Vėjai ir slėgio gradiento jėga

Oro slėgio skirtumai sukelia vėjus

Tetra Images – Erik Isakson/ Brand X Pictures/ Getty Images

Vėjas yra oro judėjimas per Žemės paviršių, kurį sukelia oro slėgio skirtumai vienoje vietoje. Vėjo stiprumas gali svyruoti nuo lengvo vėjelio iki uragano jėgos ir matuojamas su Boforto vėjo svarstyklės .

Vėjai pavadinti pagal kryptį, iš kurios jie kyla. Pavyzdžiui, vakarų kryptis yra vėjas, kylantis iš vakarų ir pučiantis į rytus. Vėjo greitis yra matuojamas su anemometras o jo kryptis nustatoma vėjarode.

Kadangi vėją sukelia oro slėgio skirtumai, svarbu suprasti šią sąvoką ir tiriant vėją. Oro slėgį sukuria ore esančių dujų molekulių judėjimas, dydis ir skaičius. Tai skiriasi priklausomai nuo oro masės temperatūros ir tankio.

1643 m. Evangelista Torricelli, Galilėjaus mokinys, sukūrė gyvsidabrio barometrą matuoti. oro slėgis ištyręs vandens ir siurblių kasybos darbus. Naudodami panašius prietaisus šiandien mokslininkai gali išmatuoti įprastą jūros lygio slėgį maždaug 1013,2 milibarų (jėga vienam paviršiaus ploto kvadratiniam metrui).

Slėgio gradiento jėga ir kiti vėjo poveikiai

Atmosferoje yra keletas jėgų, kurios veikia vėjo greitį ir kryptį. Tačiau svarbiausia yra Žemės traukos jėga. Kadangi gravitacija suspaudžia Žemės atmosferą, ji sukuria oro slėgį – vėjo varomąją jėgą. Be gravitacijos nebūtų nei atmosferos, nei oro slėgio, taigi ir vėjo.

Tačiau jėga, iš tikrųjų atsakinga už oro judėjimą, yra slėgio gradiento jėga. Oro slėgio skirtumus ir slėgio gradiento jėgą sukelia nevienodas Žemės paviršiaus įkaitimas saulės radiacija koncentruojasi ties pusiauju. Pavyzdžiui, dėl energijos pertekliaus žemose platumose oras ten yra šiltesnis nei ašigalių. Šiltas oras yra mažiau tankus ir jo barometrinis slėgis yra mažesnis nei šalto oro didelėse platumose. Šie barometrinio slėgio skirtumai sukuria slėgio gradiento jėgą ir vėją, kai oras nuolat juda tarp aukšto ir žemas spaudimas .

Norint parodyti vėjo greitį, slėgio gradientas atvaizduojamas orų žemėlapiuose naudojant kartografuoti izobarai tarp aukšto ir žemo slėgio zonų. Toli vienas nuo kito išdėstyti strypai rodo laipsnišką slėgio gradientą ir silpną vėją. Tie, kurie yra arčiau vienas kito, rodo staigų slėgio gradientą ir stiprų vėją.

Galiausiai, Koriolio jėga ir trintis daro didelę įtaką vėjui visame pasaulyje. The Koriolio jėga verčia vėją nukrypti nuo tiesaus kelio tarp aukšto ir žemo slėgio zonų, o trinties jėga sulėtina vėją, jam keliaujant Žemės paviršiumi.

Viršutinio lygio vėjai

Atmosferoje yra skirtingi oro cirkuliacijos lygiai. Tačiau tie, kurie yra viduryje ir viršuje troposfera yra svarbi visos atmosferos oro cirkuliacijos dalis. Norėdami nustatyti šiuos cirkuliacijos modelius, viršutinio oro slėgio žemėlapiuose kaip atskaitos tašką naudokite 500 milibarų (mb). Tai reiškia, kad aukštis virš jūros lygio brėžiamas tik tose srityse, kuriose oro slėgio lygis yra 500 mb. Pavyzdžiui, virš vandenyno 500 mb atmosferoje gali būti 18 000 pėdų, o virš sausumos – 19 000 pėdų. Priešingai, paviršiaus orų žemėlapiai vaizduoja slėgio skirtumus pagal fiksuotą aukštį, paprastai jūros lygį.

500 mb lygis yra svarbus vėjams, nes analizuodami aukštesnio lygio vėjus meteorologai gali daugiau sužinoti apie oro sąlygas Žemės paviršiuje. Dažnai šie viršutinio lygio vėjai sukuria orą ir vėjo modelius paviršiuje.

Du meteorologams svarbūs viršutinio lygio vėjo modeliai yra Rossby bangos ir reaktyvinis srautas . Rossby bangos yra reikšmingos, nes jos atneša šaltą orą į pietus ir šiltą orą į šiaurę, sukurdamos oro slėgio ir vėjo skirtumą. Šios bangos vystosi palei reaktyvinį srautą .

Vietiniai ir regioniniai vėjai

Be žemo ir aukštesnio lygio pasaulinių vėjų modelių, visame pasaulyje yra įvairių vietinių vėjų tipų. Vienas iš pavyzdžių yra sausumos ir jūros vėjai, atsirandantys daugelyje pakrančių. Šiuos vėjus sukelia oro temperatūros ir tankio skirtumai virš sausumos ir vandens, tačiau jie apsiriboja pakrantės vietomis.

Kalnų ir slėnių vėjai yra dar vienas lokalizuotas vėjo modelis. Šie vėjai kyla, kai kalnų oras naktį greitai atšąla ir nuteka į slėnius. Be to, slėnio oras dienos metu greitai įkaista ir pakyla į viršų, sukeldamas popietės vėją.

Kai kurie kiti vietinių vėjų pavyzdžiai yra Pietų Kalifornijos šilti ir sausi Santa Anos vėjai, šaltas ir sausas Prancūzijos Ronos slėnio mistralinis vėjas, labai šaltas, paprastai sausas bora vėjas rytinėje Adrijos jūros pakrantėje ir Chinook vėjas šiaurėje. Amerika.

Vėjai taip pat gali kilti dideliu regioniniu mastu. Vienas iš šio tipo vėjų pavyzdžių būtų katabatinis vėjas. Tai yra gravitacijos sukeliami vėjai ir kartais vadinami drenažo vėjais, nes jie nuteka slėniu ar šlaitu, kai tankus, šaltas oras dideliame aukštyje dėl gravitacijos teka žemyn. Šie vėjai paprastai yra stipresni už kalnų ir slėnių vėjus ir kyla didesniuose plotuose, pavyzdžiui, plynaukštėse ar aukštumose. Katabatinių vėjų pavyzdžiai yra tie, kurie pučia nuo Antarktidos ir didžiulių Grenlandijos ledo sluoksnių.

Sezoninis pasikeitimas musoniniai vėjai aptinkami Pietryčių Azijoje, Indonezijoje, Indijoje, šiaurinėje Australijoje ir pusiaujo Afrikoje yra dar vienas regioninių vėjų pavyzdys, nes jie apsiriboja didesniu tropikų regionu, o ne, pavyzdžiui, tik Indijoje.

Nesvarbu, ar vėjai yra vietiniai, regioniniai ar globalūs, jie yra svarbi atmosferos cirkuliacijos sudedamoji dalis ir vaidina svarbų vaidmenį žmonių gyvenime Žemėje, nes jų srautas didžiuliuose plotuose gali perkelti orą, teršalus ir kitus ore esančius daiktus visame pasaulyje.