Tuulet ja painegradienttivoima

Tuuli on ilman liikkuvuus maan pinnan yli, ja sitä tuottavat ilmanpaine-erot paikasta toiseen. Tuulen voimakkuus voi vaihdella kevyestä tuulesta hurrikaanivoimaan ja se mitataan Beaufort -tuuliasteikko.

Tuulet on nimetty siitä suunnasta, josta ne ovat lähtöisin. Esimerkiksi länsimainen on tuuli, joka tulee lännestä ja puhaltaa itään. Tuulen nopeus mitataan tuulimittari ja sen suunta määritetään tuulella.

Koska tuulta tuottavat ilmanpaine-erot, on tärkeää ymmärtää tämä käsite tutkittaessa myös tuulta. Ilmanpaine syntyy ilmassa olevien kaasumolekyylien liikkeestä, koosta ja lukumäärästä. Tämä vaihtelee ilman massan lämpötilan ja tiheyden mukaan.

Vuonna 1643 Galgeion opiskelija Evangelista Torricelli kehitti elohopeabarometrin mittaamiseksi ilmanpaine tutkittuaan vettä ja pumppuja kaivostoiminnassa. Käyttämällä samanlaisia ​​instrumentteja tänään, tutkijat pystyvät mittaamaan normaalin merenpinnan paineen noin 1013,2 millibaarissa (voima pinta-alametriä kohti).

Ilmakehän sisällä on useita voimia, jotka vaikuttavat tuulen nopeuteen ja suuntaan. Tärkein on kuitenkin maan gravitaatiovoima. Kun painovoima puristaa maan ilmakehän, se luo ilmanpainetta - tuulen käyttövoimaa. Ilman painovoimaa ei olisi ilmakehää tai ilmanpainetta eikä siten tuulta.

Ilman liikkeen aiheuttamisesta tosiasiallisesti vastuussa oleva voima on kuitenkin painegradienttivoima. Ilmanpaine-erot ja painegradienttivoima johtuvat maapallon pinnan epätasaisesta kuumenemisesta saapuessaan auringonsäteily keskittyy päiväntasaajaan. Esimerkiksi alhaisilla leveysasteilla olevan energiaylijäämän vuoksi ilma on lämpimämpää kuin napoissa. Lämmin ilma on vähemmän tiheää ja sillä on matalampi ilmanpaine kuin kylmällä ilmalla korkeilla leveysasteilla. Nämä ilmakehän paine-erot luovat painegradienttivoiman ja tuulen, kun ilma liikkuu jatkuvasti korkean ja alhainen paine.

Tuulen nopeuden näyttämiseksi painegradientti piirretään sääkarttoihin painikkeella isobaarit kartoitettu korkean ja matalan paineen alueiden välillä. Kaukana toisistaan ​​sijaitsevat palkit edustavat asteittaista painegradienttia ja kevyttä tuulta. Ne, jotka ovat lähempänä toisiaan, osoittavat jyrkän painegradientin ja voimakkaan tuulen.

Lopuksi Coriolis-voima ja kitka vaikuttavat merkittävästi tuulen ympäri maailmaa. Coriolis-voima saa tuulen taipumaan korkealta ja matalalta paineelta tulevan alueen suoralta tieltä ja kitkavoima hidastaa tuulen kulkeutumista maan pinnan yli.

Ilmakehässä on erilaista ilmankiertoa. Keski- ja ylemmät troposfäärissä ovat tärkeä osa koko ilmakehän ilmankiertoa. Näiden kiertokuvioiden kartoittamiseksi käytä vertailupisteenä 500 millibaaria (mb). Tämä tarkoittaa, että korkeus merenpinnan yläpuolella on piirretty vain alueille, joiden ilmanpaine on 500 mb. Esimerkiksi yli 500 mb: n valtameri voi olla 18 000 jalkaa ilmakehään, mutta maan pinnalla se voi olla 19 000 jalkaa. Pinta-sääkartat sitä vastoin kuvaavat paine-eroja kiinteän korkeuden, yleensä merenpinnan perusteella.

500 Mt: n taso on tärkeä tuulen kannalta, koska meteorologit voivat oppia enemmän maanpinnan sääolosuhteista analysoimalla ylemmän tuulen tasoja. Usein nämä ylemmän tason tuulet tuottavat sää- ja tuulikuviot pinnalla.

Kaksi meteorologien kannalta tärkeätä ylemmän tason tuulikuviota ovat Rossby-aallot ja suihkuvirtaus. Rossby-aallot ovat merkittäviä, koska ne tuovat kylmää ilmaa etelään ja lämpimää ilmaa pohjoiseen, luoden ilmanpaineen ja tuulen eron. Nämä aallot kehittyvät pitkin suihkun virtausta.

Matalan ja ylemmän tason globaalien tuulikuvioiden lisäksi ympäri maailmaa on erityyppisiä paikallisia tuulia. Yksi esimerkki on maa- ja merituulet, joita esiintyy useimmissa rannikoissa. Nämä tuulet johtuvat ilman lämpötilan ja tiheyden eroista maan päällä verrattuna veteen, mutta ne rajoittuvat rannikkoalueisiin.

Vuoristolaakson tuulet ovat toinen paikallinen tuulenkuvio. Nämä tuulet aiheutuvat, kun vuoristoilma jäähtyy nopeasti yöllä ja virtaa alas laaksoihin. Lisäksi laaksoilma saa lämpöä nopeasti päivän aikana ja se nousee ylöspäin aiheuttaen iltapäivän tuulen.

Joitakin muita esimerkkejä paikallisista tuulista ovat Etelä-Kalifornian lämmin ja kuiva Santa Ana Winds, kylmä ja kuiva huono tuuli Ranskan Rhônen laakso, erittäin kylmä, yleensä kuiva boratuuli Adrianmeren itärannikolla ja Chinookin tuulet pohjoisessa Amerikassa.

Tuulet voivat esiintyä myös suuressa alueellisessa mittakaavassa. Yksi esimerkki tämän tyyppisestä tuulesta olisi katabaattiset tuulet. Nämä ovat painovoiman aiheuttamat tuulet, ja niitä kutsutaan joskus viemärituuliksi, koska ne valuvat alas laaksoon tai rinteeseen, kun tiheä, kylmä ilma virtaa korkeilla korkeuksilla alavirtaan painovoiman avulla. Nämä tuulet ovat yleensä voimakkaampia kuin vuoristolaakson tuulet ja esiintyvät suuremmilla alueilla, kuten ylätasangolla tai ylätasangolla. Esimerkkejä katabaattisista tuulista ovat ne, jotka puhaltavat Antarktiksen ja Grönlannin valtavista jäälevyistä.

Kausivaihtelu monsoonal tuulet löytyy Kaakkois-Aasiasta, Indonesiasta, Intiasta, Pohjois-Australiasta ja päiväntasaajan Afrikasta alueelliset tuulet, koska ne rajoittuvat tropiikan laajempaan alueeseen verrattuna vain Intiaan esimerkki.

Olipa tuulet paikallisia, alueellisia tai maailmanlaajuisia, ne ovat tärkeä osa ilmakehän kiertoa ja tärkeä rooli ihmisten elämässä maan päällä, koska niiden virtaus laajojen alueiden läpi pystyy siirtämään säätä, epäpuhtauksia ja muita ilmassa olevia esineitä ympäri maailmaa.