Drukgolf die rondom de wereld reist?

Moderator: physicalattraction

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.523

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Michel Uphoff schreef: ma 21 jul 2014, 23:39Een geluidsgolf die noord-zuid reist (over de polen) ziet dan een gemiddelde luchtvochtigheid van 45% bij een temperatuur van gemiddeld 0 graden, en een oost-west golf ziet een gemiddelde luchtvochtigheid van 90% bij 25 graden.
Volgens deze calculator zijn de round trip tijden van dit nattevingerwerk dan 33,5 en 31,9 uur.
Laten we dat de hypothese van de trage poolreis noemen, dat de rondreis over de polen vanwege de poolkou ongeveer 1,6 uur langer zou duren dan de rondreis langs de equator. Met die calculator blijkt dat het reistijdverschil bijna volledig door het temperatuurverschil komt, de bijdrage van het vochtigheidsverschil is verwaarloosbaar (5 minuten). De vraag is of de hypothese van de trage poolreis bevestigd wordt door de meetgegevens. Dat is makkelijk te controleren in het rapport van de Royal Society over de uitbarsting van de Krakatau (1888) op de wereldkaarten met de isochronen van de drukgolf (met name de isochronen van het tijdstip van het eerste diepe drukminimum, dat tijdstip was op alle barogrammen het beste meetbaar).

Isochroon 38 van figuur 2B vertoont enkele lobben, die laten zien in welke richtingen de rondreis het traagste was. Volgens de hypothese van de trage poolreis zouden er twee lobben moeten zijn, naar noord en zuid, en geen verschil tussen oost en west. Die hypothese is duidelijk in strijd met de meetgegevens.

Men constateerde dat meewind/tegenwind de juiste verklaring was voor de drie lobben van isochroon 38 van figuur 2B. De figuur laat zien dat de rondreis van de drukgolf langs de equator in oostelijke richting 1 uur langer duurde dan in de omgekeerde richting, dat is 3% van de reistijd. Langs de equator heerste dus oostenwind met een snelheid die 1,5% was van de voortplantingssnelheid van de drukgolf, dat is ongeveer 4 m/s. Dat is de bekende passaat! De oostwaartse rondreis had de passaat als tegenwind, de westwaartse had hem als meewind.
Figuur 2B laat ook zien dat de rondreis vanuit Krakatau naar het noordoosten en naar het zuidoosten een uur langer duurde dan de rondreis naar het noordwesten en naar het zuidwesten. Dat kon verklaard worden door 10 m/s westenwind op de gematigde breedten (40°-60°). (Taylor, 1929)

krakatau2.png
Wereldkaart met de isochronen van het drukminimum van de drukgolf. Bij elke isochroon staat het tijdstip in GMT, bijvoorbeeld nummer 4 betekent 4:00 GMT; en nummer 38 betekent 38:00 GMT = de volgende dag om 14:00 GMT. Het geextrapoleerde tijdstip van het drukminimum op Krakatau is 3h 32m GMT. Bron: Report of the Royal Society


Hieronder enkele barogrammen van Europese stations met de eerste en tweede passage van de drukgolf. Het tijdstip van het drukminimum heb ik gemarkeerd. De hoogste frequentie in het signaal schat ik op 2 mHz (d.w.z. oscillatietijd van ~10 minuten). Verrassend is dat de amplitude van de drukgolf bij de tweede passage (14 uur later) nauwelijks afgenomen is, al klopt het natuurlijk met het absorptiecoefficienten-lijstje van een vorig bericht.

Een leuke gedachte: tegenwoordig hebben veel mensen een barometer in hun smartphone. Daarmee kunnen ze, na een vergelijkbaar grote vulkaanuitbarsting, zulke drukgolven met een amplitude van 2 mbar makkelijk registreren. De resolutie van de barometer van mijn smartphone is 0,1 mbar.(link) Een barograaf-app om het druksignaal als grafiek weer te geven en te bewaren kan men downloaden.
krakatau5.png


De gemiddelde snelheid van de drukgolf is 313 m/s, blijkt uit figuur 2B. De rondreis om de aarde duurt gemiddeld 35,5 uur. Verbeek, die een rapport over de eruptie schreef voor het Gouvernement van Nederlands-Indie (1885), constateerde dat een geluidssnelheid van 313 m/s hoort bij een luchttemperatuur van -30 °C, volgens \(v=\sqrt{\gamma R T / M } = 20.05 \sqrt{T}\), met \(\gamma = \frac{c_p}{c_v} \) (γ=1,40 voor lucht). Hij suggereerde daarom dat de drukgolf in de atmosfeer op een effectieve hoogte van ongeveer 10 km om de aarde reist.

Latere onderzoekers hebben die effectieve temperatuur nader gedefinieerd. De golflengte λ = v/f = 313 / 0,002 = 150 km is veel groter dan de schaalhoogte van de atmosfeer (~8 km). De drukgolf is daarom geen pure akoestische golf, maar een gravitatiegolf (of Lamb wave), vergelijkbaar met een gravitatiegolf in een ondiepe zee. De formule voor de voortplantingssnelheid van een gravitatiegolf ziet er op het eerste gezicht totaal anders uit dan de formule voor een geluidsgolf, \(v=\sqrt{g h}\), waarbij h de diepte van de zee is. Maar voor een isotherme atmosfeer mag je h vervangen door γH, waarin de schaalhoogte H=RT/(Mg), zodat \(v=\sqrt{\gamma R T_{eff} / M } \). De keuze voor een isotherm atmosfeermodel, terwijl de ware temperatuur varieert van -60 tot +30 °C, lijkt paradoxaal, maar die keuze blijkt minder complicaties te hebben dan alternatieve modellen. En voor de voortplanting van de drukgolf, als λ>>H, blijkt alleen een soort van gemiddelde temperatuur relevant, de effectieve temperatuur (-30 °C).

De zeer grote golflengte van de drukgolf (λ>>H) zorgt er ook voor dat deze golf zich voortdurend horizontaal voortplant in de atmosfeer. Hij heeft geen last van de verticale gradient van de temperatuur en de wind, die geluidsgolven met een veel kleinere golflengte (λ<<H) naar boven of naar beneden afbuigt.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.523

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Tonga eruptie 2022

De spectaculaire eruptie van de Hunga Tonga van eergisteren veroorzaakte een luchtdrukgolf die over de aarde trok. Nederland kreeg een eerste drukgolf over de noordpool en een tweede drukgolf over de zuidpool. Veel weeramateurs hebben de drukgolf geregistreerd met hun luchtdruksensor. Jammer dat ik er niet aan heb gedacht om de luchtdruk op te nemen met mijn smartphone, hij is gevoelig genoeg voor het meten van deze kleine luchtdrukveranderingen.(link)


Tonga earth.png

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Ik heb geen antwoord over die passagetijden, maar wel een leuke graphic hoe de drukgolf over de verenigde staten trok:

ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.523

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

In Wageningen heeft iemand na drukgolf 1 en 2 ook drukgolf 3, 4, 5 en 6 gedetecteerd, als piekjes in het verschil van de luchtdruk en het uurgemiddelde van de luchtdruk (preciezer: de absolute waarde van dat verschil, zodat de piekjes geheel positief zijn). De drukgolf was dus nog detecteerbaar na 2,5 rondje om de aarde:


(De volgende golven, 7 en 8, waren niet meer detecteerbaar: link).
Uit de tijdstippen blijkt dat de drukgolf de reis om de aarde telkens aflegde in 36,0 uur ± 5 minuten.



En ik kwam een mooie animatie tegen die laat zien hoe drukgolf 1 en 2 over Duitsland trokken (1 van noord naar zuid, en 2 in de omgekeerde richting):


Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

animaties van de drukgolf vanuit Hunga Tonga, en een bericht verder hoe die drukgolf in de antipode (Zuid-Algerije) arriveerde

ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 3.860

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

jkien schreef: za 22 jan 2022, 11:01
Uit de tijdstippen blijkt dat de drukgolf de reis om de aarde telkens aflegde in 36,0 uur ± 5 minuten.
ls ik de data heb van tijd en druk over de relevante periode dan kan ik daar wel eens een fourier transformatie mee doen. dan krijg je als uitkomt een frequentiespectrum en daar zou dan een duidelijke piek moeten zitten bij die frequentie van 1/(36,0 uur ± 5 minuten.)

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 5.523

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Jan van de Velde schreef: zo 23 jan 2022, 09:06 animaties van de drukgolf vanuit Hunga Tonga, en een bericht verder hoe die drukgolf in de antipode (Zuid-Algerije) arriveerde
Wat een prachtige animatie op basis van data van twee geostationaire satellieten. Omdat in het Japanse commentaar Meteosat-11 en EUMETSAT worden genoemd zal een van beide de Europese Meteosat-11 zijn. Jammer dat de tweet niet uitlegt hoe de satelliet in zijn hele beeldveld de luchtdruk bepaalt, intuitief lijkt dat onmogelijk. Misschien met behulp van een thermische camera? En waarom is het golffront in animatie 2 in stukken gebroken, terwijl het golffront in animatie 1 nog een continue cirkel was? Ook interessant dat de Himalaya geen obstakel lijkt te zijn voor het golffront. Zou er een andere plek zijn met meer uitleg?


Ik vond een mooie simulatie van de drukgolf die 3x om de wereld reist (niet op basis van satellietdata):



In deze simulatie is de rondreis over de polen duidelijk langzamer dan de meer equatoriale rondreis.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 9.897

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Mooie en boeiende animaties. Ook ik ben benieuwd hoe die gemaakt zijn.
Misschien een modelberekening die op een aantal punten gefit is aan meetwaardes?

Ik zie ook niet hoe je met een satelliet de luchtdruk (nauwkeurig) kunt bepalen; bovendien zijn het kortdurende veranderingen en satellieten houden niet voortdurend ieder stukje aardoppervlak in de gaten.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Ik heb voor mijn bovenbouw vmbo (T en K) een opdracht gemaakt, om eens uit te rekenen hoe snel die drukgolf ging, op basis van gegevens van weerstations in Nieuw Zeeland.
drukgolf.png
Afstanden laat ik ze bepalen met google maps.
Ik vind dan iets van om en nabij 325 m/s.

En dan als bonus om eens uit te rekenen op welke hoogte die drukgolf dan rondging, met behulp van een grafiek op de Engineering Toolbox met geluidssnelheid vs temperatuur,
https://www.engineeringtoolbox.com/air- ... d_603.html
een een grafiek met temperatuur vs hoogte in de atmosfeer.
https://agodemar.github.io/FlightMechan ... tmosphere/

en dan kom ik op ongeveer 5 km.

Links en rechts lees je echter dat die drukgolf zich verplaatste op een hoogte van ca 10 km. Kan het zijn dat die drukgolf op ca 2000 km afstand (Hunga Tonga -> NZ) nog bezig was naar boven af te buigen, en dat ik daardoor een lagere hoogte vind?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 9.897

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Op 5 km hoogte heb je (al of niet toevallig) ongeveer evenveel luchtmassa beneden je als boven je.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Xilvo schreef: zo 23 jan 2022, 13:10 Mooie en boeiende animaties. Ook ik ben benieuwd hoe die gemaakt zijn.
Misschien een modelberekening die op een aantal punten gefit is aan meetwaardes?

Ik zie ook niet hoe je met een satelliet de luchtdruk (nauwkeurig) kunt bepalen; bovendien zijn het kortdurende veranderingen en satellieten houden niet voortdurend ieder stukje aardoppervlak in de gaten.
Het volgende uit intuïtie en eigen ervaring:

Naar mijn inzicht lijkt de opname op een soort Schlieren fotografie (wiki). Het zou mij niet verwonderen dat satellieten ook geavanceerd polarizers hebben (circulair, linear. Wellicht alle combinaties ertussen in).

Deze kunnen wellicht dichtheid variaties waarnemen (net zoals een vliegtuig druk trail wellicht gefotografeerd kan worden). Wellicht dat aeronautisch liefhebbers hier meer over weten.

Opname lijkt erg met CLAHE (adaptive histogram equalization/normalization). Deze techniek word ook gebruikt bij MRI opnames. CLAHE. Hiermee kunnen contrast verschillen zeer goed gevisualiseerd worden.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 9.897

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

OOOVincentOOO schreef: zo 23 jan 2022, 20:49 Naar mijn inzicht lijkt de opname op een soort Schlieren fotografie
De brekingsindex van lucht is 1,00029, de drukvariaties liggen in de orde van een paar hectopascal, dat geeft een relatieve brekingsindexverandering in de orde van een miljoenste - op zeeniveau, hoger wordt het nog minder.
Dat zal zelfs in een lab al lastig meetbaar zijn (ik heb die proeven gedaan), al helemaal niet met satellieten.
Bovendien zie je volgens mij niet een opname maar het resultaat van een modelberekening.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Zoals ik vertelde: had ik enige opmerkingen uit eigen ervaring en intuïtie. Leverde slechts enkele opties welke mogelijk zijn.

Ik begrijp je reactie niet echt waarom mijn input: "busted" is, jouw reactie is ook erg op intuïtie gebaseerd. En tevens aangedikt met "al helemaal niet" zonder onderbouwing.

Even ter zake: waarom staat er dan bij Meteosat-11 Wiki bij de opnamen volgens jouw?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Xilvo schreef: zo 23 jan 2022, 20:58 Bovendien zie je volgens mij niet een opname maar het resultaat van een modelberekening.
nou, dat weet ik zo net nog niet. Er zijn ook een heleboel kriebeltjes in beeld, en wat ik in die kriebeltjes boven midden Australië zie bewegen lijkt toch wel verdacht veel op het gedrag van een hogedrukgebied.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: Drukgolf die rondom de wereld reist?

Ik denk dat ik iets gevonden heb:

https://www.eumetsat.int/hunga-tonga-hunga-haapai_2022

wel even scrollen, en dan vind je de beelden uit de tweets, met daarbij de tekst:
On the comparison of Meteosat and Himawari imagery the first shockwave can be seen converging on Algeria (Figure 10). This video shows fluctuations caused by the shockwave in temperature measurements from the 6.2 micron bands on sensors aboard the Himawari-8 and Meteosat-11 satellites.
met google heb je ook wel eens een gelukje ( eumetsat air pressure imaging , achteraf verkeerde zoekwoorden :D )
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Reageer