3.3 THERMODYNAMICA

Zweefvliegers zijn vooral geïnteresseerd in thermiek. De opstijgende lucht waardoor je op zonne-energie honderden kilometers kunt vliegen. Om het ontstaan van thermiek te begrijpen heb je enige kennis van de thermodynamica nodig.

Het woord thermodynamica komt van de Griekse woorden thermos (warmte) en dunamis (kracht), het is een onderdeel van de natuurkunde dat zich o.a. bezighoudt met de invloed van temperatuur, druk en volume op vloeistoffen en gassen. De thermodynamica gaat o.a. uit van de wet van het behoud van energie (energie kan niet uit het niets ontstaan en energie gaat nooit verloren) en van het feit dat het onmogelijk is warmte om te zetten in arbeid zonder gebruik te maken van een temperatuurverschil, want voor een gas geldt: P x V / T = constant, oftewel druk (Pressure) keer Volume gedeeld door de Temperatuur is constant .

Dit hoofdstuk is onderverdeeld in:  

  •  3.3.1 VOCHTIGHEID
  • 3.3.2 VERANDERING VAN DE AGGREGATIETOESTAND
  • 3.3.3 ADIABATISCHE PROCESSEN 

 

3.3.1 VOCHTIGHEID

  • Waterdamp in de atmosfeer
  • Temperatuur, dauwpunt en relatieve vochtigheid

Waterdamp in de atmosfeer
Lucht is een mengsel van gassen. Eén daarvan is waterdamp. Dankzij de aanwezigheid van waterdamp hebben we op aarde weersverschijnselen. De atmosfeer wordt daarom ook wel dampkring genoemd. Aangezien 70% van het aardoppervlak uit zee bestaat, komt water vooral in de lucht voor door verdamping van water boven zee. De wind voert die waterdamp mee en de neerslag zorgt voor rivieren en meren die op hun beurt ook weer voor verdamping van water zorgen. Warme lucht kan meer waterdamp bevatten dan koude. In een tropisch regenwoud kan de lucht wel 4% waterdamp bevatten.

Waterkringloop (afb. van wikipedia)

Temperatuur, dauwpunt en relatieve vochtigheid
Door temperatuurverschillen ontstaan drukverschillen en de lucht begint te stromen. Lucht die horizontaal stroomt noemen we wind en warme lucht die omhoog gaat thermiek.

Wanneer warme lucht opstijgt dan komt het in een omgeving met een lagere druk. De omhooggaande lucht zet tijdens het stijgen uit. Het volume wordt groter. De energie om deze arbeid te verrichten gaat ten koste van de temperatuur.

De verhouding tussen de hoeveelheid waterdamp die de lucht bij een bepaalde temperatuur bevat en zou kunnen bevatten noemen we de relatieve vochtigheid. Dit wordt in procenten weergegeven. Een hygrometer geeft de relatieve luchtvochtigheid aan.

Koude lucht kan minder waterdamp bevatten dan warme lucht. Als lucht stijgt en kouder wordt neemt de hoeveelheid waterdamp niet toe maar omdat koude lucht minder waterdamp kan bevatten neemt de relatieve vochtigheid wel toe. Wanneer de lucht nog verder afkoelt dan raakt de lucht uiteindelijk verzadigd. De relatieve vochtigheid is 100%. Koelt de lucht nog verder af dan condenseert de waterdamp, er ontstaat een wolk. De temperatuur waarbij dat gebeurt heet dauwpunt en de hoogte waarop dit gebeurt het condensatieniveau. Gebeurt dit bij hele lage temperaturen dan kan de waterdamp ook sublimeren (zie 3.3.2), d.w.z. overgaan in ijskristallen. 

3.3.2 VERANDERING VAN DE AGGREGATIETOESTAND

  • Condensatie, verdamping, sublimatie, bevriezen en smelten.

Met aggregatietoestand bedoelen we de verschijningsvorm waarin een stof zich bevindt, vast, vloeibaar of gasvormig. 

 

De overgang van:

  • een vaste stof naar vloeistof heet smelten,
  • een vloeistof naar gas heet verdampen,
  • een gas naar vloeistof heet condenseren,
  • een vloeistof naar vaste stof heet stollen,
  • vast naar gasvormig heet vervluchtigen / sublimeren,
  • een gas naar vast heet rijpen / neerslaan / depositie / afzetten.

Een thermiekbel bevat latente warmte (latent is verborgen). Om van een vaste naar een vloeibare of van een vloeibare naar een gasvormige toestand te gaan is energie nodig. Voor verdampen van water is warmte nodig. Bij condensatie komt die warmte weer vrij (latente warmte) en wordt afgegeven aan de omringende lucht. 

Wat gebeurt er als ijs verwarmd wordt?
De ijsmoleculen die in een stuk ijs in een regelmatig patroon liggen (kristalrooster) trillen een klein beetje. Daalt de temperatuur dan trillen ze minder. Bij verwarming beginnen ze meer te trillen. Bij een bepaalde temperatuur trillen ze zo hevig dat de ijskristallen uiteenvallen. Het ijs smelt. Dit is het smeltpunt en de temperatuur waarbij dit gebeurt is 0 °C.

Gesmolten ijs is veranderd in water. De moleculen bewegen zich nu door de hele stof. Wordt de temperatuur verder verhit, dan bewegen de moleculen sneller door de hele vloeistof. Sommige moleculen bewegen zo snel dat ze meer ruimte nodig hebben. Ze komen los van de vloeistof. Dit is verdampen. Bij 100 °C verlaten veel moleculen de vloeistof. Ga je door met verhitten dan stijgt de temperatuur niet verder maar neemt het verdampen toe. Dit is het kookpunt van de vloeistof.

Wanneer waterdamp afkoelt dan beginnen de moleculen langzamer te bewegen. De waterdamp condenseert. Koelt de gecondenseerde waterdamp nog verder af dan bewegen de moleculen nog langzamer.  Wordt er nog meer warmte aan de vloeistof onttrokken, dan bewegen de moleculen nog maar op één plaats. De vloeistof stolt (bevriest) en wordt weer ijs. 

Waterdamp kan ook sublimeren (rechtstreeks van vast overgaan naar gasvormig). Dit gebeurt bij heel droog weer in koude winters. Bij depositie of rijpen gaat waterdamp rechtstreeks van gasvormig, zonder eerst te condenseren, naar de vaste toestand. 

3.3.3 ADIABATISCHE PROCESSEN

  • Adiabatische processen
  • Stabiliteit van de atmosfeer

Adiabatische processen
Een proces is adiabatisch als er geen warmte met de omgeving wordt uitgewisseld. Het stijgen van een thermiekbel noemen we een adiabatisch proces omdat er (bijna) geen warmte-uitwisseling met de omringende lucht plaats vindt. Lucht is namelijk een goede isolator (geleidt warmte slecht) en geeft de warmte niet af aan de omringend lucht. Een bel lucht met een andere temperatuur en luchtvochtigheid mengt niet gemakkelijk met andere lucht. Als een heteluchtballon gaat zo'n bel lucht omhoog. 

Lucht is onstabiel als een pakketje stijgende lucht doorgaat met stijgen. Dit gebeurt zo lang de stijgende lucht warmer is dan de temperatuur van de lucht waar het in stijgt. Tot aan het condensatieniveau spreken we van de droogadiabaat. Boven het condensatieniveau ontstaat er een wolk. Om water te laten verdampen heb je warmte nodig. Bij condensatie komt die warmte weer vrij (latente warmte) en wordt afgeven aan de stijgende lucht. De lucht koelt nu niet meer af met 1 °C per 100 meter af maar (afhankelijk van druk en temperatuur) met bijvoorbeeld 0,6 °C per 100 meter. De afname van de temperatuur boven het condensatieniveau heet de natadiabaat. 

Stabiliteit van de atmosfeer

Met stabiliteit bedoelen we de eigenschap om na een verstoring het evenwicht te herstellen. Er zijn drie vormen van stabiliteit: stabiel, onstabiel en indifferent.

  • Stabiel wil zeggen dat na een verstoring wordt teruggekeerd naar de oorspronkelijke evenwichtstoestand.
  • Bij onstabiel wordt na een verstoring nooit teruggekeerd naar een evenwichtstoestand.
  • Bij indifferent ontstaat een nieuwe evenwichtstoestand op een andere plek. 

Deze drie mogelijkheden zie je op de afbeelding hierboven afgebeeld:

  1. Stabiel: Een knikker in een kom verkeert in stabiel evenwicht. Na een verstoring zal het kogeltje z'n oorspronkelijk positie weer innemen.
  2. Onstabiel: Een knikker op een bol vlak is in onstabiel evenwicht. Na de verstoring wordt de afwijking steeds groter.
  3. Indifferent: Een knikker op een vlakke plaat is in indifferent evenwicht. Na een verstoring komt de knikker op een andere plaats tot rust.

Voor het ontstaan van thermiek moet de atmosfeer onstabiel zijn.. 

Stabiele atmosfeer
De temperatuur van de lucht neemt met de hoogte af. Weerstations vermelden de temperatuur van de lucht bij bepaalde hoogtes. Wanneer je met een lijn de temperatuur met de hoogte weergeeft dan krijg je de toestandskromme van dat moment. 

Op deze afbeelding zie je als doorgetrokken lijn de toestandskromme van een atmosfeer waarbij de temperatuur op de grond 20 °C is en met gemiddeld 0,5 graad per 100 meter afneemt. Stel dat een pakketje lucht dat door het aardoppervlak is opgewarmd tot 21 °C door de wind tegen een bomenrij een beetje omhoog wordt geduwd. Het koelt dan af met 1 °C  per 100 meter volgens de droogadiabaat die is weergegeven met de stippellijn. De temperatuur van dat beetje lucht wordt dus, vanaf de hoogte dat de droogadiabaat de toestandskromme snijdt, lager dan de omringende lucht en het wordt weer teruggeduwd naar de oorspronkelijke hoogte. De atmosfeer is dus stabiel.

Onstabiele atmosfeer

In het volgende plaatje is een toestandskromme getekend van een atmosfeer waarin de temperatuur gemiddeld 2 °C per 100 meter daalt.

Als een pakketje lucht daarin een beetje omhoog wordt geduwd, daalt de temperatuur ook met 1 graad per 100 meter, maar omdat de omringende lucht 2 graden per 100 meter lager is, is de temperatuur van het bewegende beetje lucht hoger en wordt daardoor nog verder omhooggeduwd. Het verschil tussen de omhoog bewegende lucht en de omringende lucht wordt zelfs steeds groter en dus zal het nog verder stijgen. De atmosfeer is daar onstabiel. Onthoud: als de afname van de temperatuur in de atmosfeer groter is dan de adiabaat is de atmosfeer onstabiel.

Aan de rook uit een schoorsteen kun je zien of de atmosfeer onstabiel is. 

Superadiabatische laag

Wanneer de zon schijnt wordt de grond warm. Door geleiding wordt de onderste lucht warmer. Lucht is een slechte geleider zodat de overdracht van de warmte van de grond beperkt blijft tot de onderste luchtlaag. Er kan dan boven de grond een meters dikke deken warmere lucht komen te liggen.

In de onderste 5 meter kan de temperatuur met de hoogte wel met 5 °C afnemen. Dit noemen we een superadiabatische laag omdat de temperatuurafname daar veel groter is dan 1 °C per 100 m. Zo'n superadiabatische laag is zeer onstabiel.

Afb. uit de video Wolken, Wind und Thermik (zie onderaan dit hoofdstuk)

In graanvelden wordt soms een temperatuurverschil van 7 °C met de lucht daar vlak boven gemeten.

Een opgewarmde luchtlaag heeft een impuls nodig om op te stijgen. Een landbouwmachine of een windmolen kan een thermiekbel veroorzaken, maar meestal zorgt de wind voor het loskomen van bellen. Waait de wind tegen een obstakel dan zorgt dat voor een verstoring in de laag warme lucht..

Door een verstoring komt een thermiekbel los. De warme lucht stijgt en koelt 1 °C per 100 m af. Als de bel ver genoeg door stijgt komt de temperatuur onder het dauwpunt. De lucht raakt verzadigd en de waterdamp begint te condenseren. De stapelwolk verraadt dat daar stijgen zit. 

Een ervaren zweefvlieger leert de wolken te lezen en bepaalt welke thermiekbel hij wel pakt en welke niet. Thermiekbellen in de vorm van een driehoek met de punt omhoog (bloemkoolwolken) geven in de regel de beste thermiek. Het stijgen zit meestal aan de zon- windzijde.

Bij het stijgen van de lucht onder de wolk (de droogadiabaat), vindt er bijna geen menging plaats met de omringende lucht. Zodra het condensatieniveau bereikt wordt, komt er energie vrij die extra warmte genereert waardoor het stijgen nog meer toeneemt. Dit verklaart het verschijnsel dat het stijgen vlak bij de basis vaak sterker wordt.. Er ontstaat een bloemkoolwolk met vele uitstulpingen en nu vindt er meer menging met de omringende lucht plaats. 

Wanneer de bel niet meer van warme lucht wordt voorzien, dan lost de wolk op. Zo'n wolk lijkt meer op een omgekeerde driehoek met oplossende wolkflarden. Het is niet meer een scherpomlijnde bloemkoolwolk. De wolk wordt steeds meer doorzichtig.

Op de afbeelding zie je cumuluswolken ontstaan en oplossen. Door de wind komt de warme luchtlaag los van de grond. De zweefvlieger die op de grootste wolk (5) afvliegt, loopt het risico dat hij geen aansluiting meer kan vinden als hij onder de wolk aankomt. De eerste drie wolkjes geven aan dat de cumuluswolk nog in de opbouwfase verkeert. Daar kan hij beter voor kiezen. In de fase waar de cumulus volgroeid is, wordt de wolk aan de bovenkant steeds breder. Bij de laatste drie wolkjes wordt de basis  smaller en vager. De wolk geeft geen stijgen meer en alleen maar dalen.

Hoe kun je zien of wolken oplossen of juist opbouwen? Het beste resultaat krijg je door jezelf erin te trainen zo nu en dan bewust de wolken te observeren. Kijk je na een minuut weer naar dezelfde wolk dan kun je zien of de wolk gegroeid is of verder is opgelost. Let daarbij op de vorm van een wolk. Heeft de wolk een mooie strakke basis en de vorm van een driehoek of zie je oplossende flarden. 

Voor de vlucht en in de lucht kun je soms aan andere zweefvliegers zien aan welke kant van de wolk het stijgen zit. Bij elke nieuwe wolk zoek je het sterkste stijgen aan dezelfde kant als waar je dat bij de vorige vond.

Onder het dikste deel, daar waar de basis het donkerst is, zit meestal het sterkste stijgen. Soms tilt de warmere lucht van de stijgwind hier het condensatieniveau wat op en zie je een deuk in de basis van de wolk. Vlieg daar op af.

Bepaal de zonkant van de wolk en houd de windzijde in de gaten. Bij weinig wind en grote cumuli zit het stijgen meestal aan de zonzijde.

Neemt de windsnelheid bij de wolkenbasis toe, dan zit het stijgen aan de windzijde. Neemt de windsnelheid bij de wolkenbasis af, dan zit het sterkste stijgen aan de lijzijde. Meestal neemt de wind met de hoogte toe, vandaar dat je tussen de zon- en de windkant de meeste kans op thermiek hebt.

Op geringe hoogte heb je niet veel aan de hoge cumulusbewolking. Het is dan veel verstandiger om de grond goed te bestuderen. De grondsoort, de kleur van de grond en de mate waarin het oppervlak de warmte geleidt, zijn van sterke invloed op het wel of niet produceren van thermiek. Denk op geringe hoogte eens aan het spelletje 'koud, warm of heet'.

  • 'Koud'' Water absorbeert warmte tot grote diepte, boven grote wateroppervlakten vind je meestal geen thermiek. Hetzelfde geldt voor nat gras en overdag midden boven grote bossen. In het rivierengebied is de thermiek zwakker en stopt eerder dan verder van de rivieren af.
  • 'Warm' Heide en graanvelden worden behoorlijk warm en geven meer thermiek. Als je laagzittend thermiek zoekt, is het belangrijk dat je de windrichting kent. Aan de lijzijde van dit soort velden komt de thermiek los. Grenst een graanveld of heideveld aan een bos of een water, zoek dan boven de rand van het bos. De koelere lucht van het bos stroomt daar naar de akker en de warmere lucht van de akker komt boven de rand van het bos los.
  • 'Heet' Zandvlakten, steden, een veld met zonnepanelen en elektriciteitscentrales geven vaak sterke thermiek. Ook hier zoek je weer aan de lijzijde. Steen kan 's avonds nog behoorlijk wat warmte afgeven. Zo vind je vaak aan de lijzijde van de stad 's avonds nog een bel terwijl de hele omgeving allang zo dood is als een pier.
  • 'Zoek de zon' Thermiek ontstaat op plaatsen waar de zon al zo'n 10 minuten schijnt. Een gebied dat door de wolken in de schaduw ligt, geeft weinig kans op thermiek. Moet je een groot gebied oversteken waar de zon nauwelijks op de grond schijnt, dan loont het vaak om te wachten tot de bewolking wat oplost en de zon er weer begint te schijnen.

Bij Hfdst. 7 Vliegprestaties tref je meer informatie aan over thermiekvliegen. Zoals:

  • 7.2.2 REISSNELHEID
  • 7.3.1.6 AANVLIEGEN VAN DE THERMIEK
  • 7.3.1.7 HET CENTREREN
  • 7.3.1.8 DWARSHELLING EN SNELHEID
  • 7.3.4.1 LOKALISEREN EN AANVLIEGEN VAN DE THERMIEK
  • 7.3.4.2 VLIEGTECHNIEK

Overontwikkeling
De bovenlucht kan vrij droog of vrij vochtig zijn. Bij droge lucht lossen de thermiekwolken snel op. Is de bovenlucht al vrij vochtig (hoge relatieve vochtigheid) en wordt er door de thermiek ook nog vrij vochtige lucht van laag bij de grond aan toegevoegd, dan lossen de wolken moeilijker op. Bij sterke thermiek worden er dan sneller wolken gevormd dan de oude wolken kunnen oplossen. Dit heet overontwikkeling. "Het trekt dicht" en de bewolking schermt de zon af. Op de grond zie je steeds minder plaatsen waar de zon nog schijnt. Daardoor koelt de grond af en de thermiek verdwijnt. Na verloop van tijd lost de bewolking weer op, de zon bereikt de grond weer en de thermiek neemt weer toe. Zo'n  thermiekpauze kan vrij lang duren. 

Blauwe thermiek
De lucht stijgt niet altijd zover door dat er een wolk ontstaat. Wanneer de stijgende lucht niet doorstijgt tot het condensatieniveau dan spreken we van droge thermiek of ook wel blauwe thermiek. Blauwe thermiek is moeilijker te vinden maar geeft bijna net zoveel stijgen. Blauwe thermiek zoek je vooral door goed naar de grond te kijken. Natte graslanden en meren moet je vermijden, donkere grond of zandgrond warmen het meest op.  Bij blauwe thermiek let je uitsluitend op de grond. Bossen liggen op gronden die wat hoger ligt. Hogere gronden zijn droger. De akkers bij de bossen geven vaak goede thermiek. Aan de windzijde van bossen komen vaak bellen los. Aan het eind van de middag en 's avonds geven de bossen ook zelf thermiek (vooral dennenbossen). Deze thermiek zoek je aan de lijzijde. Ook bij dorpen en steden zoek je aan de lijzijde, of midden erboven, de thermiek op.

Een enkele keer zie je bij blauwe thermiek toch wel iets dat de aanwezigheid van een bel aangeeft. Soms vormt zich namelijk boven in de thermiekbel een wazige sluier. Tegen de zon in is die het best te zien. Bij sterke bellen gaat ook stof, rook, zand en gras mee omhoog.

Stijgt de lucht wel door tot het condensatieniveau, dan ontstaan er cumuluswolken en dat noemen we ook wel natte thermiek

Het loskomen van de thermiekbellen is altijd weer anders. Hoe en wat voor soort bellen er ontstaan hangt af van veel factoren.

Komt een bel los dan zuigt hij de hele omgeving leeg en dan gaat de warme lucht als een grote slurf omhoog. Naast de stijgende lucht zie je op de afbeelding ook dalende lucht getekend. Daar waar een bel is opgestegen ontstaat een tekort aan lucht en dat wordt weer aangevuld. Zo ontstaat er weer evenwicht in de atmosfeer. Voor je een thermiekbel invliegt, merk je vaak die dalende lucht en zo weet je dat je bijna bij de bel bent. Die dalende lucht wordt steeds meer samengedrukt, want hij komt in een omgeving waar de druk hoger is. Door dit samendrukken komt energie vrij, de temperatuur in die dalende lucht neemt met 10C per 100 m toe. Het dalen gaat door zolang de temperatuur in de dalende lucht kouder is dan in de omringende lucht. 

Door de wind staat een thermiekslurf enigszins scheef. Je zoekt de thermiekslurf dan ook aan de lijzijde van de plek waar je het loskomen van thermiekbellen verwacht. Bij harde wind komen de bellen veel eerder los, staat de thermiekslurf schever en ontstaan er ellipsvormige of verwaaide thermiekbellen.

Op de plaats waar een thermiekbel los kwam zullen, als de omstandigheden zich niet wijzigen, steeds weer nieuwe bellen loskomen. Bij een zweefvliegveld spreken ze dan ook vaak van de huisbel. De plek waar je in de regel stijgen kunt verwachten. 

Een opstijgende thermiekbel drukt de lucht boven zich opzij. In de bel ontstaat een draaibeweging waarbij je in het midden het sterkste stijgen vindt en aan de randen het minste. Door de stroming onderin helpt de bel bij het centreren (cirkelen in het sterkste stijgen). In het midden van de thermiekbel komen geregeld stijgwaarden van 3, 4 en soms zelfs 5 m/s voor. Bovenin de bel neemt het stijgen af en door de naar buiten gerichte stroming is het centreren er moeilijker.  

Grondinversie
's Nachts straalt de aarde warmte uit. Bij wolkenloze nachten is die uitstraling het grootst. Het grondoppervlak koelt sterk af. Bij weinig of geen wind vormt zich dan een koude laag boven het aardoppervlak die aanmerkelijk kouder is dan de lucht daarboven.

We noemen dit een grondinversie. Deze laag is meestal tussen de 10 en 100 m dik. De thermiek komt pas los als de zon de inversielaag eruit gebrand heeft. 

Verloop van de temperatuur gedurende de dag
Soms zijn er dagen dat het van 's morgens half tien tot 's avonds half acht thermisch is. Een ideale dag om overland te gaan of een vijfuurspoging te doen, maar hoe weet je nu van te voren dat het goed en lang thermisch wordt?

's Winters is er in ons land zelden sprake van goede thermiek. De maanden mei, juni en juli zijn in Nederland, gemiddeld gezien, de beste maanden met de meeste kansen om lange thermische vluchten te maken. De stand van de zon is dan het hoogst (grootste instraling) en de bovenlucht is in deze periode vaak kouder dan in augustus. De thermiek komt meestal pas los als de zon boven een hoek van 45° boven de horizon staat.

Gedurende de dag kennen we een verloop in de sterkte van de thermiek. De zon staat zomers in Nederland (op de 5° E-meridiaan bij zomertijd) om 13:40 uur het hoogst, maar de grond warmt door instraling tot 15 uur nog verder op. Om 15:00 uur is de grondtemperatuur het hoogst en daarom is de thermiek 's middags tussen 15:00 en 16:00 uur in de regel het sterkst. Na 15:00 uur is de uitstraling groter dan de instraling en neemt de temperatuur en dus ook de thermieksterkte af. 

Bij overlandvliegen is het verstandig om om vier uur te berekenen of je niet aan de terugtocht moet beginnen. 

Hoogte, sterkte en duur van de thermiek
Tegenwoordig zijn er websites die ons vertellen hoe sterk de thermiek wordt, hoe hoog de thermiek gaat en hoe laat de thermiek loskomt en tot hoe laat het stijgen doorgaat. Dit kun je zelf ook berekenen met behulp van de gegevens van de KNMI of de Deutscher Wetterdienst. Wanneer je dat zelf op bijvoorbeeld onderstaande temperatuur-hoogte-grafiek tekent dan krijg je een goed inzicht hoe het weer zich zal ontwikkelen.

 

Via het weerbericht voor de kleine luchtvaart  en ook via de Deutscher Wetterdienst krijg je informatie over de hoogtetemperaturen, de maximum temperatuur en het dauwpunt. De hoogtetemperaturen worden gegeven voor 500 vt, 1500 vt, 3000 vt, 5000 vt en het nulgraden niveau. 

Wanneer het KNMI de volgende hoogtetemperaturen vermeldt: 

  • 500 vt 20 °C; 
  • 1500 vt 16° C;
  • 3000 vt 11 °C;
  • 5000 vt 12 °C ;
  • nul graden niveau FL 105

dan zet je die punten als stippen op de kaart. FL 105 is 10.500 vt bij een luchtdruk van 1013 hPa. Je trekt nu een lijn en dan heb je de toestandskromme op de kaart staan. Je ziet nu dat er tussen 3000 vt en 5000 vt een inversie zit, want de temperatuur daalt daar niet met de hoogte maar loopt er iets op .

Daarna haal je uit het weerbericht de maximum temperatuur. Die is 23 °C voor het noorden en 26 °C voor het zuiden van het land.

Je kunt nu de droogadiabaat tekenen.. Dat is de lijn waarbij de lucht 1 °C per 100 m in temperatuur daalt. Je gebruikt een liniaal en tekent een lijn vanaf 23 °C naar 2300 m op de verticale as. Tot waar de droogadiabaat de toestandskromme snijdt zal er thermiek ontstaan. Je ziet dat hier de thermiek hier stopt waar de droogadiabaat op de inversie "botst". 

Het weerbericht vermeldt een dauwpunttemperatuur van 12 °C. De wolkenbasis kun je berekenen door het verschil uit te rekenen tussen de maximum temperatuur en die van het dauwpunt. Dat getal vermenigvuldig je met 120 en dan heb je een globale inschatting van de wolkenbasis in meters. Dat is hier dus 23 °C - 12 °C is 11 en dat keer 120 is 1320 m. Je kunt nu de dauwpunttemperatuur op de kaart tekenen. Bij een maximum temperatuur van 23 °C zullen er geen stapelwolken worden gevormd. Het noorden van het land krijgt blauwe thermiek. 

 

 

Wanneer de maximumtemperatuur 26 °C wordt dan kun je een tweede droogadiabaat tekenen vanuit 26 °C. Deze lijn komt boven de dauwpunttemperatuur uit. De eerste cumuls zullen op ongeveer 1320 m ontstaan en naarmate de maximumtemperatuur hoger wordt zal ook de basis van de bewolking omhoog gaan. Tijdens het verloop van de dag vindt door de thermiek menging plaats van droge lucht uit hogere luchtlagen met vochtige lucht van lagere luchtlagen. Daardoor wordt de lucht bij de grond droger, daalt de dauwpunttemperatuur en gaat de wolkenbasis in de regel nog iets verder omhoog.

Wolkenstraten
Onder bepaalde omstandigheden ontstaan er wolkenstraten meestal in de richting van de wind met daaronder behoorlijk stijgen. Als je daaronder vliegt kun je zonder te draaien enorme afstanden afleggen. 

Wolkenstraten zijn ideaal voor recordvluchten als je de route zo weet te plannen dat je een keer met de wind mee en een keer tegen de wind in zo'n straat kunt pakken. Vooral na de passage van een koufront met behoorlijk wat wind is er kans op zulke straten. Aan de achterkant van een koufrontpassage (Rückenseitewetter) is het vaak prima zweefvliegweer. 

Bij weinig of geen wind zijn de thermiekbellen vrij regelmatig over de grond verdeeld en de horizontale afstand tussen de bellen bedraagt meestal ongeveer 2½ keer de thermiekhoogte. Bij meer wind neigen thermiekbellen ernaar zich in rijen te ordenen, parallel aan de windrichting.

Soms gaan de thermiekwolken zich oplijnen in wolkenstraten. Wolkenstraten ontstaan bij:

  • een vrij krachtige wind 
  • een vrij constante wind
  • een toenemende windsterkte met de hoogte die in de buurt van de wolkengrens weer afneemt
  • een inversielaag met daaronder thermiek

De afstand tussen de straten is ook in dit geval ongeveer 2½ keer de thermiekhoogte. De wolkenstraten vormen zich vrijwel evenwijdig aan de windrichting (de afwijking is meestal kleiner dan 20° met de windrichting). Tussen de straten bevinden zich evenwijdig aan de wolkenstraten gebieden met extra dalen. Wanneer je wilt oversteken van de ene straat naar de andere dan kun je dat het beste haaks doen om zo kort mogelijk in het dalen tussen de straten te zitten. 

Ook bij blauwe thermiek kunnen er straten ontstaan en is hun onderlinge afstand op dezelfde wijze te berekenen. Wanneer je bij blauwe thermiek omhoog geklommen bent, dan loont het om tegen de wind of met de wind mee naar het volgende stijgen te zoeken. Vlieg je in een gebied met langdurig dalen ga daar dan haaks op de windrichting vandaan, want waarschijnlijk vloog je daar precies tussen twee straten in. 

Adiabatische processen in de bergen

  • Lucht gaat ook stijgen als het over een berg heen moet.
  • Het stijgen zit aan de windzijde van de helling, aan de andere kant zit dalen.
  • Het stijgen langs de helling is niet gelijkmatig maar erg verstoord.

Ook in de bergen koelt de lucht, die bij de berg omhoog moet, af met 1°C per 100 meter. Aan de loefzijde van de berg kan de stijgende lucht het condensatieniveau bereiken, doorstijgen als natadiabaat en zelfs neerslag geven. Aan de luwzijde daalt de lucht, de lucht warmt op volgens de droogadiabaat en geeft aan de luwzijde mooi weer (zie 3.8.3 föhn).

Het bezit van een LAPL(S) geeft je het recht om in de bergen te gaan zweefvliegen. Bergvliegen is een schitterende ervaring, maar om veilig te kunnen bergvliegen moet je eerst les nemen. Thermiekvliegen heb je met een instructeur in de praktijk geleerd en zo moet je het bergvliegen in de tweezitter leren van een ervaren bergvlieginstructeur. 

In de bergen heb je hellingen waar de zon al vroeg in de morgen of juist laat in de middag met een hoek van 90° op de helling schijnt. Daardoor is het verloop van de thermiek in de bergen anders dan in het vlakke Nederland.

Hieronder de video: Wolken, Wind und Thermik.  Een video, gemaakt voor schermvliegers, maar ook heel leerzaam voor zweefvliegers( 55 minuten). 

 Samenvatting

  • De relatieve vochtigheid is de verhouding van de hoeveelheid waterdamp die de lucht bevat tot zou kunnen bevatten bij die temperatuur.
  • De overgang van:

    • een vaste stof naar vloeistof heet smelten,
    • een vloeistof naar gas heet verdampen,
    • een gas naar vloeistof heet condenseren,
    • een vloeistof naar vaste stof heet stollen,
    • vast naar gasvormig heet vervluchtigen / sublimeren,
    • een gas naar vast heet rijpen / neerslaan / afzetten /depositie
  • Latente warmte (latent is verborgen).  Voor verdampen van water is warmte nodig. Bij condensatie komt die warmte weer vrij (latente warmte) en wordt afgegeven aan de omringende lucht.
  • Lucht is een goede isolator en een bel lucht met een andere temperatuur en luchtvochtigheid mengt niet gemakkelijk met andere lucht.
  • Lucht is onstabiel als een pakketje stijgende lucht doorgaat met stijgen.
  • Bij het stijgen van lucht tot aan het condensatieniveau spreken we van de droogadiabaat dan daalt de temperatuur met 1°C per 100 meter bij het condensatieniveau begint de natadiabaat, de lucht condenseert en daarbij komt warmte vrij die afgegeven wordt aan de lucht waardoor de natadiabaat met minder dan 1°C per 100 meter afkoelt. 
  • Vlak bij de grond ontstaat door opwarming van de zon vaak een superadiabatische laag (de temperatuurafname is daar veel groter is dan 1 °C per 100 m). 
  • Thermiek vind je bij de wolken meestal aan de zon- windzijde.
  • Bij overontwikkeling worden er sneller wolken gevormd dan de wolken oplossen. De grond wordt afgeschermd. Na een thermiekpauze waarbij de wolken oplossen en de zon de grond weer bereikt, begint de thermiek vaak weer.
  • Wanneer de stijgende lucht niet doorstijgt tot het condensatieniveau dan spreken we van droge thermiek of ook wel blauwe thermiek.
  • Wolkenstraten ontstaan bij:

    • een vrij krachtige wind 
    • een vrij constante wind
    • een toenemende windsterkte met de hoogte die in de buurt van de wolkengrens weer afneemt
    • een inversielaag met daaronder thermiek
  • De hoogte van de wolkenbasis kun je berekenen door de dauwpunttemperatuur af te trekken van de maximumtemperatuur en dat getal keer 120 m te doen.