Ветровете и силата на градиент под налягане

Вятърът е движението на въздуха през земната повърхност и се произвежда от разлики в налягането на въздуха между едно място на друго. Силата на вятъра може да варира от лек бриз до сила на ураган и се измерва с Везна на Beaufort.

Ветровете са наречени от посоката, от която произхождат. Например, западът е вятър, идващ от запад и духащ на изток. Скоростта на вятъра се измерва с метеометер и посоката му се определя с лопатка за вятър.

Тъй като вятърът се произвежда от разликите в налягането на въздуха, важно е да се разбере тази концепция и при изучаване на вятъра. Въздушното налягане се създава от движението, размера и броя на газовите молекули, присъстващи във въздуха. Това варира в зависимост от температурата и плътността на въздушната маса.

През 1643 г. Евангелиста Торичели, ученик на Галилео, разработва живачния барометър за измерване въздушно налягане след проучване на вода и помпи при минни операции. Използвайки подобни инструменти днес, учените са в състояние да измерват нормалното налягане на морското равнище при около 1013,2 милибара (сила на квадратен метър повърхност).

В атмосферата има няколко сили, които влияят върху скоростта и посоката на ветровете. Най-важната обаче е гравитационната сила на Земята. Докато гравитацията компресира атмосферата на Земята, тя създава въздушно налягане - движещата сила на вятъра. Без гравитация нямаше да има атмосфера или въздушно налягане и по този начин няма вятър.

Силата, която действително е отговорна за причиняването на движението на въздуха, е силата на градиента на налягането. Разликите в налягането на въздуха и градиента на налягането са предизвикани от неравномерното нагряване на земната повърхност при влизане слънчева радиация се концентрира в екватора. Заради излишъка на енергия например на ниски ширини, въздухът там е по-топъл от този на полюсите. Топлият въздух е по-малко плътен и има по-ниско барометрично налягане от студения въздух на високи ширини. Тези разлики в барометричното налягане са това, което създава силата на градиента на налягането и вятъра, тъй като въздухът постоянно се движи между области с високо и ниско налягане.

За да покаже скоростта на вятъра, градиентът на налягането е начертан върху карти на времето, като се използва картографирани изобари между области с високо и ниско налягане. Разстоянията, разположени далеч един от друг, представляват постепенно наклонение на налягането и леки ветрове. Тези, които са по-близо, показват стръмен градиент на налягането и силни ветрове.

Накрая Кориолис сила и триенето значително влияе върху вятъра по целия свят. Най- Кориолис сила прави вятъра да се отклонява от правия си път между областите с високо и ниско налягане, а силата на триене забавя вятъра, докато пътува над земната повърхност.

В атмосферата има различни нива на циркулация на въздуха. Обаче тези в средната и горната част тропосфера са важна част от циркулацията на въздуха на цялата атмосфера. За картографиране на тези модели на циркулация картите на горното въздушно налягане използват 500 милибара (mb) като референтна точка. Това означава, че височината над морското равнище е очертана само в райони с ниво на въздушно налягане от 500 mb. Например над океан 500 mb може да бъде на 18 000 фута в атмосферата, но над сушата, може да бъде 19 000 фута. За разлика от тях, картите на повърхностното време очертават разликите в налягането, основани на фиксирана кота, обикновено морско ниво.

Нивото от 500 mb е важно за ветровете, тъй като чрез анализ на ветровете от по-високо ниво метеоролозите могат да научат повече за метеорологичните условия на земната повърхност. Често тези ветрове от горното ниво генерират времето и моделите на вятъра на повърхността.

Два важни модела на вятъра, които са важни за метеоролозите, са вълните на Росби и струен поток. Росби вълните са значителни, защото носят студен въздух на юг и топъл въздух на север, създавайки разлика в налягането на въздуха и вятъра. Тези вълни се развиват покрай струйния поток.

В допълнение към глобалните модели на вятър с ниско и горно ниво, има различни видове местни ветрове по света. Бриз от сухоземни морета, които се срещат по повечето крайбрежни линии, са един пример. Тези ветрове са причинени от температурните и плътни разлики на въздуха над сушата спрямо водата, но са ограничени до крайбрежните места.

Бризът от планински долини е друг локализиран модел на вятъра. Тези ветрове са причинени, когато планинският въздух се охлажда бързо през нощта и се стича надолу в долини. В допълнение, въздухът в долината бързо натрупва топлина през деня и той се издига нагоре, създавайки следобеден бриз.

Някои други примери за местни ветрове включват топлите и сухи ветрове на Санта Ана в Южната Калифорния, студеният и сух вятър от вятъра на Франция долината на Рона, много студеният, обикновено сух вятър от бурата на източния бряг на Адриатическо море, и ветровете от Чинук на север Америка.

Вятърът може да се появи и в голям регионален мащаб. Един пример за този вид вятър са катабатните ветрове. Това са ветрове, причинени от гравитацията и понякога се наричат ​​дренажни ветрове, защото те се оттичат по долина или склон, когато плътен, студен въздух на големи възвишения тече надолу по гравитация. Тези ветрове обикновено са по-силни от планински долини и се появяват на по-големи площи като плато или високопланински район. Примери за катабатни ветрове са тези, които духат от огромните ледени покриви на Антарктида и Гренландия.

Сезонното изместване мусонни ветрове намерени над Югоизточна Азия, Индонезия, Индия, Северна Австралия и екваториална Африка са друг пример за регионални ветрове, защото са ограничени до по-големия регион на тропиците, за разлика от само Индия за пример.

Независимо дали ветровете са местни, регионални или глобални, те са важен компонент за атмосферната циркулация и играят важна роля в човешкия живот на Земята, тъй като техният поток през огромни райони е способен да движи времето, замърсителите и други въздушни предмети по целия свят.