Wind & windmeter: alle informatie op een rijtje

Een veelbesproken onderwerp in Nederland… de wind! In Nederland waait het eigenlijk altijd wel. Soms wat minder hard dan anders, maar het is nooit langere tijd ‘echt windstil’.

Maar hoe meet je die wind dan?

Met een windmeter!

In dit artikel gaan we kijken naar de wind en hoe we een windmeter kunnen gebruiken om de wind te meten. Uit welke twee sensoren bestaat een windmeter nu eigenlijk? Hoe werken ze? Maar ook: wat is de wind?

Want om te weten hoe je iets kunt meten moet je natuurlijk ook weten wat er gemeten wordt 🙂

Laten we gauw beginnen!

Hoe ontstaat wind?

Er zit eigenlijk een heel logisch verhaal aan het ontstaan van wind. We moeten daarvoor kijken naar de welbekende begrippen hoge- en lagedrukgebied. 🙂

Hoge- en lagedrukgebieden

We kennen allemaal de weerman die in een net pak staat uit te leggen dat we te maken hebben met een hogedrukgebied of dat er een lagedrukgebied bij de Britse Eilanden ligt.

Of zoiets 🙂

Laten we eerst kort even kijken wat hoge- en lagedrukgebieden zijn.

In de natuurkunde hebben we iets dat een “evenwicht” heet. Dat is de zogeheten balans die de natuur altijd probeert te handhaven, een soort evenwicht.

Voor wat betreft de luchtdruk hebben mensen dit evenwicht beschreven als de standaardluchtdruk, die zo’n 1000 tot 1010 hectopascal bedraagt. Dat betekent dus dat als er geen hogedrukgebied is én geen lagedrukgebied, de luchtdruk ongeveer die waarde aanneemt.

Als overal de luchtdruk die waarde zou aannemen, is er sprake van een evenwicht.

Maar is dat evenwicht er dan in de natuur? Echt niet 🙂

We hebben immers te maken met hoge- en lagedrukgebieden!

Bij de polen moet dezelfde hoeveelheid zonlicht een groter oppervlak verwarmen dan bij de evenaar. Auteur: Peter Halasz (Pengo) op Wikipedia, diagram niet veranderd (unchanged), licentie: CC BY-SA 2.5.

Dat het evenwicht er niet is heeft te maken met één grote boosdoener: de zon!

De zonnestraling die namelijk onze aardatmosfeer binnenkomt, heeft in de buurt van de polen een veel kleiner effect dan rond de evenaar. Dat komt doordat de zon ongeveer ‘recht van boven’ op de atmosfeer binnenstraalt ter hoogte van de evenaar, maar ‘schuin’ ter hoogte van de pool.

Het gevolg: structureel minder warmte bij de polen.

Ben je tijdens een warme zomerdag wel eens van de begane grond naar de zolderverdieping gelopen? En heb je toen gemerkt dat het op zolder wel behoorlijk warm was? Dat komt doordat warme lucht de neiging heeft te stijgen, zeker als je het vergelijkt met koelere lucht. Warmere lucht heeft namelijk een lagere dichtheid dan koelere lucht.

Je kunt dus al wel raden wat er gebeurt bij de evenaar: daar schijnt de zon gemiddeld gezien het sterkst, met als gevolg dat er ten opzichte van de omgeving relatief veel lucht opstijgt. Er ontstaat bij de evenaar dus een lijn aan lagedrukgebieden. Deze noemen we de intertropische convergentiezone (ITCZ).

Lagedruk in warme gebieden gaat meestal gepaard met onweer! Langs de gehele evenaar – en de ITCZ – ontstaan ze. Dat is mooi te zien op de satellietbeelden! Bron: NASA, licentie: publiek domein.

Drukverschil en drukgradiëntkracht

Er blijft maar lucht stijgen op de evenaar, dus de lucht op hoogte moet ofwel zuidwaarts of noordwaarts bewegen. Tijdens dit proces koelt de lucht af met als gevolg dat hij op een bepaald moment weer gaat dalen.

Het gevolg: er ontstaat een hogedrukgebied.

Dit zien we aan zowel de noord- als de zuidkant van de evenaar gebeuren!

Dat betekent ook dat noordelijk (op het Noordelijk Halfrond) en zuidelijk (op het Zuidelijk Halfrond) van de hogedrukgebieden weer lagedrukgebieden tegen moeten komen.

En ja hoor… dat gebeurt ook!

(Vandaar dat west-Europa ook zo vaak met lagedruk te maken krijgt).

Tussen de hogedrukgebieden en lagedrukgebieden heerst echter wel een drukverschil. Dat maakt zeker aan de grond een verschil (want op hoogte hebben we al de stroming richting hogedrukgebied). De natuur heeft de neiging het evenwicht te herstellen, waardoor er weer een wind gaat waaien van hoog naar laag. Dat komt doordat er op de lucht een ‘kracht’ wordt uitgeoefend die als doel heeft het evenwicht (van standaardluchtdruk) te herstellen. Deze kracht noemen we de drukgradiëntkracht.

Aan de grond merken we dit aan waar dit artikel over gaat: de wind! De bewegende lucht van hogedruk- naar lagedrukgebied dus 🙂

Corioliseffect

Om het nog maar wat moeilijker te maken: de wind stroomt nooit in een rechte lijn van het hogedrukgebied naar het lagedrukgebied 🙂

Dat heeft alles te maken met het Corioliseffect en de corioliskracht, een kracht die ontstaat als ‘tegenreactie’ op het draaien van de aarde.

Lucht (en dus wind) die van hoog naar laag stroomt heeft op het Noordelijk Halfrond dankzij deze corioliskracht een afwijking naar rechts — en op het Zuidelijk Halfrond naar links.

Grondwind en hoogtewind

De wind valt in twee vlakken in te delen: ongeremde wind en geremde wind. In de eerste laag, de laag dicht bij de grond die ook wel grenslaag wordt genoemd, wordt de wind afgeremd door verschillende objecten.

Dat kunnen huizen zijn, hogere gebouwen, maar ook bomen en bergruggen.

Die hebben allemaal invloed op de wind: ze gaat er zachter door waaien, moet zich in allerlei bochten wringen, en kan daardoor ook variabeler worden – dus uit verschillende hoeken gaan waaien.

Op enige hoogte waait de vind veel ‘unidirectioneler’, om het maar met een moeilijk woord te zeggen 🙂 Dus: vrijwel uit dezelfde richting met dezelfde windsnelheid (al kan natuurlijk met de tijd de richting en snelheid wel veranderen, doordat de posities van de drukgebieden veranderen).

De weerstations op de grond, zowel die in je achtertuin als de professionele weerstations van onder andere het KNMI, meten de wind allemaal in de grenslaag.

Voila, een spoedcursus wind 🙂

Een windvaan met ingebouwde snelheidsmeter. De wind waait van rechts naar links: het grootste oppervlak zit namelijk links. Fotograaf: NSSL/NOAA, licentie: publiek domein.

Windrichting meten: de windvaan

De wind bestaat uit twee componenten:

  • Een windrichting;
  • Een windsnelheid.

De windrichting meten we met een zogeheten windvaan. Het is een heel simpel instrument: een metalen plaat die vrij beweegbaar is over een verticale as.

Dus: over een verticale ‘staaf’.

De metalen plaat heeft aan de ene zijde een groter oppervlak dan aan de andere zijde.

Aan beide zijden blaast de wind dus tegen het oppervlak, maar op het deel met het grotere oppervlak oefent de wind in totaal meer kracht uit: het oppervlak is namelijk groter!

Het gevolg is dat de metalen plaat draait, met het kleine oppervlak in de richting van de wind.

Meestal is dit de wijzer, of de kop van een haan.

Elektronische windvanen houden de ‘richting’ in graden bij waar de punt van de windvaan naartoe wijst. Deze kan vervolgens doorgegeven worden aan het kastje van het weerstation zodat de windrichting kan worden weergegeven.

Windsnelheid meten: de anemometer

De andere component, het meten van de windsnelheid, doen we met de anemometer!

Verschillende soorten anemometers

Er bestaan verschillende soorten anemometers:

  • Een anemometer die met halve pingpongballetjes werkt die aangedreven worden door de wind: de zogeheten cupjes-windmeter of cup based anemometer;
  • Een schoepenrad-windmeter;
  • Een windmeter die werkt middels ultrasoon geluid;
  • En een anemometer die werkt middels warmte.

We beginnen met de cupjes-windmeter 🙂

Een militair meet de wind middels een cup-anemometer. Auteur: Amerikaans leger, licentie: publiek domein.

Cupjes-anemometer

Eén van de meest gebruikte anemometers is de zogeheten cupjesanemometer.

Het is eigenlijk een heel simpel principe: zogeheten cupjes, die te vergelijken zijn met halve pingpongballetjes, zijn gemonteerd op horizontale armen. Deze hele constructie is vervolgens gemonteerd op een verticale as.

Op het moment dat de wind tegen de cupjes blaast, gaan ze draaien, met een snelheid die ongeveer gelijk ligt aan de windsnelheid.

Door het aantal omwentelingen te tellen kan deze snelheid ook worden uitgedrukt in meters per seconde en vervolgens omgerekend worden naar kilometers per uur of knopen.

Praktisch ieder weerstation dat in Nederland verkocht wordt en een anemometer/windmeter heeft, is uitgerust met een cupjesanemometer.

Maar dat geldt niet voor alle stations!

Sommige zijn namelijk uitgerust met een schoepenrad… 😉

Een windmeter die werkt met het schoepenradprincipe. Fotograaf: Leon II (via Wikipedia), afbeelding niet bewerkt (unchanged). Licentie: CC BY-SA 2.5.

Schoepenrad

De windsnelheid in een dicht kanaal wordt soms moeilijk gemeten met een cupjeswindmeter.

De windmeter in de vorm van een schoepenrad kan daarbij uitkomst bieden. Het is een windmeter waarbij er zo’n rad aanwezig is, dat draait als gevolg van de windsnelheid.

Zoals je op de afbeelding kunt zien kan een dergelijke meting direct worden omgezet in een windsnelheid.

Maar dat kan ook later gebeuren, iets dat we veelal zien bij digitale weerstations die met een dergelijke windmeter zijn uitgerust.

Dankzij het gebruik in smalle schachten heet deze windmeter ook wel een mijnwindmeter.

Hoewel de meeste weerstations in Nederland zijn uitgerust met een cupjesanemometer, is de schoepenradwindmeter de nummer twee!

En daar houdt het eigenlijk ook op voor wat betreft de ‘amateur-weerstations’.

Een 3D ultrasone windmeter. Fotograaf: Daderot, licentie: CC0 Public Domain Dedication.

Ultrasoon geluid

Er bestaan ook windmeters die werken op basis van ultrasoon geluid. Dat is geluid dat zich op zo’n hoge frequentie voortplant dat het niet door de mens gehoord kan worden.

De karakteristiek van de golf die door de wind wordt veroorzaakt verschilt op basis van de snelheid. Het gevolg is dat de gemeten golf direct gekoppeld kan worden aan de snelheid van de wind. Zo kan er een windmeting worden verricht.

Een ultrasone windmeter werkt met twee of meer omzetters. Dat zijn onderdelen die een bepaalde vorm van energie (in dit geval bijvoorbeeld de energie van de geluidsgolf) kunnen omzetten in een andere vorm (bijvoorbeeld een elektrisch pulsje dat identificeert dat een bepaalde golf in de omzetter is aangekomen).

Door vervolgens het tijdsverschil tussen deze omzettingen tussen de verschillende omzetters te meten, kan de windmeter een inschatting maken van de windsnelheid.

Deze vorm van het meten van de wind is uiterst nauwkeurig – het is zelfs mogelijk om hele lichte turbulentie waar te nemen met een ultrasone windmeter. Dergelijke turbulentie is voor de mens nauwelijks merkbaar, laat staan voor een windmeter met cupjes of – het nog wat zwaardere – schoepenrad.

Omzetters zijn meestal behoorlijk robuust. Daardoor worden ze vaak geplaatst in automatische weerstations, en dan vooral die in moeilijk bereikbare gebieden staan. Ook worden ze veel gebruikt in windboeien. De onderdelen zijn minder gevoelig voor bijvoorbeeld zeezout of stof, waardoor ze langer meegaan dan cup- of schoepenradwindmeters.

Nadeel is echter dat regen de geluidsgolf van de wind kan dempen. Op het moment dat het regent op het weerstation kan het dus gebeuren dat er een lagere windsnelheid wordt gemeten dan daadwerkelijk het geval is.

Desondanks wordt ook deze methode veel gebruikt – maar niet in de weerstations die aan consumenten worden verkocht! 🙂

Warmte

Een andere type ‘wind’-meter wordt gebruikt is de zogeheten hot-wire-sensor. Een draad tussen twee metalen staafjes wordt verhit waarna de langs stromende wind de draad weer afkoelt. Hoe harder de wind gaat, hoe sneller de afkoeling gaat.

Door vervolgens de afkoeling te meten kun je achter de windsnelheid komen.

Meestal worden ze op erg klein formaat ingezet. Niet zozeer op ‘weerstation’-formaat. Je zult daarom dit type windmeter (bijna) niet zien voorkomen bij een regulier weerstation 🙂

De windmeter in je weerstation

We schreven er eerder al even over, maar het is interessant om het even te herhalen. De windmeter in je weerstation is eigenlijk één van de volgende twee typen windmeters:

  • Cupjes-anemometer
  • Schoepenrad-windmeter.

Vaak is de “windmeter” een combinatie van anemometer en windvaan. Zo kun je tegelijk de windsnelheid en windrichting meten! 🙂

We hopen dat je dankzij ons artikel wat meer geleerd hebt over wind en windmeters. Heb je meer vragen? Of heb je een opmerking? Je reactie is meer dan welkom. Laat een bericht achter in de reactiebox hieronder en we proberen zo snel mogelijk te reageren! 🙂

 

 

Bedankt voor het delen

Wat vind je van dit artikel? Laat je reactie achter!

We nodigen je uit om de positieve en negatieve punten te noemen. Een onderdeel van onze partner Bliksemdetectie.nl