Vind og trykgradientstyrken

Vind er bevægelse af luft over Jordens overflade og produceres af forskelle i lufttryk mellem et sted til et andet. Vindstyrke kan variere fra en let brise til orkankraft og måles med Beaufort vindskala.

Vinden kaldes fra den retning, hvorfra de stammer. For eksempel er en vestlig vind, der kommer fra vest og blæser mod øst. Vindhastighed måles med en vindmåler og dens retning bestemmes med en vindskovl.

Da vind produceres af forskelle i lufttryk, er det vigtigt at forstå dette koncept, også når man studerer vind. Lufttryk dannes af bevægelsen, størrelsen og antallet af gasmolekyler, der findes i luften. Dette varierer afhængigt af luftmassens temperatur og densitet.

I 1643 udviklede Evangelista Torricelli, en studerende ved Galileo, kviksølvbarometeret til at måle lufttryk efter at have studeret vand og pumper i minedrift. Ved hjælp af lignende instrumenter i dag er videnskabsmænd i stand til at måle normalt havniveautryk på ca. 1013,2 millibar (kraft pr. Kvadratmeter overfladeareal).

I atmosfæren er der flere kræfter, der påvirker vindens hastighed og retning. Men det vigtigste er Jordens tyngdekraft. Når tyngdekraften komprimerer Jordens atmosfære, skaber det lufttryk - vindkraftens drivende kraft. Uden tyngdekraft ville der ikke være nogen atmosfære eller lufttryk og dermed ingen vind.

Kraften, der faktisk er ansvarlig for at forårsage luftbevægelse, er imidlertid trykgradientkraften. Forskelle i lufttryk og trykgradientkraft er forårsaget af den ulige opvarmning af jordoverfladen, når den kommer ind solstråling koncentreres ved ækvator. På grund af for eksempel energioverskuddet på lave breddegrader er luften der varmere end ved polerne. Varm luft er mindre tæt og har et lavere barometrisk tryk end den kolde luft på høje breddegrader. Disse forskelle i barometrisk tryk er det, der skaber trykgradientkraften og vinden, når luften konstant bevæger sig mellem områder med høj og lavt tryk.

For at vise vindhastigheder afsættes trykgradienten på vejrkort ved hjælp af isobarer kortlagt mellem områder med højt og lavt tryk. Barer med afstand fra hinanden repræsenterer en gradvis trykgradient og let vind. De tættere sammen viser en stejl trykgradient og stærk vind.

Endelig Coriolis kraft og friktion påvirker begge markant vinden over hele kloden. Det Coriolis kraft får vinden til at aflede fra sin lige vej mellem områder med højt og lavt tryk, og friktionskraften bremser vinden, når den bevæger sig over jordens overflade.

I atmosfæren er der forskellige niveauer af luftcirkulation. De i midten og øvre troposfæren er en vigtig del af hele atmosfærens luftcirkulation. For at kortlægge disse cirkulationsmønstre bruger de øvre lufttrykskort 500 millibar (mb) som referencepunkt. Dette betyder, at højden over havets overflade kun er afbildet i områder med et lufttrykniveau på 500 mb. F.eks. Kunne over et hav på 500 mb være 18.000 fod i atmosfæren, men over land kan det være 19.000 fod. I modsætning hertil kortlægger overfladeværter trykforskelle baseret på en fast højde, normalt havniveau.

500 mb-niveauet er vigtigt for vinde, fordi meteorologer kan analysere vejrforhold ved jordoverfladen ved at analysere vinder på øverste niveau. Ofte genererer disse øverste vinde vejr- og vindmønstre på overfladen.

To vindmønstre på øverste niveau, der er vigtige for meteorologer, er Rossby-bølger og jetstrøm. Rossby-bølger er betydningsfulde, fordi de bringer kold luft syd og varm luft nord, hvilket skaber en forskel i lufttryk og vind. Disse bølger udvikler sig langs jetstrømmen.

Ud over de globale vindmønstre på lavt og øverste niveau er der forskellige typer lokale vinde verden over. Land-havbriser, der forekommer på de fleste kystlinjer, er et eksempel. Disse vinder er forårsaget af temperatur- og densitetsforskelle i luft over land mod vand, men er begrænset til kyststeder.

Bjerge i bjergdalen er et andet lokaliseret vindmønster. Disse vinder er forårsaget, når bjergluften afkøles hurtigt om natten og strømmer ned i dale. Derudover vinder dalluften hurtigt varme om dagen, og den stiger op ad skråningen og skaber eftermiddagsbrise.

Nogle andre eksempler på lokale vinde inkluderer det sydlige Californiens varme og tørre Santa Ana-vinde, den kolde og tørre mistralvind Frankrikes Rhône-dal, den meget kolde, normalt tørre boravind på Adriaterhavets østkyst og Chinook-vindene i nord Amerika.

Vind kan også forekomme i stor regional skala. Et eksempel på denne type vind ville være katabatiske vinde. Dette er vinde forårsaget af tyngdekraften og kaldes undertiden dræningsvinde, fordi de dræner ned i en dal eller hældning, når tæt, kold luft i store højder flyder ned ad bakke af tyngdekraften. Disse vinde er normalt stærkere end bjergdalvind og forekommer over større områder såsom et plateau eller højland. Eksempler på katabatiske vinde er dem, der blæser ud af Antarktis og Grønlands store isark.

Det sæsonbestemte skift monsoonal vinde fundet over Sydøstasien, Indonesien, Indien, det nordlige Australien og det ækvatoriale Afrika er et andet eksempel på regionale vinde, fordi de er begrænset til den større region i troperne i modsætning til bare Indien for eksempel.

Uanset om vind er lokal, regional eller global, er de en vigtig komponent i den atmosfæriske cirkulation og spiller en vigtig rolle i menneskeliv på Jorden, da deres strøm gennem store områder er i stand til at bevæge vejr, forurenende stoffer og andre luftbårne genstande over hele verden.