Vindar och tryckgradientkraften

Vind är luftens rörelse över jordens yta och produceras av skillnader i lufttryck mellan en plats till en annan. Vindstyrkan kan variera från lätt vind till orkan och mäts med Beaufort vindskala.

Vindar namnges från den riktning de kommer från. Till exempel är en västlig vind som kommer från väster och blåser mot öster. Vindhastighet mäts med en anemometer och dess riktning bestäms med en vindskovel.

Eftersom vind produceras av skillnader i lufttryck är det viktigt att förstå det konceptet också när man studerar vind. Lufttryck skapas av rörelsen, storleken och antalet gasmolekyler som finns i luften. Detta varierar beroende på luftmassans temperatur och densitet.

1643 utvecklade Evangelista Torricelli, en student i Galileo kvicksilverbarometern för att mäta lufttryck efter att ha studerat vatten och pumpar i gruvdrift. Med hjälp av liknande instrument idag kan forskare mäta normalt havsnivåtryck vid cirka 1013,2 millibar (kraft per kvadratmeter ytarea).

I atmosfären finns det flera krafter som påverkar vindens hastighet och riktning. Den viktigaste är dock jordens gravitationskraft. När gravitationen komprimerar jordens atmosfär skapar det lufttryck - vindkraften. Utan tyngdkraft skulle det inte finnas någon atmosfär eller lufttryck och därmed ingen vind.

Kraften som faktiskt ansvarar för att orsaka rörelse av luft är dock tryckgradientkraften. Skillnader i lufttryck och tryckgradientkraft orsakas av ojämn uppvärmning av jordens yta när den kommer in solstrålning koncentreras vid ekvatorn. På grund av till exempel energiöverskottet på låga breddegrader är luften där varmare än vid polerna. Varm luft är mindre tät och har ett lägre barometriskt tryck än den kalla luften på höga breddegrader. Dessa skillnader i barometriskt tryck är det som skapar tryckgradientkraften och vinden när luften ständigt rör sig mellan områden med hög och lågtryck.

För att visa vindhastigheter plottas tryckgradienten på väderkartor med isobarer mappade mellan områden med högt och lågt tryck. Stänger med avstånd från varandra representerar en gradvis tryckgradient och lätt vind. De närmare varandra visar en brant tryckgradient och stark vind.

Slutligen, Coriolis kraft och friktion påverkar båda betydligt vind över hela världen. De Coriolis kraft gör att vinden avleder från sin raka väg mellan områden med högt och lågt tryck och friktionskraften bromsar vinden när den rör sig över jordens yta.

I atmosfären finns det olika nivåer av luftcirkulation. Men de i mitten och övre troposfär är en viktig del av hela atmosfärens luftcirkulation. För att kartlägga dessa cirkulationsmönster använder de övre lufttryckskartorna 500 millibar (mb) som referenspunkt. Detta innebär att höjden över havsnivån endast planeras i områden med en lufttrycksnivå på 500 mb. Till exempel, över ett hav 500 mb kan vara 18.000 fot i atmosfären men över land kan det vara 19.000 fot. Däremot kartlägger ytväder karttryckskillnader baserade på en fast höjd, vanligtvis havsnivå.

Nivån på 500 mb är viktig för vindar eftersom meteorologer kan analysera väderförhållandena på jordens yta genom att analysera vindar på övre nivå. Ofta genererar dessa övre nivåvindar väder- och vindmönstret vid ytan.

Två vindmönster på övre nivå som är viktiga för meteorologer är Rossbyvågor och jetström. Rossby-vågor är betydelsefulla eftersom de kommer med kall luft söderut och varm luft norrut, vilket skapar en skillnad i lufttryck och vind. Dessa vågor utvecklas längs jetströmmen.

Förutom globala vindmönster på låg och övre nivå finns det olika typer av lokala vindar runt om i världen. Vindar som förekommer på de flesta kustlinjer är ett exempel. Dessa vindar orsakas av temperatur- och densitetsskillnaderna i luft över land kontra vatten men är begränsade till kustplatser.

Vindar i bergsdalen är ett annat lokalt vindmönster. Dessa vindar orsakas när bergsluften kyls snabbt på natten och rinner ner i dalarna. Dessutom får dalluften snabbt värme under dagen och den stiger upp sluttningen och skapar eftermiddagsbris.

Några andra exempel på lokala vindar inkluderar södra Kaliforniens varma och torra Santa Ana-vindar, den kalla och torra mistralvinden Frankrikes Rhône-dal, den mycket kalla, vanligtvis torra boravinden på östkusten av Adriatiska havet, och Chinook-vindarna i norr Amerika.

Vindar kan också uppstå i stor regional skala. Ett exempel på denna typ av vind skulle vara katabatiska vindar. Dessa är vindar som orsakas av tyngdkraften och kallas ibland dräneringsvindar eftersom de dränerar ner i en dal eller en sluttning när tät, kall luft i höga höjder rinner neråt genom tyngdkraften. Dessa vindar är vanligtvis starkare än vindar i bergsdalen och förekommer över större områden som en platå eller högland. Exempel på katabatiska vindar är de som blåser av Antarktis och Grönlands stora isark.

Det säsongsmässiga skiftet monsoonal vindar som finns över Sydostasien, Indonesien, Indien, norra Australien och Ekvatorial Afrika är ett annat exempel på regionala vindar eftersom de är begränsade till den större regionen i tropikerna i motsats till bara Indien för exempel.

Oavsett om vindar är lokala, regionala eller globala är de en viktig komponent i atmosfärisk cirkulation och spelar en viktig roll i människoliv på jorden eftersom deras flöde över stora områden kan flytta väder, föroreningar och andra luftburna föremål över hela världen.