Vind og trykkgradientkraft
Lufttrykksforskjeller forårsaker vind
Tetra Images - Erik Isakson/ Brand X Pictures/ Getty Images
Vind er bevegelsen av luft over jordens overflate og produseres av forskjeller i lufttrykk mellom et sted til et annet. Vindstyrken kan variere fra lett bris til orkanstyrke og måles med Beaufort vindskala .
Vinder er navngitt fra retningen de kommer fra. For eksempel er en vestlig en vind som kommer fra vest og blåser mot øst. Vindfart måles med en vindmåler og retningen bestemmes med en vindvinge.
Siden vind produseres av forskjeller i lufttrykk, er det viktig å forstå det konseptet når man studerer vind også. Lufttrykk skapes av bevegelsen, størrelsen og antallet gassmolekyler som er tilstede i luften. Dette varierer basert på temperaturen og tettheten til luftmassen.
I 1643 utviklet Evangelista Torricelli, en elev av Galileo kvikksølvbarometeret for å måle Lufttrykk etter å ha studert vann og pumper i gruvedrift. Ved å bruke lignende instrumenter i dag, er forskere i stand til å måle normalt havnivåtrykk ved omtrent 1013,2 millibar (kraft per kvadratmeter overflate).
Trykkgradientkraften og andre effekter på vinden
I atmosfæren er det flere krefter som påvirker hastigheten og vindretningen. Det viktigste er imidlertid jordens gravitasjonskraft. Ettersom tyngdekraften komprimerer jordens atmosfære, skaper den lufttrykk - vindens drivkraft. Uten tyngdekraften ville det ikke vært noen atmosfære eller lufttrykk og dermed ingen vind.
Kraften som faktisk er ansvarlig for å forårsake bevegelse av luft, er trykkgradientkraften. Forskjeller i lufttrykk og trykkgradientkraft er forårsaket av ulik oppvarming av jordoverflaten ved innkommende solstråling konsentrerer seg ved ekvator. På grunn av energioverskuddet på lave breddegrader for eksempel, er luften der varmere enn ved polene. Varm luft er mindre tett og har et lavere barometertrykk enn kald luft på høye breddegrader. Disse forskjellene i barometrisk trykk er det som skaper trykkgradientkraften og vinden når luften hele tiden beveger seg mellom områder med høy og lavtrykk .
For å vise vindhastigheter plottes trykkgradienten inn på værkart ved hjelp av isobarer kartlagt mellom områder med høy- og lavtrykk. Søyler plassert langt fra hverandre representerer en gradvis trykkgradient og svak vind. De som er nærmere hverandre viser en bratt trykkgradient og sterk vind.
Til slutt, den Coriolis kraft og friksjon påvirker begge vind over hele kloden betydelig. De Coriolis kraft får vinden til å avledes fra sin rette bane mellom høy- og lavtrykksområder og friksjonskraften bremser vinden når den beveger seg over jordoverflaten.
Vind på øvre nivå
Innenfor atmosfæren er det forskjellige nivåer av luftsirkulasjon. Men de i midten og øvre troposfæren er en viktig del av hele atmosfærens luftsirkulasjon. For å kartlegge disse sirkulasjonsmønstrene bruker øvre lufttrykkskart 500 millibar (mb) som referansepunkt. Dette betyr at høyden over havet kun er plottet i områder med et lufttrykknivå på 500 mb. For eksempel, over et hav kan 500 mb være 18 000 fot opp i atmosfæren, men over land kan det være 19 000 fot. Derimot plotter overflateværkart trykkforskjeller basert på en fast høyde, vanligvis havnivå.
500 mb-nivået er viktig for vind, fordi ved å analysere vind på øvre nivå kan meteorologer lære mer om værforholdene på jordens overflate. Ofte genererer disse vindene på øvre nivå vær- og vindmønstre ved overflaten.
To vindmønstre på øvre nivå som er viktige for meteorologer er Rossby-bølger og jetstrøm . Rossby-bølger er betydelige fordi de bringer kald luft sørover og varm luft nordover, og skaper en forskjell i lufttrykk og vind. Disse bølgene utvikler seg langs jetstrømmen .
Lokale og regionale vinder
I tillegg til globale vindmønstre på lavt og øvre nivå, finnes det ulike typer lokale vinder rundt om i verden. Land-sjøbris som forekommer på de fleste kystlinjer er ett eksempel. Disse vindene er forårsaket av temperatur- og tetthetsforskjeller mellom luft over land kontra vann, men er begrenset til kystnære steder.
Fjell-dalbris er et annet lokalisert vindmønster. Disse vindene oppstår når fjellluften avkjøles raskt om natten og strømmer ned i daler. I tillegg får dalluften raskt varme i løpet av dagen, og den stiger oppover og skaper ettermiddagsbris.
Noen andre eksempler på lokale vinder inkluderer Sør-Californias varme og tørre Santa Ana Winds, den kalde og tørre mistralvinden i Frankrikes Rhône-dal, den veldig kalde, vanligvis tørre boravinden på østkysten av Adriaterhavet, og Chinook-vindene i nord. Amerika.
Vind kan også forekomme i stor regional skala. Et eksempel på denne typen vind vil være katabatiske vinder. Dette er vinder forårsaket av tyngdekraften og kalles noen ganger dreneringsvinder fordi de drenerer ned en dal eller skråning når tett, kald luft i høye høyder strømmer nedover av tyngdekraften. Disse vindene er vanligvis sterkere enn fjell-dal-bris og forekommer over større områder som et platå eller høyland. Eksempler på katabatiske vinder er de som blåser av Antarktis og Grønlands enorme isdekke.
Den sesongmessige skiftende monsunvind funnet over Sørøst-Asia, Indonesia, India, Nord-Australia og ekvatorial-Afrika er et annet eksempel på regionale vinder fordi de er begrenset til den større regionen av tropene i motsetning til bare India for eksempel.
Enten vindene er lokale, regionale eller globale, er de en viktig komponent i atmosfærisk sirkulasjon og spiller en viktig rolle i menneskelivet på jorden ettersom deres flyt over store områder er i stand til å flytte vær, forurensninger og andre luftbårne gjenstander over hele verden.