Vēji un spiediena gradienta spēks

Gaisa spiediena atšķirības izraisa vējus

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

Vējš ir gaisa kustība pa Zemes virsmu, un to rada gaisa spiediena atšķirības starp vienu vietu uz otru. Vēja stiprums var atšķirties no viegla vēja līdz viesuļvētras spēkam, un to mēra ar Boforta vēja skala .

Vēji ir nosaukti pēc virziena, no kura tie nāk. Piemēram, rietumu vējš ir vējš, kas nāk no rietumiem un pūš uz austrumiem. Vēja ātrums tiek mērīts ar anemometrs un tā virzienu nosaka ar vējrādītāju.

Tā kā vēju rada gaisa spiediena atšķirības, ir svarīgi saprast šo jēdzienu arī pētot vēju. Gaisa spiedienu rada gaisā esošo gāzu molekulu kustība, izmērs un skaits. Tas mainās atkarībā no gaisa masas temperatūras un blīvuma.

1643. gadā Evangelista Torricelli, Galileo students, izstrādāja dzīvsudraba barometru, lai mērītu. gaisa spiediens pēc ūdens un sūkņu izpētes kalnrūpniecībā. Izmantojot līdzīgus instrumentus mūsdienās, zinātnieki spēj izmērīt normālu jūras līmeņa spiedienu aptuveni 1013,2 milibaros (spēks uz virsmas laukuma kvadrātmetru).

Spiediena gradienta spēks un cita ietekme uz vēju

Atmosfērā ir vairāki spēki, kas ietekmē vēja ātrumu un virzienu. Tomēr vissvarīgākais ir Zemes gravitācijas spēks. Tā kā gravitācija saspiež Zemes atmosfēru, tā rada gaisa spiedienu - vēja virzītājspēku. Bez gravitācijas nebūtu atmosfēras vai gaisa spiediena un līdz ar to arī vēja.

Tomēr spēks, kas faktiski ir atbildīgs par gaisa kustības izraisīšanu, ir spiediena gradienta spēks. Atšķirības gaisa spiedienā un spiediena gradienta spēkā izraisa nevienmērīga Zemes virsmas sasilšana, ieplūstot saules radiācija koncentrējas pie ekvatora. Tā kā, piemēram, zemos platuma grādos ir enerģijas pārpalikums, gaiss tur ir siltāks nekā polos. Siltais gaiss ir mazāk blīvs, un tam ir zemāks barometriskais spiediens nekā aukstam gaisam augstos platuma grādos. Šīs barometriskā spiediena atšķirības rada spiediena gradienta spēku un vēju, gaisam nepārtraukti pārvietojoties starp apgabaliem ar augstu un zems spiediens .

Lai parādītu vēja ātrumu, spiediena gradients tiek attēlots laika kartēs, izmantojot izobāri kartēti starp augsta un zema spiediena zonām. Stieņi, kas atrodas tālu viens no otra, attēlo pakāpenisku spiediena gradientu un vieglu vēju. Tie, kas atrodas tuvāk kopā, uzrāda strauju spiediena gradientu un spēcīgu vēju.

Visbeidzot, Koriolisa spēks un berze būtiski ietekmē vēju visā pasaulē. The Koriolisa spēks liek vējam novirzīties no tā taisnā ceļa starp augsta un zema spiediena zonām, un berzes spēks palēnina vēju, virzoties pa Zemes virsmu.

Augstākā līmeņa vēji

Atmosfērā ir dažādi gaisa cirkulācijas līmeņi. Tomēr tie, kas atrodas vidū un augšdaļā troposfēra ir svarīga visas atmosfēras gaisa cirkulācijas sastāvdaļa. Lai kartētu šos cirkulācijas modeļus, augšējā gaisa spiediena kartēs izmanto 500 milibārus (mb) kā atskaites punktu. Tas nozīmē, ka augstums virs jūras līmeņa tiek attēlots tikai apgabalos ar gaisa spiediena līmeni 500 mb. Piemēram, virs okeāna 500 mb varētu būt 18 000 pēdu attālumā atmosfērā, bet virs sauszemes — 19 000 pēdu. Turpretim virszemes laikapstākļu kartēs ir attēlotas spiediena atšķirības, pamatojoties uz fiksētu augstumu, parasti jūras līmenī.

500 mb līmenis ir svarīgs vējiem, jo, analizējot augstākā līmeņa vējus, meteorologi var uzzināt vairāk par laika apstākļiem uz Zemes virsmas. Bieži vien šie augšējā līmeņa vēji rada laika apstākļus un vēja modeļus uz virsmas.

Divi augstākā līmeņa vēja modeļi, kas ir svarīgi meteorologiem, ir Rossby viļņi un strūklas . Rossby viļņi ir nozīmīgi, jo tie ienes aukstu gaisu uz dienvidiem un siltu gaisu uz ziemeļiem, radot gaisa spiediena un vēja atšķirību. Šie viļņi attīstās pa strūklas straumi .

Vietējie un reģionālie vēji

Papildus zema un augstākā līmeņa globālajiem vēja modeļiem visā pasaulē ir dažādi lokālie vēji. Viens piemērs ir sauszemes un jūras vēsmas, kas rodas lielākajā daļā piekrastes līniju. Šos vējus izraisa gaisa temperatūras un blīvuma atšķirības virs zemes un ūdens, bet tie ir tikai piekrastes vietās.

Kalnu un ieleju vēsmas ir vēl viens lokalizēts vēja modelis. Šie vēji rodas, kad kalnu gaiss naktī ātri atdziest un ieplūst ielejās. Turklāt ielejas gaiss dienas laikā strauji uzkarst un paceļas augšup, radot pēcpusdienas vēsmas.

Daži citi vietējo vēju piemēri ir Dienvidkalifornijas siltie un sausie Santa Ana vēji, aukstais un sausais mistrālais vējš Francijas Ronas ielejā, ļoti aukstais, parasti sausais bora vējš Adrijas jūras austrumu krastā un Chinook vēji ziemeļos. Amerika.

Vēji var būt arī plašā reģionālā mērogā. Viens šāda veida vēja piemērs būtu katabātiskais vējš. Tie ir gravitācijas izraisīti vēji, kurus dažreiz sauc par drenāžas vējiem, jo ​​tie noplūst pa ieleju vai nogāzi, kad blīvs, auksts gaiss augstumā gravitācijas ietekmē plūst lejup. Šie vēji parasti ir stiprāki par kalnu ieleju vēsmām un notiek lielākās teritorijās, piemēram, plato vai augstienē. Katabātisku vēju piemēri ir tie, kas pūš no Antarktīdas un Grenlandes plašajām ledus loksnēm.

Sezonas maiņa musonu vēji Dienvidaustrumāzijā, Indonēzijā, Indijā, Austrālijas ziemeļdaļā un ekvatoriālajā Āfrikā ir vēl viens reģionālo vēju piemērs, jo tie ir ierobežoti ar lielāko tropu reģionu, nevis, piemēram, tikai Indiju.

Neatkarīgi no tā, vai vēji ir lokāli, reģionāli vai globāli, tie ir svarīga atmosfēras cirkulācijas sastāvdaļa un tiem ir svarīga loma cilvēku dzīvē uz Zemes, jo to plūsma plašās teritorijās spēj pārvietot laikapstākļus, piesārņotājus un citus gaisā esošus priekšmetus visā pasaulē.