten og det tilhørende lavtryk for en periode ligger syd for Danmark.

Det betyder at polarvindene nu blæser ned over Danmark og bringer os iskold luft fra Rusland og det nordlige Skandinavien.

Til gengæld vil lavtrykket ligge nede mod Middelhavet og vil derfor bringe dem hårdt tiltrængt nedbør.

Da Polarfronten og den tilhørende jetstrøm slynger sig rundt om jorden omkring 60 ⚬ N, vil en kold vinter i Danmark ofte være sammenfaldende med varmere vejr i Grønland (Gr), som nu får glæde af vestenvindens lune luft.

Polarfronten og  polarvinden
Polarfronten og polarvinden

Disse sider er kun gældende for Ottos geografihold på Frederiksberg HF kursus

Sidst opdateret: d. 12-10-2018

© 2000-2018 Otto Leholt
Frederiksberg Hf kursus ol@frberg-hf.dk