Vēji un spiediena gradienta spēks

Vējš ir gaisa kustība pa Zemes virsmu, un to rada gaisa spiediena atšķirības no vienas vietas uz otru. Vēja stiprums var mainīties no vieglas vēsmas līdz viesuļvētras spēkam, un to mēra ar Boforta vēja skala.

Vēji tiek nosaukti no virziena, no kura tie rodas. Piemēram, rietumu ir vējš, kas nāk no rietumiem un pūš austrumu virzienā. Vēja ātrums mēra ar anemometrs un tā virzienu nosaka ar vēja lāpstiņu.

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

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

Atmosfērā ir vairāki spēki, kas ietekmē vēja ātrumu un virzienu. Tomēr vissvarīgākais ir Zemes gravitācijas spēks. Kad gravitācija saspiež Zemes atmosfēru, tas rada gaisa spiedienu - vēja virzošo spēku. Bez gravitācijas nebūtu atmosfēras vai gaisa spiediena, tātad arī bez vēja.

Spēks, kas faktiski ir atbildīgs par gaisa kustības izraisīšanu, ir spiediena gradienta spēks. Gaisa spiediena atšķirības un spiediena gradienta spēku izraisa nevienmērīga Zemes virsmas sasilšana, ieejot saules radiācija koncentrējas pie ekvatora. Piemēram, enerģijas pārpalikuma dēļ zemos platuma grādos tur gaiss ir siltāks nekā pie poliem. Siltais gaiss ir mazāk blīvs un tam ir zemāks barometriskais spiediens nekā aukstajam gaisam augstos platuma grādos. Šīs barometra spiediena atšķirības rada spiediena gradienta spēku un vēju, gaisam nemitīgi pārvietojoties starp augstiem un zemākiem apgabaliem zems spiediens.

Lai parādītu vēja ātrumu, spiediena gradients tiek attēlots laika kartēs, izmantojot izobars kartēts starp augsta un zema spiediena apgabaliem. Stieņi, kas atrodas tālu viens no otra, attēlo pakāpenisku spiediena gradientu un vieglu vēju. Tuvāk esošie rāda strauju spiediena gradientu un stipru vēju.

Visbeidzot Koriolisa spēks un berze gan būtiski ietekmē vēju visā pasaulē. Koriolisa spēks liek vējam novirzīties no taisnā ceļa starp augsta un zema spiediena apgabaliem, un berzes spēks bremzē vēju, virzoties pa Zemes virsmu.

Atmosfērā ir dažādi gaisa cirkulācijas līmeņi. Tomēr tie, kas atrodas vidējā un augšējā daļā troposfēra ir svarīga atmosfēras gaisa cirkulācijas sastāvdaļa. Lai kartētu šos cirkulācijas modeļus, augšējā gaisa spiediena kartes kā atskaites punktu izmanto 500 milibārus (mb). Tas nozīmē, ka augstums virs jūras līmeņa tiek attēlots tikai tajos apgabalos, kur gaisa spiediena līmenis ir 500 mb. Piemēram, virs okeāna 500 mb atmosfērā varētu būt 18 000 pēdas, bet virs zemes tas varētu būt 19 000 pēdas. Turpretī virszemes laika kartes attēlo spiediena atšķirības, pamatojoties uz fiksētu augstumu, parasti jūras līmeni.

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

Divi meteorologiem svarīgi augšējā līmeņa vēja modeļi ir Rosbija viļņi un strūklas. Rossbija viļņi ir nozīmīgi, jo tie ienes aukstu gaisu uz dienvidiem un siltu gaisu uz ziemeļiem, radot gaisa spiediena un vēja atšķirības. Šie viļņi attīstās gar strūklas straumi.

Papildus zemā un augšējā līmeņa globālajam vēja modelim visā pasaulē ir arī dažādi vietējā vēja veidi. Zemes un jūras vēsmas, kas sastopamas lielākajā piekrastes joslā, ir viens no piemēriem. Šos vējus izraisa gaisa temperatūras un blīvuma atšķirības virs sauszemes salīdzinājumā ar ūdeni, bet tie ir tikai piekrastes vietās.

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

Daži citi vietējo vēju piemēri ietver Dienvidkalifornijas silto un sauso Santa Ana Winds, auksto un sauso ziemeļu vēju Francijas Ronas ielejā, ļoti aukstais, parasti sausais boras vējš Adrijas jūras austrumu krastā un Chinook vējš ziemeļdaļā Amerika.

Vēji var rasties arī lielā reģionālajā mērogā. Viens šāda veida vēja piemērs ir katabātiskie vēji. Tie ir gravitācijas radītie vēji, un tos dažreiz sauc par drenāžas vējiem, jo ​​tie nolej ieleju vai nogāzi, kad blīvs, auksts gaiss lielos augstumos plūst lejup pa kalnu. Šie vēji parasti ir stiprāki nekā kalnu ieleju vēsmas un notiek lielākos apgabalos, piemēram, plato vai augstienē. Katabātisko vēju piemēri ir tie, kas pūš no Antarktīdas un Grenlandes plašajām ledus lapām.

Sezonas maiņa musonu vēji ir atrodami Dienvidaustrumu Āzijā, Indonēzijā, Indijā, Austrālijas ziemeļdaļā un ekvatoriālajā Āfrikā reģionālie vēji, jo tie aprobežojas ar lielāku tropu reģionu pretstatā tikai Indijai piemērs.

Neatkarīgi no tā, vai vēji ir vietējie, reģionālie vai globālie, tie ir svarīgs atmosfēras cirkulācijas elements un tiem ir liela loma cilvēku dzīvē uz Zemes, jo to plūsma plašajās teritorijās spēj pārvietot laika apstākļus, piesārņotājus un citus gaisā esošus priekšmetus visā pasaulē.