Jordvidenskab
Lektionsmål
- liste egenskaberne for luftstrømmene i en konvektionscelle.
- Beskriv, hvordan celler med højt og lavt tryk skaber lokale vinde, og forklar, hvordan flere typer lokale vinde dannes.
- diskuter, hvordan globale konvektionsceller fører til de globale vindbælter.
ordforråd
- advektion
- Chinook vinde (Foehn vinde)
- haboob
- højtryksområde
- jetstrøm
- katabatiske vinde
- landbrise
- lavtryksområde
- monsun
- bjergbrise
- Polar front
- regnskygge effekt
- Santa Ana vind
- havbrise
- dalbrise
introduktion
et par grundlæggende principper går langt i retning af at forklare, hvordan og hvorfor luft bevæger sig: varm luftstigning skaber et lavtryksområde ved jorden. Luft fra det omkringliggende område suges ind i det rum, der efterlades af den stigende luft. Luft strømmer vandret øverst på troposfæren; vandret strømning kaldes advektion. Luften afkøles, indtil den falder ned. Hvor den når jorden, skaber den et højtryksområde. Luft, der strømmer fra områder med højt tryk til lavt tryk, skaber vind. Varm luft kan holde mere fugt end kold luft. Luft, der bevæger sig ved baserne af de tre store konvektionsceller i hver halvkugle Nord og syd for ækvator, skaber de globale vindbælter.
lufttryk og vind
i troposfæren er konvektionsceller (figur nedenfor).
varm luft stiger, hvilket skaber et lavtryksområde; kølige luftvaske, der skaber et højtryksområde.
luft, der bevæger sig vandret mellem høj-og lavtryksområder, skaber vind. Jo større trykforskellen mellem trykområderne er, desto hurtigere bevæger Vinden sig.konvektion i atmosfæren skaber planetens vejr. Når varm luft stiger og afkøles i et lavtryksområde, kan det muligvis ikke holde alt det vand, det indeholder som damp. Nogle vanddamp kan kondensere for at danne skyer eller Nedbør. Når kølig luft falder ned, opvarmes den. Da det så kan holde mere fugt, vil den nedadgående luft fordampe vand på jorden.luft, der bevæger sig mellem store høj-og lavtrykssystemer, skaber de globale vindbælter, der dybt påvirker det regionale klima. Mindre tryksystemer skaber lokaliserede vinde, der påvirker vejret og klimaet i et lokalt område.
en online guide til lufttryk og vind fra University of Illinois findes her:http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.
lokal Vind
lokal vind skyldes luft, der bevæger sig mellem små lav-og højtrykssystemer. Høj – og lavtryksceller er skabt af forskellige forhold. Nogle lokale vinde har meget vigtige virkninger på vejret og klimaet i nogle regioner.
land-og havbrise
da vand har en meget høj specifik varme, opretholder den sin temperatur godt. Så vand opvarmes og afkøles langsommere end land. Hvis der er en stor temperaturforskel mellem havets overflade (eller en stor sø) og landet ved siden af det, dannes høj-og lavtryksområder. Dette skaber lokale vinde.
- havbrise blæser fra det køligere hav over det varmere land om sommeren (figur nedenfor). Hvor er højtryksområdet, og hvor er lavtryksområdet? 10 til 20 km (6 til 12 miles) i timen og lavere lufttemperatur meget som 5 til 10 liter C (9 til 18 liter F).
- landbrise blæser fra land til hav om vinteren. Hvor er højtryksområdet, og hvor er lavtryksområdet? Noget varmere luft fra havet stiger og synker derefter på land, hvilket får temperaturen over landet til at blive varmere.
hvordan hav og land briser moderat kystnære klimaer?
Land-og havbrise skaber det behagelige klima, som det sydlige Californien er kendt for. Effekten af land-og havbrise mærkes kun omkring 50 til 100 km (30 til 60 miles) inde i landet. Den samme køle-og opvarmningseffekt forekommer i mindre grad i løbet af dagen og natten, fordi land varmer og køler hurtigere end havet.
monsunvind
monsunvind er større versioner af land-og havbrise; de blæser fra havet på land om sommeren og fra landet på havet om vinteren. Monsunvind forekommer, hvor meget varme sommerlande ligger ved siden af havet. Tordenvejr er almindelige under monsuner (figur nedenfor).
i det sydvestlige USA relativt kølig fugtig luft suget ind fra Golfen og Golfen Californien møder luft, der er blevet opvarmet af brændende ørken temperaturer.
den vigtigste monsun i verden forekommer hvert år over det indiske subkontinent. Mere end to milliarder indbyggere i Indien og det sydøstlige Asien er afhængige af monsunregn for deres drikke-og vandingsvand. Tilbage i sejlskibets dage transporterede sæsonbestemte skift i monsunvindene varer frem og tilbage mellem Indien og Afrika.
Bjerg-og Dalbrise
temperaturforskelle mellem bjerge og dale skaber bjerg-og dalbrise. I løbet af dagen opvarmes luft på bjergskråninger mere end luft i samme højde over en tilstødende dal. Som dagen skrider frem, varm luft stiger og trækker den kølige luft op fra dalen, skabe en dal brise. Om natten afkøles bjergskråningerne hurtigere end den nærliggende dal, hvilket får en bjergbrise til at strømme ned ad bakke.
katabatiske vinde
katabatiske vinde bevæger sig op og ned ad skråninger, men de er stærkere bjerg-og dalbrise. Katabatiske vinde dannes over et højt landområde, som et højt plateau. Plateauet er normalt omgivet på næsten alle sider af bjerge. Om vinteren bliver plateauet koldt. Luften over plateauet bliver kold og synker ned fra plateauet gennem huller i bjergene. Vindhastigheder afhænger af forskellen i lufttryk over plateauet og over omgivelserne. Katabatiske vinde dannes over mange kontinentale områder. Ekstremt kolde katabatiske vinde blæser over Antarktis og Grønland.
Chinook-vinde (Foehn-vinde)
Chinook-vinde (eller Foehn-vinde) udvikler sig, når luft tvinges op over en bjergkæde. Dette finder for eksempel sted, når de vestlige vinde bringer luft fra Stillehavet over Sierra Nevada-bjergene i Californien. Når den relativt varme, fugtige luft stiger over bjergsiden, afkøles den og trækker sig sammen. Hvis luften er fugtig, kan den danne skyer og falde regn eller sne. Når luften synker på bjergsiden, danner den et højtryksområde. Vindsiden af en bjergkæde er den side, der modtager vinden; læsiden er den side, hvor luft synker.
den faldende luft varmer og skaber stærke, tørre vinde. Chinook-vinde kan hæve temperaturer mere end 20 liter C (36 liter F) på en time, og de reducerer hurtigt fugtigheden. Sne på læsiden af bjerget forsvinder smelter hurtigt. Hvis nedbør falder, når luften stiger over bjergene, vil luften være tør, når den synker på lejdstørrelsen. Denne tørre, synkende luft forårsager en regnskyggeeffekt (figur nedenfor), som skaber mange af verdens ørkener.
når luften stiger over et bjerg, afkøles den og mister fugt og opvarmes derefter ved kompression på læsiden. Den resulterende varme og tørre vind er Chinook vind. Den læside side af bjerget oplever regnskygge effekt.
Santa Ana Vind
Santa Ana vind er skabt i det sene efterår og vinter, når det store bassin øst for Sierra Nevada køler, hvilket skaber et højtryksområde. Højtrykskræfterne vinder ned ad bakke og i retning med uret (på grund af Coriolis). Lufttrykket stiger, så temperaturen stiger og fugtigheden falder. Vindene blæser over de sydvestlige ørkener og løber derefter ned ad bakke og vestpå mod havet. Luft tvinges gennem kløfter, der skærer San Gabriel og San Bernardino-bjergene (figur nedenfor).
vindene er især hurtige gennem Santa Ana Canyon, som de er navngivet til. Santa Ana vind blæser støv og ryger vestover over Stillehavet fra det sydlige Californien.Santa Ana-vindene ankommer ofte i slutningen af Californiens lange sommertørkesæson. De varme, tørre vinde tørrer landskabet endnu mere ud. Hvis en brand starter, kan den sprede sig hurtigt og forårsage stor ødelæggelse (figur nedenfor).
i oktober 2007 brændte Santa Ana-vinde mange brande, der sammen brændte 426.000 hektar vildt land og mere end 1.500 hjem i det sydlige Californien.
ørkenvind
høje sommertemperaturer på ørkenen skaber høje vinde, som ofte er forbundet med monsunstorme. Ørkenvindene samler støv op, fordi der ikke er så meget vegetation til at holde snavs og sand nede. (Figur nedenfor). En haboob dannes i nedtræk på forsiden af tordenvejr.
en haboob i hovedstadsområdet.
Støvdæver, også kaldet hvirvelvind, dannes, når jorden bliver så varm, at luften over den opvarmes og stiger. Luft strømmer ind i det lave tryk og begynder at spinde. Støv djævle er små og kortvarige, men de kan forårsage skade.
atmosfærisk cirkulation
fordi mere solenergi rammer ækvator, opvarmes luften og danner et lavtryksområde. På toppen af troposfæren bevæger halvdelen sig mod Nordpolen og halvdelen mod Sydpolen. Når den bevæger sig langs toppen af troposfæren, afkøles den. Den kølige luft er tæt, og når den når et højtryksområde, synker det til jorden. Luften suges tilbage mod det lave tryk ved ækvator. Dette beskriver konvektionscellerne Nord og syd for ækvator.
hvis jorden ikke roterede, ville der være en konvektionscelle på den nordlige halvkugle og en i den sydlige med den stigende luft ved ækvator og den synkende luft ved hver pol. Men fordi planeten roterer, er situationen mere kompliceret. Planetens rotation betyder, at Coriolis-effekten skal tages i betragtning. Coriolis effekt blev beskrevet i Jordens oceaner kapitel.
lad os se på atmosfærisk cirkulation på den nordlige halvkugle som følge af Coriolis-effekten (figur nedenfor). Luft stiger ved ækvator, men når den bevæger sig mod stangen øverst i troposfæren, afbøjes den til højre. (Husk at det bare ser ud til at afbøje til højre, fordi jorden under den bevæger sig.) Ved omkring 30 liter n breddegrad møder luften fra ækvator luft, der strømmer mod ækvator fra de højere breddegrader. Denne luft er kølig, fordi den er kommet fra højere breddegrader. Begge partier af luft falder ned, hvilket skaber et højtryksområde. En gang på jorden vender luften tilbage til ækvator. Denne konvektionscelle kaldes Hadley-cellen og findes mellem 0 liter og 30 liter N.
de atmosfæriske cirkulationsceller, der viser vindretningen ved jordens overflade.
Der er to flere konvektionsceller på den nordlige halvkugle. Ferrell-cellen er mellem 30 liter N og 50 liter til 60 liter N. denne celle deler sin sydlige, faldende side med Hadley-cellen mod syd. Dens nordlige stigende lem deles med Polarcellen placeret mellem 50 liter N til 60 liter N og Nordpolen, hvor kold luft falder ned.
der er tre spejlbilledcirkulationsceller på den sydlige halvkugle. På den halvkugle får Coriolis-effekten objekter til at afbøje til venstre.
globale Vindbælter
globale vinde blæser i bælter, der omgiver planeten. De globale vindbælter er enorme, og vinden er relativt stabil (figur nedenfor). Disse vinde er resultatet af luftbevægelse i bunden af de store atmosfæriske cirkulationsceller, hvor luften bevæger sig vandret fra højt til lavt tryk.
de store vindbælter og de retninger, de blæser.
globale Vindbælter
lad os se på de globale vindbælter på den nordlige halvkugle.
- i Hadley-cellen skal luften bevæge sig nord til syd, men den afbøjes til højre af Coriolis. Så luften blæser fra nordøst til sydvest. Dette bælte er passatvindene, såkaldte fordi de på tidspunktet for sejlskibe var gode til handel.
- i Ferrelcellen skal luften bevæge sig sydpå mod nord, men vindene blæser faktisk fra sydvest. Dette bælte er de vestlige vinde eller vestlige. Hvorfor tror du, at en flyvning over USA fra San Francisco til San Francisco tager mindre tid end den omvendte tur?
- i Polarcellen rejser vinden fra nordøst og kaldes polar easterlies
vindbælterne er opkaldt efter de retninger, hvorfra vinden kommer. De vestlige vinde blæser for eksempel fra vest til øst. Disse navne holder også for vinden i vindbælterne på den sydlige halvkugle.
denne videoforelæsning diskuterer 3-cellemodellen for atmosfærisk cirkulation og de resulterende globale vindbælter og overfladevindstrømme (5a): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).
globale vinde og nedbør
udover deres virkning på de globale vindbælter bestemmer de områder med højt og lavt tryk, der er skabt af de seks atmosfæriske cirkulationsceller, på en generel måde mængden af nedbør, en region modtager. I lavtryksområder, hvor luften stiger, er regn almindeligt. I områder med højt tryk forårsager den synkende luft fordampning, og regionen er normalt tør. Mere specifikke klimaeffekter vil blive beskrevet i kapitlet om klima.
polære fronter og jetstrømme
den polære front er forbindelsen mellem Ferrell og polære celler. Ved dette lavtryksområde løber relativt varm, fugtig luft i Ferrell-cellen ind i relativt kold, tør luft i Polarcellen. Vejret, hvor disse to mødes, er ekstremt variabelt, typisk for store dele af Nordamerika og Europa.
den polære jetstrøm findes højt oppe i atmosfæren, hvor de to celler mødes. En jetstrøm er en hurtigstrømmende flod af luft ved grænsen mellem troposfæren og stratosfæren. Jetstrømme dannes, hvor der er en stor temperaturforskel mellem to luftmasser. Dette forklarer, hvorfor polar jet stream er verdens mest magtfulde (figur nedenfor).
et tværsnit af atmosfæren med store cirkulationsceller og jetstrømme. Den polære jetstrøm er stedet for ekstremt turbulent vejr.
jetstrømme bevæger sig sæsonmæssigt, ligesom solens vinkel på himlen bevæger sig Nord og syd. Den polære jetstrøm, kendt som “jetstrømmen,” bevæger sig syd om vinteren og nord om sommeren mellem omkring 30 L N og 50 l til 75 L N.
Lektionsoversigt
- vind blæser fra højtryksområder til lavtryksområder. Trykområderne skabes, når luft nær jorden bliver varmere eller koldere end luften i nærheden.
- lokale vinde kan findes i en bjergdal eller nær en kyst.
- de globale vindmønstre er langsigtede, stabile vinde, der hersker omkring en stor del af planeten.
- placeringen af de globale vindbælter har stor indflydelse på vejret og klimaet i et område.
gennemgå spørgsmål
- Tegn et billede af en konvektionscelle i atmosfæren. Mærk lav – og højtryksområderne og hvor vinden er.
- under hvilke omstændigheder vil vindene være meget stærke?
- i betragtning af hvad du ved om konvektionsceller i global skala, hvor ville du rejse, hvis du var interesseret i at opleve varm, rigelig regn?
- Beskriv den atmosfæriske cirkulation for to steder, hvor du sandsynligvis finder ørkener, og forklar, hvorfor disse regioner er relativt varme og tørre.
- hvordan kunne de indiske monsuner reduceres i størrelse? Hvilken effekt ville en reduktion af disse vigtige monsuner have på den del af verden?
- Hvorfor er navnet “sne eater” en passende beskrivelse af Chinook vinde?
- hvorfor får Coriolis-effekten luft til at bevæge sig med uret på den nordlige halvkugle? Hvornår får Coriolis-effekten luft til at bevæge sig mod uret?
- sejlere henviste engang til en del af havet som doldrums. Dette er en region, hvor der ofte ikke er vind, så Skibe ville blive beroliget i dage eller endda uger. Hvor tror du, at doldrums kan være i forhold til de atmosfæriske cirkulationsceller?
- Forestil dig, at jetstrømmen ligger længere sydpå end normalt til sommeren. Hvordan er vejret i regioner lige nord for jetstrømmen sammenlignet med en normal sommer?
- Giv en generel beskrivelse af, hvordan vind dannes.
yderligere læsning/supplerende Links
- høj-og lavtrykssystemer animationer, Bureau of Meteorology, australske regering http://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml
punkter at overveje
- Hvordan påvirker lokale vinde vejret i et område?
- hvordan påvirker de globale vindbælter klimaet i et område?
- hvad er de vigtigste principper, der styrer, hvordan atmosfæren cirkulerer?