věda o Zemi

cíle lekce

• seznam vlastností proudů vzduchu v konvekční buňce.
• popište, jak vysokotlaké a nízkotlaké články vytvářejí lokální větry, a vysvětlete, jak se tvoří několik typů místních větrů.
• diskutujte o tom, jak globální konvekční buňky vedou ke globálním větrným pásům.

Slovní zásoba

• advekce
• Chinook větry (Fena větry)
• haboob
• vysoký tlak zóny
• proud
• katabatic větry
• země vánek
• nízké tlakové zóny
• monzun
• horský vánek
• polární fronta
• rainshadow efekt
• Santa Ana větry
• mořský vánek
• valley breeze

Úvod

několik základních zásad jít dlouhou cestu směrem k vysvětlení, jak a proč se pohybuje vzduch: Teplý vzduch stoupá vytváří nízké tlakové zóny na zemi. Vzduch z okolí je nasáván do prostoru zanechaného stoupajícím vzduchem. Vzduch proudí vodorovně v horní části troposféry; horizontální tok se nazývá advekce. Vzduch se ochladí, dokud neklesne. Tam, kde dosáhne země, vytvoří vysokotlakou zónu. Vzduch proudící z oblastí vysokého tlaku do nízkého tlaku vytváří vítr. Teplý vzduch může pojmout více vlhkosti než studený vzduch. Vzduch pohybující se na základnách tří hlavních konvekčních buněk v každé polokouli severně a jižně od rovníku vytváří globální větrné pásy.

tlak vzduchu a větry

uvnitř troposféry jsou konvekční buňky (obrázek níže).

vzduch, který se pohybuje vodorovně mezi zónami vysokého a nízkého tlaku, vytváří vítr. Čím větší je tlakový rozdíl mezi tlakovými zónami, tím rychleji se vítr pohybuje.

konvekce v atmosféře vytváří počasí planety. Když teplý vzduch stoupá a ochlazuje se v nízkotlaké zóně, nemusí být schopen pojmout veškerou vodu, kterou obsahuje, jako páru. Některé vodní páry mohou kondenzovat za vzniku mraků nebo srážek. Když klesá chladný vzduch, zahřeje se. Protože pak může držet více vlhkosti, sestupný vzduch odpaří vodu na zemi.

Air pohybující se mezi velké, vysoké a nízké tlakové systémy vytváří globální větrné pásy, které hluboce ovlivňují regionální klima. Menší tlakové systémy vytvářejí lokalizované větry, které ovlivňují počasí a klima místní oblasti.

online průvodce tlakem vzduchu a větry z University of Illinois naleznete zde: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

Lokální větry

Lokální větry jsou výsledkem pohybu vzduchu mezi malými nízkotlakými a vysokotlakými systémy. Vysokotlaké a nízkotlaké články jsou vytvářeny různými podmínkami. Některé místní větry mají velmi důležité účinky na počasí a klima některých regionů.

pozemní a mořský vánek

protože voda má velmi vysoké specifické teplo, udržuje svou teplotu dobře. Takže voda se ohřívá a ochlazuje pomaleji než země. Pokud je mezi hladinou moře (nebo velkým jezerem) a zemí vedle něj velký teplotní rozdíl, tvoří se oblasti vysokého a nízkého tlaku. To vytváří místní větry.

• mořský vánek fouká z chladnějšího oceánu přes teplejší zemi v létě (obrázek níže). Kde je vysokotlaká zóna a kde je nízkotlaká zóna? Mořský vánek ránu na asi 10 až 20 km (6 až 12 námořních mil) za hodinu a nižší teploty vzduchu 5 až 10°C (9 až 18°F).
• pozemní vánek v zimě fouká ze země do moře. Kde je vysokotlaká zóna a kde je nízkotlaká zóna? Nějaký teplejší vzduch z oceánu stoupá a poté klesá na zemi, což způsobuje, že se teplota nad zemí zahřeje.

pozemní a mořský vánek vytváří příjemné klima, pro které je jižní Kalifornie známá. Účinek pozemních a mořských vánků je pociťován pouze asi 50 až 100 km (30 až 60 mil) ve vnitrozemí. Stejný účinek chlazení a oteplování se vyskytuje v menší míře během dne a noci, protože země se ohřívá a ochlazuje rychleji než oceán.

Monzunové Větry

Monzunové větry jsou větším měřítku verze pevninská a mořská bríza; vyhodit z moře na pevninu v létě a od pevniny na moře v zimě. Monzunové větry se vyskytují tam, kde jsou velmi horké letní země vedle moře. Bouřky jsou běžné během monzunů (obrázek níže).

nejvýznamnější monzun na světě se každoročně vyskytuje nad Indickým subkontinentem. Více než dvě miliardy obyvatel Indie a jihovýchodní Asie jsou závislé na monzunových deštích pro svou pitnou a zavlažovací vodu. Zpět ve dnech plachetnic, sezónní posuny v monzunových větrech přepravovaly zboží tam a zpět mezi Indií a Afrikou.

horské a údolní vánek

teplotní rozdíly mezi horami a údolími vytvářejí horské a údolní vánek. Během dne je vzduch na horských svazích ohříván více než vzduch ve stejné nadmořské výšce nad přilehlým údolím. Jak den postupuje, teplý vzduch stoupá a čerpá chladný vzduch z údolí, vytváří údolní vánek. V noci se horské svahy ochlazují rychleji než nedaleké údolí, což způsobuje, že horský vánek proudí z kopce.

Katabatické větry

katabatické větry se pohybují nahoru a dolů, ale jsou to silnější horské a údolní vánek. Katabatické větry se tvoří na vysoké ploše, jako vysoká plošina. Náhorní plošina je obvykle obklopena téměř ze všech stran horami. V zimě plošina zchladne. Vzduch nad náhorní plošinou zchladne a klesá dolů z náhorní plošiny mezerami v horách. Rychlost větru závisí na rozdílu tlaku vzduchu nad náhorní plošinou a okolím. Katabatické větry se tvoří v mnoha kontinentálních oblastech. Extrémně chladné katabatické větry foukají nad Antarktidou a Grónskem.

Chinook Větry (Fena Větry)

Chinook větry (nebo Fena větry) rozvíjet, když vzduch je nucen přes pohoří. K tomu dochází například tehdy, když západní větry přivádějí vzduch z Tichého oceánu přes pohoří Sierra Nevada v Kalifornii. Jak relativně teplý, vlhký vzduch stoupá nad návětrnou stranou hor, ochlazuje se a Stahuje se. V případě, že vzduch je vlhký, může tvořit mraky a pokles déšť nebo sníh. Když vzduch klesá na závětrné straně hor, vytváří vysokotlakou zónu. Návětrná strana pohoří je strana, která přijímá vítr; závětrná strana je strana, kde klesá vzduch.

sestupný vzduch se ohřívá a vytváří silný, suchý vítr. Chinook větry mohou zvýšit teploty více než 20°C (36°F) za hodinu a rychle snižují vlhkost. Sníh na závětrné straně hory mizí rychle taje. Pokud srážky klesají, jak vzduch stoupá nad horami, vzduch bude suchý, protože klesá na závětrné velikosti. Tento suchý, potápějící se vzduch způsobuje efekt dešťového stínu (obrázek níže), který vytváří mnoho světových pouští.

Santa Ana větry

Santa Ana větry jsou vytvořeny v pozdním podzimu a zimy, kdy velká pánev východně od Sierra Nevada ochlazuje, vytváří vysokotlakou zónu. Vysokotlaké síly se vine z kopce a ve směru hodinových ručiček (kvůli Coriolisovi). Tlak vzduchu stoupá, takže teplota stoupá a vlhkost klesá. Vítr fouká přes jihozápadní pouště a pak závod z kopce a na západ směrem k oceánu. Vzduch je nucen přes kaňony řezání San Gabriel a San Bernardino hory (obrázek níže).

větry Santa Ana často přicházejí na konci dlouhé letní sezóny sucha v Kalifornii. Horký, suchý vítr vysychá krajinu ještě více. Pokud dojde k požáru, může se rychle šířit a způsobit rozsáhlou devastaci (obrázek níže).

pouštní větry

vysoké letní teploty na poušti vytvářejí silné větry, které jsou často spojeny s monzunovými bouřemi. Pouštní větry zachycují prach, protože není tolik vegetace, aby zadržovaly nečistoty a písek. (Obrázek níže). Haboob se tvoří v downdrafts na přední straně bouřky.

Prachové ďábly, také nazývané vichřice, se tvoří, když se země stává tak horkou, že vzduch nad ní se zahřívá a stoupá. Vzduch proudí do nízkého tlaku a začne se točit. Prachoví ďáblové jsou malí a krátkodobí, ale mohou způsobit poškození.

atmosférická cirkulace

protože více sluneční energie zasáhne rovník, vzduch se ohřívá a vytváří nízkotlakou zónu. V horní části troposféry se polovina pohybuje směrem k severnímu pólu a polovina k jižnímu pólu. Jak se pohybuje podél vrcholu troposféry, ochlazuje se. Chladný vzduch je hustý a když dosáhne vysokotlaké zóny, klesá k zemi. Vzduch je nasáván zpět směrem k nízkému tlaku na rovníku. Toto popisuje konvekční buňky severně a jižně od rovníku.

Pokud se Země ani otočit, tam by být jeden konvekční buňky na severní polokouli a jeden v jižní s rostoucí vzduchu na rovníku a potopení vzduchu na každém pólu. Ale protože se planeta otáčí, je situace komplikovanější. Rotace planety znamená, že je třeba vzít v úvahu Coriolisův efekt. Coriolisův efekt byl popsán v kapitole oceány Země.

podívejme se na atmosférickou cirkulaci na severní polokouli v důsledku Coriolisova efektu (obrázek níže). Vzduch stoupá na rovníku, ale jak se pohybuje směrem k pólu v horní části troposféry, vychýlí se doprava. (Pamatujte, že se zdá, že se vychýlí doprava, protože se země pod ním pohybuje.) Při asi 30°severní šířky se vzduch z rovníku setkává se vzduchem proudícím směrem k rovníku z vyšších zeměpisných šířek. Tento vzduch je chladný, protože pochází z vyšších zeměpisných šířek. Obě šarže vzduchu sestupují a vytvářejí vysokotlakou zónu. Jakmile je na zemi, vzduch se vrací k rovníku. Tento konvekční buňky se nazývá Hadley Buňky a mezi 0° a 30°N.

na severní polokouli jsou další dvě konvekční buňky. Ferrellova buňka je mezi 30°severní šířky a 50 ° až 60°N. tato buňka sdílí svou Jižní, sestupnou stranu s hadleyovou buňkou na jih. Jeho severní stoupající končetina je sdílena s polární buňkou umístěnou mezi 50°severní šířky a 60 ° severní šířky a Severním pólem, kde klesá studený vzduch.

na jižní polokouli jsou tři cirkulační buňky zrcadlového obrazu. V této polokouli způsobuje Coriolisův efekt, že se objekty jeví jako vychýlené doleva.

Globální větrné pásy

Globální větry foukají v pásech obklopujících planetu. Globální větrné pásy jsou obrovské a větry jsou relativně stabilní (obrázek níže). Tyto větry jsou důsledkem pohybu vzduchu v dolní části hlavní atmosférické cirkulace, buňky, kde se vzduch pohybuje vodorovně z vysokého na nízký tlak.

Globální větrné pásy

podívejme se na globální větrné pásy na severní polokouli.

• v Hadleyově buňce by se vzduch měl pohybovat od severu k jihu, ale je vychýlen doprava Coriolisem. Vzduch tedy fouká ze severovýchodu na jihozápad. Tento pás je obchodní vítr, takzvaný, protože v době plachetnic byly dobré pro obchod.
• ve Ferrelových buňkách by se vzduch měl pohybovat od jihu k severu, ale vítr skutečně fouká od jihozápadu. Tento pás je západní větry nebo westerlies. Proč si myslíte, že let přes Spojené státy ze San Franciska do New Yorku trvá méně času než opačná cesta?
• V Polárních buněk, vítr, cestování od severovýchodu a nazývají se polární easterlies

větru pásy jsou pojmenovány pro směr, ze kterého vítr přijít. Západní větry například foukají ze západu na východ. Tato jména platí i pro větry ve větrných pásech jižní polokoule.

tato video Přednáška pojednává o 3-buněčném modelu atmosférické cirkulace a výsledných globálních větrných pásech a povrchových větrných proudech (5a): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

Globální Větry a Srážky

Kromě jejich vliv na globální větrné pásy, vysoké a nízké tlakové oblasti, vytvořené šesti atmosférické cirkulace, buňky určují obecně množství srážek regionu obdrží. V nízkotlakých oblastech, kde stoupá vzduch, je déšť běžný. Ve vysokotlakých oblastech způsobuje potápějící se vzduch odpařování a oblast je obvykle suchá. Konkrétnější klimatické vlivy budou popsány v kapitole o klimatu.

polární čela a proudové proudy

polární čela je spojnicí mezi Ferrellovými a polárními buňkami. V této nízkotlaké zóně dochází k relativně teplému, vlhkému vzduchu Ferrellovy buňky do relativně studeného, suchého vzduchu polární buňky. Počasí, kde se tito dva setkávají, je velmi variabilní, typické pro většinu Severní Ameriky a Evropy.

proud polárních paprsků se nachází vysoko v atmosféře, kde se obě buňky spojují. Tryskový proud je rychle tekoucí řeka vzduchu na hranici mezi troposférou a stratosférou. Tryskové proudy se tvoří tam, kde je velký teplotní rozdíl mezi dvěma vzdušnými hmotami. To vysvětluje, proč je proud polárních paprsků nejsilnějším na světě (obrázek níže).

proudové proudy se pohybují sezónně stejně jako úhel slunce na obloze se pohybuje na sever a na jih. Polární proud, známý jako „jet stream“, se pohybuje na jih v zimě a na sever v létě mezi asi 30°severní šířky a 50° až 75°N.

shrnutí lekce

• vítr fouká z vysokotlakých zón do nízkotlakých zón. Tlakové zóny se vytvářejí, když se vzduch v blízkosti země stává teplejším nebo chladnějším než vzduch v okolí.
• místní větry lze nalézt v horském údolí nebo v blízkosti pobřeží.
• globální vzory větru jsou dlouhodobé, stabilní větry, které převládají kolem velké části planety.
• umístění globálních větrných pásů má velký vliv na počasí a klima oblasti.

recenze otázky

1. nakreslete obrázek konvekční buňky v atmosféře. Označte zóny nízkého a vysokého tlaku a kde je vítr.
2. za jakých okolností bude vítr velmi silný?
3. vzhledem k tomu, co víte o konvekčních buňkách v globálním měřítku, kam byste cestovali, kdybyste měli zájem zažít teplý, hojný déšť?
4. popište atmosférickou cirkulaci pro dvě místa, kde pravděpodobně najdete pouště, a vysvětlete, proč jsou tyto oblasti relativně teplé a suché.
5. jak by mohly být indické monzuny zmenšeny? Jaký vliv by mělo snížení těchto důležitých monzunů na tuto část světa?
6. proč je název „Sněžník“ výstižným popisem větrů Chinook?
7. proč Coriolisův efekt způsobuje, že se vzduch na severní polokouli pohybuje ve směru hodinových ručiček? Kdy Coriolisův efekt způsobuje, že se vzduch pohybuje proti směru hodinových ručiček?
8. námořníci kdysi označovali část oceánu jako doldrums. To je oblast, kde je často žádný vítr, takže lodě by se stal becalmed několik dní nebo dokonce týdnů. Kde si myslíte, že deprese mohou být relativní k atmosférickým oběhovým buňkám?
9. Představte si, že proud jet se nachází dále na jih, než je obvyklé pro léto. Jaké je počasí v regionech severně od jet streamu, ve srovnání s běžným létem?
10. uveďte obecný popis toho, jak se tvoří větry.

Další Čtení / Doplňující Odkazy

• Vysoké a Nízké Tlakové Systémy, animace, Předsednictvo Meteorologie, Australská Vláda http://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml

Body, aby Zvážila

• Jak místní větry, vliv na počasí v oblasti?
• jak globální větrné pásy ovlivňují klima v oblasti?
• jaké jsou hlavní principy, které řídí cirkulaci atmosféry?