Winde und die Druckgradientenkraft

Wind ist die Bewegung von Luft über die Erdoberfläche und wird durch Luftdruckunterschiede zwischen Orten erzeugt. Die Windstärke kann von einer leichten Brise bis zur Hurrikanstärke variieren und wird mit dem gemessen Beaufort Windwaage.

Winde werden nach der Richtung benannt, aus der sie stammen. Zum Beispiel ist ein Westwind ein Wind, der aus dem Westen kommt und nach Osten weht. Windgeschwindigkeit wird mit einem gemessen Windmesser und seine Richtung wird mit einer Windfahne bestimmt.

Da Wind durch Luftdruckunterschiede erzeugt wird, ist es wichtig, dieses Konzept auch bei der Untersuchung des Windes zu verstehen. Der Luftdruck wird durch die Bewegung, Größe und Anzahl der in der Luft vorhandenen Gasmoleküle erzeugt. Dies hängt von der Temperatur und Dichte der Luftmasse ab.

1643 entwickelte Evangelista Torricelli, ein Schüler von Galileo, das Quecksilberbarometer nach Maß Luftdruck nach dem Studium von Wasser und Pumpen im Bergbau. Mit ähnlichen Instrumenten können Wissenschaftler heute den normalen Meeresspiegeldruck bei etwa 1013,2 Millibar (Kraft pro Quadratmeter Oberfläche) messen.

Innerhalb der Atmosphäre gibt es verschiedene Kräfte, die die Geschwindigkeit und Richtung der Winde beeinflussen. Das wichtigste ist jedoch die Gravitationskraft der Erde. Wenn die Schwerkraft die Erdatmosphäre komprimiert, erzeugt sie Luftdruck - die treibende Kraft des Windes. Ohne Schwerkraft gäbe es keine Atmosphäre oder Luftdruck und somit keinen Wind.

Die Kraft, die tatsächlich für die Bewegung der Luft verantwortlich ist, ist die Druckgradientenkraft. Unterschiede im Luftdruck und in der Druckgradientenkraft werden durch die ungleiche Erwärmung der Erdoberfläche beim Eintreffen verursacht Sonnenstrahlung konzentriert sich am Äquator. Beispielsweise ist die Luft dort aufgrund des Energieüberschusses in niedrigen Breiten wärmer als an den Polen. Warme Luft ist weniger dicht und hat einen niedrigeren Luftdruck als kalte Luft in hohen Breiten. Diese Unterschiede im Luftdruck erzeugen die Druckgradientenkraft und den Wind, wenn sich die Luft ständig zwischen Bereichen mit hohem und hohem Luftdruck bewegt niedriger Druck.

Um Windgeschwindigkeiten anzuzeigen, wird der Druckgradient mit auf Wetterkarten aufgezeichnet Isobaren abgebildet zwischen Bereichen mit hohem und niedrigem Druck. Weit voneinander entfernte Balken repräsentieren einen allmählichen Druckgradienten und leichte Winde. Diejenigen, die näher beieinander liegen, zeigen ein steiles Druckgefälle und starke Winde.

Endlich, das Corioliskraft und Reibung beeinflussen den Wind auf der ganzen Welt erheblich. Das Corioliskraft Lenkt den Wind von seinem geraden Weg zwischen Hoch- und Niederdruckgebieten ab und die Reibungskraft verlangsamt den Wind, wenn er sich über die Erdoberfläche bewegt.

Innerhalb der Atmosphäre gibt es unterschiedliche Luftzirkulationsniveaus. Allerdings die in der Mitte und oben Troposphäre sind ein wichtiger Teil der Luftzirkulation der gesamten Atmosphäre. Um diese Zirkulationsmuster abzubilden, verwenden die oberen Luftdruckkarten 500 Millibar (mb) als Referenzpunkt. Dies bedeutet, dass die Höhe über dem Meeresspiegel nur in Gebieten mit einem Luftdruck von 500 mb aufgezeichnet wird. Zum Beispiel könnte über einem Ozean 500 mb 18.000 Fuß in die Atmosphäre sein, aber über Land könnten es 19.000 Fuß sein. Im Gegensatz dazu zeichnen Oberflächenwetterkarten Druckunterschiede auf einer festen Höhe, normalerweise dem Meeresspiegel, auf.

Das Niveau von 500 MB ist wichtig für Winde, da Meteorologen durch die Analyse von Winden der oberen Ebene mehr über die Wetterbedingungen an der Erdoberfläche erfahren können. Häufig erzeugen diese Winde der oberen Ebene die Wetter- und Windmuster an der Oberfläche.

Zwei für Meteorologen wichtige Windmuster der oberen Ebene sind Rossby-Wellen und die Jet-Stream. Rossby-Wellen sind bedeutsam, weil sie kalte Luft nach Süden und warme Luft nach Norden bringen und einen Unterschied in Luftdruck und Wind erzeugen. Diese Wellen entwickeln sich entlang des Jetstreams.

Zusätzlich zu den globalen Windmustern auf niedriger und höherer Ebene gibt es weltweit verschiedene Arten lokaler Winde. Ein Beispiel ist die Land-See-Brise, die an den meisten Küsten auftritt. Diese Winde werden durch die Temperatur- und Dichteunterschiede zwischen Luft über Land und Wasser verursacht, sind jedoch auf Küstengebiete beschränkt.

Gebirgstalbrise sind ein weiteres lokalisiertes Windmuster. Diese Winde entstehen, wenn die Bergluft nachts schnell abkühlt und in Täler abfließt. Darüber hinaus gewinnt die Talluft tagsüber schnell an Wärme und steigt an, wodurch nachmittags eine Brise entsteht.

Einige andere Beispiele für lokale Winde sind Südkaliforniens warme und trockene Santa Ana Winde, der kalte und trockene Mistralwind von Frankreichs Rhône-Tal, der sehr kalte, normalerweise trockene Bora-Wind an der Ostküste der Adria und die Chinook-Winde im Norden Amerika.

Winde können auch in großem regionalen Maßstab auftreten. Ein Beispiel für diese Art von Wind wären katabatische Winde. Dies sind Winde, die durch die Schwerkraft verursacht werden und manchmal als Entwässerungswinde bezeichnet werden, da sie ein Tal oder einen Hang hinunterfließen, wenn dichte, kalte Luft in großen Höhen durch die Schwerkraft bergab strömt. Diese Winde sind normalerweise stärker als die Brise im Gebirgstal und treten in größeren Gebieten wie einem Plateau oder Hochland auf. Beispiele für katabatische Winde sind solche, die von der Antarktis und den riesigen Eisschildern Grönlands abblasen.

Die saisonale Verschiebung Monsunwinde Ein weiteres Beispiel dafür sind Südostasien, Indonesien, Indien, Nordaustralien und das äquatoriale Afrika regionale Winde, weil sie auf die größere Region der Tropen beschränkt sind, im Gegensatz zu nur Indien für Beispiel.

Unabhängig davon, ob es sich um lokale, regionale oder globale Winde handelt, sind sie ein wichtiger Bestandteil der atmosphärischen Zirkulation und spielen eine wichtige Rolle im menschlichen Leben auf der Erde, da ihr Fluss über weite Gebiete Wetter, Schadstoffe und andere in der Luft befindliche Gegenstände weltweit bewegen kann.