Winden en de drukgradiëntkracht

Wind is de beweging van lucht over het aardoppervlak en wordt geproduceerd door verschillen in luchtdruk tussen de ene plaats en de andere. Windsterkte kan variëren van een lichte bries tot orkaankracht en wordt gemeten met de Beaufort Wind Scale.

Winden worden genoemd vanuit de richting waaruit ze afkomstig zijn. Een westenwind is bijvoorbeeld een wind die uit het westen komt en naar het oosten waait. Windsnelheid wordt gemeten met een windmeter en de richting ervan wordt bepaald met een windvaan.

Omdat wind wordt geproduceerd door verschillen in luchtdruk, is het belangrijk om dat concept te begrijpen bij het bestuderen van wind. Luchtdruk wordt gecreëerd door de beweging, de grootte en het aantal aanwezige gasmoleculen in de lucht. Dit varieert op basis van de temperatuur en dichtheid van de luchtmassa.

In 1643 ontwikkelde Evangelista Torricelli, een student van Galileo, de kwikbarometer om de luchtdruk te meten na het bestuderen van water en pompen in mijnbouwactiviteiten. Met soortgelijke instrumenten kunnen wetenschappers vandaag de normale luchtdruk op zeeniveau meten met ongeveer 1013,2 millibar (kracht per vierkante meter oppervlakte).

De drukgradiëntkracht en andere effecten op wind

In de atmosfeer zijn er verschillende krachten die de snelheid en richting van de wind beïnvloeden. Het belangrijkste is echter de zwaartekracht van de aarde. Terwijl de zwaartekracht de aardatmosfeer comprimeert, creëert het luchtdruk - de drijvende kracht van wind. Zonder zwaartekracht zou er geen atmosfeer of luchtdruk zijn en dus geen wind.

De kracht die eigenlijk verantwoordelijk is voor het veroorzaken van de beweging van lucht is echter de drukgradiëntkracht. Verschillen in luchtdruk en de drukgradiëntkracht worden veroorzaakt door de ongelijke verwarming van het aardoppervlak wanneer binnenkomende zonnestraling zich concentreert op de evenaar. Vanwege het energieoverschot op lage breedtegraden bijvoorbeeld, is de lucht daar warmer dan die op de polen. Warme lucht is minder dicht en heeft een lagere luchtdruk dan de koude lucht op grote breedtegraden. Deze verschillen in barometrische druk creëren de drukgradiëntkracht en wind terwijl lucht constant beweegt tussen gebieden met hoge en lage druk.

Om windsnelheden weer te geven, wordt de drukgradiënt uitgezet op weerkaarten met isobaren die tussen gebieden met hoge en lage druk zijn afgebeeld. Staven op afstand van elkaar vertegenwoordigen een geleidelijke drukgradiënt en lichte wind. Die dichter bij elkaar vertonen een steile drukgradiënt en sterke wind.

Ten slotte beïnvloeden de Coriolis-kracht en -wrijving beide de wind over de hele wereld aanzienlijk. De Coriolis-kracht laat de wind afbuigen van zijn rechte pad tussen gebieden met hoge en lage druk en de wrijvingskracht vertraagt ​​de wind terwijl deze over het aardoppervlak reist.

Upper Level Winds

In de atmosfeer zijn er verschillende niveaus van luchtcirculatie. Die in de middelste en bovenste troposfeer zijn echter een belangrijk onderdeel van de luchtcirculatie van de hele atmosfeer. Om deze circulatiepatronen in kaart te brengen, gebruikt u kaarten van de bovenste luchtdruk 500 millibar (mb) als referentiepunt. Dit betekent dat de hoogte boven zeeniveau alleen wordt uitgezet in gebieden met een luchtdrukniveau van 500 mb. Meer dan een oceaan van 500 mb kan bijvoorbeeld 18.000 voet in de atmosfeer zijn, maar boven land kan het 19.000 voet zijn. Oppervlakteweerkaarten daarentegen plotten drukverschillen op een vaste hoogte, meestal zeeniveau.

Het niveau van 500 mb is belangrijk voor winden, omdat meteorologen door het analyseren van winden op het hoogste niveau meer kunnen leren over weersomstandigheden aan het aardoppervlak. Vaak genereren deze bovenste winden het weer en windpatronen aan de oppervlakte.

Twee windpatronen op het hoogste niveau die belangrijk zijn voor meteorologen zijn Rossby-golven en de jetstream. Rossby-golven zijn belangrijk omdat ze koude lucht naar het zuiden brengen en warme lucht naar het noorden, waardoor een verschil in luchtdruk en wind ontstaat. Deze golven ontwikkelen zich langs de jetstream.

Lokale en regionale winden

Naast de wereldwijde windpatronen op laag en hoger niveau, zijn er verschillende soorten lokale winden over de hele wereld. Land-zeebries die voorkomen op de meeste kustlijnen zijn een voorbeeld. Deze winden worden veroorzaakt door de temperatuur- en dichtheidsverschillen van lucht over land versus water maar zijn beperkt tot kustlocaties.

Berg-wind briesjes zijn een ander gelokaliseerd windpatroon. Deze winden worden veroorzaakt wanneer berglucht 's nachts snel afkoelt en in valleien stroomt. Bovendien wordt de daglucht in de vallei snel warm en stijgt deze omhoog voor een briesje in de middag.

Enkele andere voorbeelden van lokale winden zijn de warme en droge Santa Ana Winds in Zuid-Californië, de koude en droge mistralwind van het Rhônedal in Frankrijk, de zeer koude, meestal droge bora-wind aan de oostkust van de Adriatische Zee en de Chinook-winden in het noorden Amerika.

Winden kunnen ook op grote regionale schaal voorkomen. Een voorbeeld van dit type wind zou katabatische wind zijn. Dit zijn winden die worden veroorzaakt door de zwaartekracht en worden soms drainagewinden genoemd omdat ze door een vallei of helling naar beneden stromen wanneer dichte, koude lucht op grote hoogte bergafwaarts stroomt door de zwaartekracht. Deze winden zijn meestal sterker dan die van de bergvallei en komen voor in grotere gebieden zoals een plateau of hoogland. Voorbeelden van katabatische winden zijn die van Antarctica en de uitgestrekte ijskappen van Groenland.