Wiatry i siła gradientu ciśnienia

Wiatr jest ruchem powietrza po powierzchni Ziemi i jest wytwarzany przez różnice ciśnienia powietrza między poszczególnymi miejscami. Siła wiatru może zmieniać się od lekkiej bryzy do siły huraganu i jest mierzona za pomocą Skala Wiatru Beauforta.

Wiatry są nazwane od kierunku, z którego pochodzą. Na przykład wiatr zachodni to wiatr wiejący z zachodu i wiejący w kierunku wschodnim. Prędkość wiatru mierzy się za pomocą wiatromierz a jego kierunek określa wiatrowskaz.

Ponieważ wiatr jest wytwarzany przez różnice w ciśnieniu powietrza, ważne jest, aby zrozumieć tę koncepcję również podczas badania wiatru. Ciśnienie powietrza jest wytwarzane przez ruch, rozmiar i liczbę cząsteczek gazu obecnych w powietrzu. Różni się to w zależności od temperatury i gęstości masy powietrza.

W 1643 r. Evangelista Torricelli, studentka Galileusza opracowała barometr rtęciowy do pomiaru ciśnienie powietrza po przestudiowaniu wody i pomp w górnictwie. Korzystając obecnie z podobnych instrumentów, naukowcy są w stanie zmierzyć normalne ciśnienie na poziomie morza przy około 1013,2 milibarów (siła na metr kwadratowy powierzchni).

W atmosferze istnieje kilka sił, które wpływają na prędkość i kierunek wiatru. Najważniejsza jest jednak siła grawitacji Ziemi. Gdy grawitacja kompresuje atmosferę ziemską, wytwarza ciśnienie powietrza - siłę napędową wiatru. Bez grawitacji nie byłoby atmosfery ani ciśnienia powietrza, a zatem nie byłoby wiatru.

Jednak siłą faktycznie odpowiedzialną za spowodowanie ruchu powietrza jest siła gradientu ciśnienia. Różnice w ciśnieniu powietrza i sile gradientu ciśnienia są spowodowane nierównomiernym ogrzewaniem powierzchni Ziemi podczas jej wchodzenia promieniowania słonecznego koncentruje się na równiku. Na przykład z powodu nadwyżki energii na niskich szerokościach geograficznych powietrze jest cieplejsze niż na biegunach. Ciepłe powietrze jest mniej gęste i ma niższe ciśnienie barometryczne niż zimne powietrze na dużych szerokościach geograficznych. Te różnice w ciśnieniu barometrycznym tworzą siłę gradientu ciśnienia i wiatr, gdy powietrze stale przemieszcza się między obszarami o wysokiej i niskie ciśnienie.

Aby pokazać prędkości wiatru, gradient ciśnienia jest wykreślany na mapie pogody za pomocą mapowane izobary między obszarami wysokiego i niskiego ciśnienia. Odległe od siebie pręty przedstawiają stopniowy gradient ciśnienia i lekki wiatr. Te bliżej siebie wykazują stromy gradient ciśnienia i silne wiatry.

Wreszcie Siła Coriolisa a tarcie znacząco wpływa na wiatr na całym świecie. The Siła Coriolisa sprawia, że ​​wiatr odchyla się od swojej prostej drogi między obszarami wysokiego i niskiego ciśnienia, a siła tarcia spowalnia wiatr podczas jego przemieszczania się po powierzchni Ziemi.

W atmosferze występują różne poziomy cyrkulacji powietrza. Jednak ci w środku i na górze troposfera są ważną częścią całego obiegu powietrza w atmosferze. Aby odwzorować te wzorce cyrkulacji, mapy górnego ciśnienia powietrza wykorzystują 500 milibarów (mb) jako punkt odniesienia. Oznacza to, że wysokość nad poziomem morza wykreślana jest tylko na obszarach o ciśnieniu powietrza 500 mb. Na przykład nad oceanem 500 mb może znajdować się w atmosferze na wysokości 18 000 stóp, ale na lądzie może wynosić 19 000 stóp. Natomiast mapy pogody powierzchniowej przedstawiają różnice ciśnienia oparte na stałej wysokości, zwykle na poziomie morza.

Poziom 500 mb jest ważny dla wiatrów, ponieważ analizując wiatry wyższego poziomu, meteorolodzy mogą dowiedzieć się więcej o warunkach pogodowych na powierzchni Ziemi. Często te wiatry wyższego poziomu generują pogodę i wzory wiatru na powierzchni.

Dwa wiatry na wyższym poziomie, które są ważne dla meteorologów, to fale Rossby'ego i strumień strumieniowy. Fale Rossby są znaczące, ponieważ doprowadzają zimne powietrze na południe i ciepłe powietrze na północ, tworząc różnicę ciśnienia powietrza i wiatru. Fale te się rozwijają wzdłuż strumienia.

Oprócz globalnych wiatrów na niskim i wyższym poziomie na całym świecie istnieją różne typy wiatrów lokalnych. Przykładem jest bryza ląd-morze występująca na większości linii brzegowych. Wiatry te są spowodowane różnicami temperatury i gęstości powietrza nad lądem w stosunku do wody, ale są ograniczone do lokalizacji przybrzeżnych.

Podmuchy górskich dolin są kolejnym zlokalizowanym wzorem wiatru. Wiatry te powstają, gdy górskie powietrze szybko ochładza się w nocy i spływa do dolin. Ponadto powietrze w dolinie szybko nagrzewa się w ciągu dnia i unosi się w górę, tworząc popołudniowy wietrzyk.

Niektóre inne przykłady lokalnych wiatrów to ciepły i suchy wiatr Południowej Kalifornii w Santa Ana, zimny i suchy wiatr mistralny z Dolina Rodanu we Francji, bardzo zimny, zwykle suchy wiatr Bora na wschodnim wybrzeżu Morza Adriatyckiego i wiatry Chinook na północy Ameryka.

Wiatry mogą również występować na dużą skalę regionalną. Jednym z przykładów tego rodzaju wiatru są wiatry katabatyczne. Są to wiatry spowodowane grawitacją i są czasami nazywane wiatrami drenażowymi, ponieważ drenażują dolinę lub zbocze, gdy gęste, zimne powietrze na dużych wysokościach przepływa w dół grawitacji. Wiatry te są zwykle silniejsze niż bryzy w górskich dolinach i występują na większych obszarach, takich jak płaskowyż lub wyżyny. Przykładami wiatrów katabatycznych są wiatry, które wieją z ogromnej pokrywy lodowej Antarktydy i Grenlandii.

Sezonowe zmiany wiatry monsunowe znalezione w Azji Południowo-Wschodniej, Indonezji, Indiach, północnej Australii i Afryce równikowej są kolejnym przykładem wiatry regionalne, ponieważ są ograniczone do większego regionu tropików, a nie tylko do Indii przykład.

Niezależnie od tego, czy wiatry są lokalne, regionalne czy globalne, stanowią one ważny element cyrkulacji atmosferycznej i odgrywają ważną rolę w życiu ludzi na Ziemi, ponieważ ich przepływ przez rozległe obszary jest w stanie przenosić pogodę, zanieczyszczenia i inne przedmioty w powietrzu na całym świecie.