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. De windsterkte kan variëren van een lichte bries tot orkaankracht en wordt gemeten met de Beaufort windschaal.

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 anemometer 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 te meten luchtdruk na het bestuderen van water en pompen in mijnbouwactiviteiten. Met soortgelijke instrumenten zijn wetenschappers tegenwoordig in staat om de normale luchtdruk op zeeniveau te meten bij ongeveer 1013,2 millibar (kracht per vierkante meter oppervlakte).

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 atmosfeer van de aarde 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 bij binnenkomst zonnestraling concentreert zich 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 een hoge en lage druk.

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

eindelijk, de Coriolis-kracht en wrijving beïnvloeden beide de wind over de hele wereld aanzienlijk. De Coriolis-kracht zorgt ervoor dat de wind van zijn rechte pad tussen gebieden met hoge en lage druk afbuigt en de wrijvingskracht de wind vertraagt ​​terwijl deze over het aardoppervlak reist.

In de atmosfeer zijn er verschillende niveaus van luchtcirculatie. Die in het midden en boven troposfeer zijn een belangrijk onderdeel van de luchtcirculatie van de hele atmosfeer. Gebruik voor het in kaart brengen van deze circulatiepatronen de 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 de 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 jet stream. 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.

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 De Rhône-vallei van Frankrijk, de zeer koude, meestal droge bora-wind aan de oostkust van de Adriatische Zee, en de Chinook-wind 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 enorme ijskappen van Groenland.

Het seizoensverschuivende moessonwinden gevonden in Zuidoost-Azië, Indonesië, India, Noord-Australië en Equatoriaal Afrika zijn een ander voorbeeld van regionale winden omdat ze zich beperken tot de grotere regio van de tropen, in tegenstelling tot alleen India voor voorbeeld.

Of de wind nu lokaal, regionaal of wereldwijd is, ze zijn een belangrijk onderdeel van de luchtcirculatie en spelen een belangrijke rol in het menselijk leven op aarde, omdat hun stroom door uitgestrekte gebieden in staat is om weer, vervuilende stoffen en andere items in de lucht wereldwijd te verplaatsen.