Meteorologie

Wind

Hoge- en lagedrukgebieden

Hoge- en lagedrukgebieden in de atmosfeer komen altijd samen voor. Er is altijd een interactie tussen deze gebieden. Deze interactie veroorzaakt luchtverplaatsing, oftewel wind. In de onderstaande figuur zien we dat een dergelijke verplaatsing van H naar L optreedt (zie figuur 1.1).

Let op: bij hoge- en lagedrukgebieden hebben we het over de druk aan het grondoppervlak. Op grote hoogte zijn de omstandigheden anders.

Als de wind van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied waait, beweegt deze niet in een rechte lijn, maar buigt deze af. Dit wordt veroorzaakt door de draaiing van de aarde. Dit effect is het sterkste bij de polen. Daardoor draait de wind in hogedrukgebieden met de klok mee, en in lagedrukgebieden tegen de klok in - in het Noordelijk halfrond. Het effect is omgekeerd in het Zuidelijk halfrond.

Noordelijk halfrond

• Hogedrukgebied - met de klok mee

• Lagedrukgebied - tegen de klok in

Zuidelijk halfrond

• Hogedrukgebied - tegen de klok in

• Lagedrukgebied - met de klok mee

Landwind en zeewind

Het land warmt overdag sneller op dan de zee. De opwarmende lucht stijgt en zorgt voor convectie. Er ontstaat dan een lagedrukgebied. De lucht boven het water koelt af en daalt. Dit geeft subsidentie (luchtstroom naar beneden) en er ontstaat een hogedrukgebied. Aangezien lucht van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied stroomt, zal aan de grond een zeewind ontstaan.
’s Nachts gebeurt het omgekeerde. Het land verliest sneller warmte dan de zee. Hierdoor wordt de zee relatief warmer. De lucht boven het water warmt op en leidt tot een lagedrukgebied. De lucht boven de grond is kouder en leidt tot een hogedrukgebied. Er ontstaat dan wind van land naar zee: de landwind.

Wind in de bergen en dalen

Als de zon de zijkant van een helling of berg verwarmt, zal de lucht daarboven ook warmer worden. Dit leidt tot thermiek. Koelere lucht van onderaan de helling stroomt dan naar boven en veroorzaakt dalwind (anabatische wind).
's Avonds gebeurt het omgekeerde: de lucht koelt af en stroomt naar beneden langs de helling, en veroorzaakt bergwind (katabatische wind).

Hellingstijgwind

Als de wind tegen de zijkant van duinen, heuvels of bergen blaast, zal de lucht langs de helling naar boven stromen. Je kunt deze wind vaak herkennen aan een wolk bij de bovenrand van de helling. Deze wolk vormt zich als de stijgende lucht tot het dauwpunt afkoelt. Aan de achterkant (lijzijde) van de helling zakt de wind weer naar beneden. Vanwege de snelheid komt de wind dan vaak los van het grondoppervlak, wat leidt tot sterke turbulentie (luchtwervelingen).

Windschering

Een zeer lokale en plotse verandering van windrichting of windsnelheid noemen we windschering of wind shear. Het wordt vaak veroorzaakt door onweerswolken of door zogturbulentie (wake turbulence) van vliegtuigen in de buurt. Dit vormt vooral een gevaar als je landt met lage snelheid of met een laag vermogen. De windschering maakt het dan moeilijker de controle over je UA te houden.

Turbulentie

Turbulentie is plotselinge en onregelmatige wind. Dit komt vaak voor bij de randen van gebouwen en andere constructies. Turbulentie kan de stabiliteit van je UA ernstig verminderen. Voordat je dicht bij een gebouw vliegt moet je nagaan hoeveel turbulentie er kan zijn.

Venturi-effect

Als de lucht door een smal toelopende vernauwing stroomt, treedt het Venturi-effect op. Hierdoor neemt de stroomsnelheid van de lucht toe, en vermindert tegelijk de luchtdruk. Het venturi-effect kan optreden in de bergen, en rond gebouwen en objecten. Als je daar vliegt moet je rekening houden met de kans op sterke, turbulente wind.

Informatie over de wind

De snelheid en richting van de wind worden continu gemeten en opgenomen in weerberichten. De windrichting geeft aan vanuit welke richting de wind komt. Noordenwind bijvoorbeeld, waait van noord naar zuid. Windwijzers geven de windrichting aan, in graden.

Windsokken bij luchthavens geven de windrichting ook aan. De hoek waaronder de windsok hangt geeft bovendien een indicatie van de windsnelheid. Je kunt de windsnelheid nauwkeuriger meten met een anemometer met roterende cups (halve bollen) of een propeller.

De windsterkte kan variëren van een licht briesje tot een orkaan. In weersinformatie voor de luchtvaart wordt de windsnelheid opgegeven in knopen*. In normale weersinformatie wordt de schaal van Beaufort gebruikt (bijvoorbeeld windkracht 5, voor een stevige wind). Deze schaal geeft de gemiddelde windsnelheid aan, berekend over een periode van 10 minuten en op een hoogte van 10 meter boven de grond.

Temperatuur

De zon zendt energie uit die ons bereikt als straling. Deze energie verhoogt de temperatuur van de aarde. In Europa en de meeste andere regio's wordt de temperatuur uitgedrukt in graden Celsius (°C). Lucht gedraagt zich anders bij verschillende druk en verschillende hoogtes maar óók bij verschillende temperaturen. De temperatuur heeft dan ook een directe invloed op de configuratie van je UA en de planning van je operatie. Bij kou is de vluchtduur bijvoorbeeld korter en bij extreme kou kan de UA zelfs ineens uit de lucht vallen door bevriezing van besturingsonderdelen of ijsafzetting op propellers of vleugels. Het is dus van belang om rekening te houden met de temperatuur waar je vliegt. Dus op de grond én in de lucht.

Temperatuur op aarde

Stand van de zon

De aarde ontvangt altijd dezelfde hoeveelheid energie van de zon. De energie die op een bepaalde plaats valt hangt af van de invalshoek van de zonnestralen:

• Als de zon hoog staat, in de zomer, ontvangt het aardoppervlak meer energie per vierkante meter.

• Als de zon laag staat, in de winter, ontvangt het aardoppervlak minder energie per vierkante meter.

Dat komt omdat de energie dan wordt verspreid over een groter oppervlak. De invalshoek van het zonlicht hangt af van het seizoen. Deze hoek wordt bepaald door de beweging van de aarde om de zon en de hoek van de rotatie-as van de aarde.

Absorptie

De aarde absorbeert het meeste van de ontvangen zonne-energie (zonnestraling). De grond geleidt de warmte en slaat deze op. Deze warmte wordt 's avonds weer afgegeven. De temperatuur aan de grond wordt bepaald door het verschil tussen de overdag ontvangen warmte en de 's nachts uitgestraalde warmte.

In de nacht ontvangt de aarde nauwelijks inkomende warmte, maar geeft dan veel warmte af (uitgestraalde warmte). Dit leidt tot afkoeling tijdens de nacht.

Overdag houdt bewolking straling tegen die de grond daardoor niet bereikt en de grond dus niet opwarmt. In de winter is er meer bewolking. Dat is één van de redenen waarom het in de winter kouder is dan in de zomer. Maar ‘s nachts daarentegen weerkaatst de bewolking de uitgaande straling die dan in de atmosfeer blijft. Daardoor zijn bewolkte winternachten warmer dan heldere winternachten.

Dagvariatie

Dagvariatie (diurnal variation) is het temperatuurverloop op een doorsnee dag. De temperatuur verandert volgens een bepaald patroon. Eén uur na zonsopgang is de temperatuur het laagst en twee uur nadat de zon de hoogste stand heeft bereikt is de temperatuur het hoogst.

Temperatuur van de zee

De zee warmt langzamer op en koelt langzamer af dan de grond. Dit verklaart waarom:

• De temperatuur aan zee ‘s nachts minder snel zakt dan in het binnenland (en omgekeerd tijdens de dag).

• Waarom het aan zee in de winter niet zo koud is als in het binnenland (en omgekeerd tijdens de zomer).

IJsafzetting

Onderkoelde vochtdruppels in de wolken kunnen voorkomen tot -40°c en leiden tot ijsafzetting. Tijdens de vlucht zet dit ijs zich af op de romp, vleugels en de propellers. Ondanks de lage temperatuur blijven de druppels vloeibaar in de lucht, omdat er geen bevriezingskernen zijn. Deze kernen zijn heel kleine stofdeeltjes waarop het water bevriest.

Hoewel wolken meestal zo hoog voorkomen dat je UA er niet in komt, kunnen ze wel een probleem zijn als je in de bergen vliegt. Het vliegen in de mist kan in de winter ook tot deze problemen leiden.

Gevaar

Door ijsafzetting op je UA kunnen stuurvlakken vast komen te zitten, waardoor je het toestel niet meer kunt beheersen. IJsafzetting verandert ook het vleugelprofiel waardoor de luchtstroom over de vleugel turbulenter wordt. Dit vermindert de draagkracht (lift) en verhoogt de weerstandskracht (drag). Het ijs op je UA maakt deze ook zwaarder.

IJsafzetting op de propeller maakt deze minder effectief, waardoor de draagkracht afneemt. Bovendien wordt het ijs onregelmatig afgezet waardoor de propeller ongebalanceerd wordt. Dit leidt tot trillingen en kan de motor zelfs beschadigen. Kort gezegd: ijsafzetting kan leiden tot verlies van de besturing van een luchtvaartuig en het neerstorten daarvan.

Zicht

Zicht is een van de belangrijkste factoren bij het vliegen met een UA. Je mag alleen met een UA vliegen als je die kunt zien (Visual Line of Sight - VLOS). Als er geen zicht is mag je niet vliegen.

Definitie

ICAO definieert het zicht als volgt:

• De grootste afstand waarop een zwart object van bepaalde afmetingen, op geringe hoogte van de grond, kan worden waargenomen en herkend wanneer het wordt geobserveerd tegen een heldere achtergrond.

• De grootste afstand waarop een lichtbron van 1000 candela kan worden waargenomen en geïdentificeerd tegen een onverlichte achtergrond.

Omstandigheden die het zicht beïnvloeden

Stof en vocht in de lucht en neerslag (zoals regen, hagel en sneeuw) kunnen een grote invloed hebben op het zicht. Nevel en mist zijn ook van invloed op het zicht.

Luchtvochtigheid

Maximale dampspanning - dauwpunt

Een bepaald volume lucht kan maar een bepaalde hoeveelheid water in de vorm van waterdamp bevatten. Deze hoeveelheid wordt de maximale dampspanning (verzadigingsdampdruk) genoemd, en is afhankelijk van de omstandigheden. De temperatuur is hierbij een belangrijke factor. Hoe hoger de temperatuur van de lucht, hoe meer water in gasvorm de lucht kan bevatten. Deze maximale dampspanning bij een bepaalde temperatuur kan niet overschreden worden. Als er meer water wordt toegevoegd aan de lucht zal dit condenseren en waterdruppels vormen. De temperatuur waarbij dit optreedt noemen we het dauwpunt.

Nevel

Bij nevel is de zichtbaarheid minder dan 3 km, maar meer dan 1 km. Nevel wordt meestal veroorzaakt door een inversie van een hogedrukgebied. Dit betekent dat de temperatuur toeneemt met de hoogte, in plaats van af te nemen met de hoogte, zoals normaal. Nevel komt ook voor in het warme deel van een lagedrukgebied.

Droge nevel wordt ’haze‘ genoemd en wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van stof en zand in de lucht.

Gedurende de dag beperkt nevel het zicht vooral als je in de richting van de zon kijkt, en 's nachts als je in de richting van de maan kijkt.

Mist

Als de zichtbaarheid minder dan 1 km bedraagt spreken we van mist. Verdampingsmist wordt veroorzaakt doordat er waterdamp wordt toegevoegd aan nevel.

Zeemist ontstaat wanneer koude lucht over een grote, warmere watermassa stroomt. Een kleinere watermassa kan leiden tot merenmist of slootmist. Dit soort mist verdwijnt snel na zonsopgang.

Luchtdruk

De lucht om ons heen oefent een bepaalde druk uit. Deze druk wordt veroorzaakt door het gewicht van de lucht tussen het aardoppervlak en de buitenste rand van de atmosfeer.

Zwaartekracht trekt voorwerpen, vloeistoffen en gassen naar beneden. Lucht staat ook onder invloed van die kracht en heeft daarom een gewicht. De normale luchtdruk op zeeniveau is ongeveer 1.013 hectopascal (hPa).

Ter informatie

Doorgaans wordt er meestal gesproken van ‘bar’ als het om luchtdruk gaat. 1 bar (millibar, afgekort mbar en hectopascal, afgekort hPa, hebben exact dezelfde waarde).

Afname van de luchtdruk met de hoogte

Hoe hoger we ons in de atmosfeer bevinden, hoe kleiner het aantal luchtmoleculen per volume-eenheid is. Als de luchtdruk afneemt, neemt de luchtdichtheid af.

Dat is van belang voor UA piloten. Hoewel we normaal niet hoger dan 120 meter boven de grond mogen vliegen, kun je bij het vliegen in de bergen wel te maken krijgen met een grotere hoogte boven zeeniveau en dus een lagere luchtdruk.

Luchtdichtheid

De dichtheid van de lucht wordt uitgedrukt als de massa per volume-eenheid. De luchtdichtheid hangt van meerdere factoren af:

• Druk

• Temperatuur

• Luchtvochtigheid

• Hoogte

Druk

Als lucht bij een constante temperatuur wordt samengedrukt passen er meer moleculen in een bepaald volume. De massa neemt dan toe, en de dichtheid (massa/volume) ook.

Omgekeerd, als lucht uitzet, zitten er minder moleculen in het oorspronkelijke volume, is er minder massa, en neemt de dichtheid af.

• Toename van de druk – Toename van de luchtdichtheid

• Afname van de druk – Afname van de luchtdichtheid

Temperatuur

Als lucht bij een constante druk wordt verwarmd, zet de lucht uit. Er zitten dan minder moleculen in een bepaald volume, en de dichtheid neemt af. Het omgekeerde geldt ook.

• Toename van de temperatuur – Afname van de luchtdichtheid

• Afname van de temperatuur – Toename van de luchtdichtheid

Luchtvochtigheid

De luchtvochtigheid is de hoeveelheid waterdamp in de lucht. Deze waterdamp verdringt de luchtmoleculen. Daardoor is er minder lucht in een bepaald volume, en wordt de luchtdichtheid lager. Dus: des te hoger de luchtvochtigheid, des te lager de luchtdichtheid.

Hoogte

De luchtdichtheid hangt af van de hoogte. Als de hoogte toeneemt dan neemt de luchtdruk af, en neemt de luchtdichtheid dus ook af.

Weersinformatie

Betrouwbare weersverwachtingen zijn belangrijk voor de luchtvaart. Je weet dat het weer constant verandert. Nauwkeuriger gezegd: de luchtdruk, dichtheid, temperatuur en vochtigheid van de atmosfeer veranderen continu. Deze veranderingen hebben een grote invloed op de vliegprestaties van je UA, en hangen af van de hoogte, plaats, en tijdstip.

Als je voorafgaand aan een vlucht weet wat de weersomstandigheden zijn kun je de vlucht beter plannen, en werk je dus veiliger.

Ongunstige weersomstandigheden

Meestal zijn ongevallen in de luchtvaart te wijten aan fouten van de piloot, met weer gerelateerde fouten aan kop. Piloten kunnen dit risico aanzienlijk verminderen door te verzekeren dat ze:

• Nauwkeurige weersinformatie weten te vinden

• De weersinformatie goed kunnen interpreteren

• Een goed begrip hebben van de invloed van het weer op de UA tijdens de vlucht

Meestal is de basisinformatie die je via de radio, TV en het Internet krijgt genoeg om met een UA op lage hoogte te vliegen. Maar toch bewijzen meer uitgebreide weersverwachtingen ook hier hun nut. Ze verminderen het risico van problemen gedurende de vlucht, of het onverwacht moeten annuleren van een operatie.

Informatiebronnen

Het Internet biedt veel mogelijkheden om weersinformatie te verkrijgen, en elke bron heeft voor- en nadelen. Je moet altijd meerdere bronnen raadplegen en vergelijken om de nauwkeurigste informatie te krijgen.

Ter informatie

De luchtvaart krijgt ook informatie van lokale luchthavens, in de vorm van een Meteorological Aerodrome Report (METAR). Deze berichten bevatten de huidige weersomstandigheden gemeten op de luchthaven, in een code, en worden elk half uur geactualiseerd. Hoewel je bij het vliegen van een UA niet verplicht bent de METAR te lezen kan het wel nuttige informatie bevatten. Er zijn websites en databases die de code omzetten in normale taal.

Invloed van het weer op je UA

De weersomstandigheden zijn van grote invloed op het uitvoeren van een vlucht. De invloed van het weer op je UA kan leiden tot grote problemen of zelfs tot neerstorten. Dit is een belangrijk aspect bij het plannen van een vlucht. Je moet de weersverwachtingen lezen, de invloed die het te verwachte weer op de drone-operatie kan hebben in kaart brengen en dán bepalen of deze binnen de beperkingen van de UA en jezelf blijven. Bewustwording van meteorologische fenomenen als druk, wind, mist, ijs, onweer, stof, temperatuur, thermiek en turbulentie behoren tot het in de A1/A3 cursus uitgebreid besproken ‘good airmanship’.

Wind

De fabrikant van de UA geeft meestal de beperkingen daarvan op, onder andere de maximale windsnelheid.

Wind heeft een grote invloed op de snelheid van je UA. Bij kopwind (vliegen tegen de wind in) zal de UA een lagere snelheid ten opzichte van de grond hebben. Bij staartwind (vliegen met de wind mee) zal de UA een hogere snelheid ten opzichte van de grond hebben. Bij het vliegen met dwarswind (wind van links of rechts) moet je iets in de wind draaien om de koers te handhaven.

Als de wind buiten de beperkingen van de UA valt kun je problemen ondervinden bij de beheersing daarvan. Dit kan zelfs leiden tot een fly away waarbij je de besturing van de UA geheel verliest. Bovendien kunnen de motoren en snelheidsregelaars overbelast worden omdat er teveel vermogen wordt gebruikt. Het vliegen tegen de wind in gebruikt ook meer energie en de accu is dan sneller leeg en de vliegtijd is korter.

Bij het vliegen in de buurt van gebouwen, heuvels, dijken en bergen moet je altijd rekening houden met turbulentie. Turbulente lucht kan leiden tot een onvoorspelbare en onbeheersbare vlucht. Deze turbulentie treedt op als de lucht door en langs obstakels stroomt. Dit merk je vooral dicht bij een obstakel of laag boven de grond. Het kan leiden tot verlies van de beheersing over de UA en een ongeluk.

Temperatuur

Meestal worden een minimum- en maximumtemperatuur aangegeven voor je UA. Je mag alleen binnen die grenzen vliegen. Bij een hogere temperatuur kunnen elektronische onderdelen defect raken, en bij een lagere temperatuur nemen de prestaties van de accu af. Een UA heeft meestal lithium accu’s. Als die geheel geladen zijn kunnen de cellen beschadigd worden als de spanning door oververhitting boven een kritiek niveau komt. Lege lithium accu’s kunnen ook beschadigd worden door een te lage temperatuur. In dat geval valt de spanning tot beneden een kritiek niveau.

Zicht

Alle vluchten in de Categorie Open moeten in zicht (VLOS) worden uitgevoerd. Soms beperken de weersomstandigheden de afstand waarover we kunnen vliegen totdat de UA buiten zicht raakt. Nevel en mist, regen, sneeuw en stof zijn allemaal van invloed op het zicht. Als je een UA in de bergen vliegt kunnen wolken ook van belang zijn.

Omstandigheden zoals een hoge luchtvochtigheid kunnen niet alleen het zicht verminderen, maar ook de ’command and control‘ radioverbinding beïnvloeden. Als het signaal teveel verzwakt wordt zal de failsafe in werking treden.

Luchtdichtheid

Hoe hoger je vliegt, hoe ijler (dunner) de lucht wordt. Als je een UA op grote hoogte vliegt, bijvoorbeeld in de bergen, moeten de motoren harder werken om voldoende draagkracht te leveren in de ijle lucht.

Temperatuur is ook van invloed op de luchtdichtheid. Als de lucht warmer wordt zet deze uit. Een UA heeft meestal voldoende vermogensreserve om bij een lage luchtdichtheid te kunnen vliegen. Maar je zult dan wel merken dat de vliegtijd korter wordt.