← Alle thema's
🔆
De zon, de motor van alles
Waar de energie van het weer vandaan komt.
Zonnegeometrie, zenithoek en seizoenen
De zon is de bron van bijna alle energie van het aardsysteem. Maar die energie komt niet overal op dezelfde manier aan: de geometrie van de belichting, bepaald door de baan en de helling van de aarde, verklaart de seizoenen en de grote klimaatcontrasten.
De zenithoek bepaalt de ontvangen energie
De zenithoek is de hoek tussen de richting van de zon en de verticale van de plaats. Hoe hoger de zon, kleine hoek, hoe geconcentreerder haar straal; hoe lager ze staat, grote hoek, hoe meer diezelfde straal zich over een groot oppervlak uitspreidt, en hoe minder energie er per vierkante meter is. De ontvangen energie neemt af als de cosinus van die hoek. Daarom ontvangen de tropen, waar de zon hoog klimt, veel meer energie dan de polen, waar ze de horizon scheert.
De obliquiteit maakt de seizoenen
De rotatieas van de aarde is ongeveer 23,5° gekanteld ten opzichte van het vlak van haar baan: dat is de obliquiteit. Het zijn die kanteling, en niet de afstand tot de zon, die de seizoenen maken. In de zomer is het halfrond naar de zon gekanteld, die hoger klimt, kleinere zenithoek, en langer belicht. De zonnewendes markeren de extreme dagen, de equinoxen de dagen waarop de daglengte gelijk is aan de nacht. Contra-intuïtief staat de aarde het dichtst bij de zon, in het perihelium, begin januari, midden in de noordelijke winter.
Daglengte en dagelijkse energie
De op een dag ontvangen energie combineert de momentane intensiteit en de duur van de zonneschijn. Op hoge breedten in de zomer wordt de zwakke intensiteit gecompenseerd door heel lange dagen, soms de middernachtzon; in de winter stapelen zwakke intensiteit en korte dagen zich op tot een duidelijk tekort.
💡 De seizoenen komen van de askanteling, niet van de afstand: de aarde staat zelfs het dichtst bij de zon in de noordelijke winter.
Straling: zonneconstante, spectrum en verstrooiing
Zonnestraling is niet alleen een hoeveelheid warmte: het is een energiespectrum dat de atmosfeer filtert en herverdeelt voor het de grond bereikt.
De zonneconstante
Aan de top van de atmosfeer bedraagt het loodrecht ontvangen zonnevermogen gemiddeld 1361 W/m²: dat is de zonneconstante. Maar de zon belicht slechts een schijf terwijl de aarde een bol is met vier keer die oppervlakte; verdeeld over de hele bol blijft er nog maar ongeveer 342 W/m² gemiddeld. Ze varieert licht, in de orde van 0,1 %, in de loop van de zonnecyclus van ongeveer elf jaar.
Het spectrum en zijn verzwakking
Het zonnespectrum piekt in het zichtbare licht. Bij het doorkruisen van de atmosfeer wordt het verzwakt door absorptie, het ultraviolet door de ozon en het infrarood door de waterdamp, en door verstrooiing. De Rayleigh-verstrooiing, des te sterker naarmate de golflengte korter is, ze varieert als de inverse van de golflengte tot de vierde macht, verspreidt het blauw over de hele hemel en kleurt de ondergaande zon rood.
Direct, diffuus en meting aan de grond
De straling die de grond bereikt splitst zich in directe straling, in rechte lijn vanaf de zon, en diffuse, herverdeeld door lucht en wolken. Bij bewolkte hemel wordt bijna alles diffuus. Men meet die globale straling met een pyranometer; ze hangt sterk af van de wolken en de aerosolen, de zwevende deeltjes die de zogenaamde troebelheid van de lucht bepalen.
💡 De Rayleigh-verstrooiing verklaart tegelijk de blauwe hemel overdag en de rode zonsondergangen.
Energiebudget van het oppervlak en dagcyclus
Het is niet de zon die de lucht rechtstreeks verwarmt, maar de grond die, belicht, de energie herverdeelt. Het energiebudget van het oppervlak bestuurt de dagelijkse temperatuurcyclus.
De oppervlakteflux
De beschikbare nettostraling aan de grond verdeelt zich in drie fluxen: de voelbare warmte, die de lucht bij contact opwarmt; de latente warmte, verbonden aan de verdamping van water; en de flux die in de bodem geleid wordt. De Bowen-verhouding, de verhouding van voelbare tot latente warmte, onderscheidt een droge woestijn, hoge Bowen en weinig verdamping, van een vochtig oppervlak, lage Bowen.
De faseverschuiving: waarom het maximum in de namiddag valt
De maximumtemperatuur wordt niet op het zonnemiddag bereikt, maar twee tot drie uur later. Zolang het stralingsbudget positief blijft, blijft de grond energie opstapelen en de lucht opwarmen; het is de thermische traagheid. Zo ook treedt het minimum op kort voor zonsopgang, aan het einde van de nachtelijke afkoeling.
Nachtelijke inversies, vorst en mist
Bij heldere en kalme nacht verliest de grond zijn energie door infraroodstraling en koelt snel af. De lucht aan het contact wordt dan kouder dan de lucht erboven: dat is een oppervlakte-inversie, gunstig voor dauw, rijp en mist. Wind en wolken, door de lucht te mengen en het infrarood terug te sturen, verhinderen ze.
💡 Die thermische faseverschuiving verklaart dat het warmste moment het midden van de namiddag is, niet het zonnemiddag.
Maak een account om te spelen
De quiz en de ranglijst zijn voorbehouden aan leden. Meld je aan of maak een gratis account om je kennis te testen en in de ranglijst te komen.
Aanmelden of account maken
