Földtudomány

lecke célok

• sorolja fel a konvekciós cellán belüli légáramok tulajdonságait.
• ismertesse, hogy a magas és alacsony nyomású cellák hogyan hoznak létre helyi szeleket, és magyarázza el, hogyan alakulnak ki a helyi szelek.
• beszéljétek meg, hogy a globális konvekciós sejtek hogyan vezetnek a globális szélövekhez.

szókincs

• advection
• Chinook szelek (Foehn szelek)
• haboob
• nagynyomású zóna
• jet stream
• katabatikus szelek
• szárazföldi szél
• alacsony nyomású zóna
• monszun
• hegyi szellő
• polar front
• rainshadow effect
• Santa Ana winds
• sea breeze
• Valley Breeze

bevezetés

néhány alapelv hosszú utat mutat a levegő mozgásának magyarázatához: a meleg levegő emelkedése alacsony nyomású zónát hoz létre a földön. A környező terület levegője beszívódik az emelkedő levegő által hagyott térbe. A levegő vízszintesen áramlik a troposzféra tetején; a vízszintes áramlást advekciónak nevezzük. A levegő lehűl, amíg le nem ereszkedik. Ahol eléri a talajt, nagynyomású zónát hoz létre. A magas nyomású területekről alacsony nyomásra áramló levegő szeleket hoz létre. A meleg levegő több nedvességet képes megtartani, mint a hideg levegő. Az Egyenlítőtől északra és délre minden féltekén a három fő konvekciós sejt tövében mozgó levegő létrehozza a globális szélöveket.

A légnyomás és a szél

a troposzférán belül konvekciós sejtek (az alábbi ábra).

a magas és az alacsony nyomású zónák között vízszintesen mozgó levegő szélt eredményez. Minél nagyobb a nyomási zónák közötti nyomáskülönbség, annál gyorsabban mozog a szél.

a légkör konvekciója létrehozza a bolygó időjárását. Amikor a meleg levegő alacsony nyomású zónában emelkedik és hűl, előfordulhat, hogy nem képes az összes vizet gőzként tartani. Néhány vízgőz kondenzálódhat, hogy felhőket vagy csapadékot képezzen. Amikor a hűvös levegő leereszkedik, felmelegszik. Mivel ezután több nedvességet képes megtartani, a leszálló levegő elpárologtatja a vizet a földön.

a nagy magas és alacsony nyomású rendszerek között mozgó levegő létrehozza a globális szélöveket, amelyek mélyen befolyásolják a regionális éghajlatot. A kisebb nyomású rendszerek lokalizált szeleket hoznak létre, amelyek befolyásolják a helyi terület időjárását és éghajlatát.

az Illinoisi Egyetem online útmutatója a légnyomásról és a szélről itt található: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

helyi szelek

a helyi szelek a kis alacsony és nagynyomású rendszerek között mozgó levegőből származnak. A magas és alacsony nyomású cellákat különböző körülmények hozzák létre. Néhány helyi szél nagyon fontos hatással van egyes régiók időjárására és éghajlatára.

szárazföldi és tengeri szellő

mivel a víz fajlagos hője nagyon magas, jól tartja a hőmérsékletét. Tehát a víz lassabban melegszik és hűl, mint a föld. Ha nagy hőmérséklet-különbség van a tenger felszíne (vagy egy nagy tó) és a mellette lévő föld között, magas és alacsony nyomású régiók alakulnak ki. Ez helyi szelet hoz létre.

• tengeri szellő fúj a hűvösebb óceánról a melegebb föld felett nyáron (az alábbi ábra). Hol van a nagynyomású zóna és hol van az alacsony nyomású zóna? A tengeri szellő óránként körülbelül 10-20 km (6-12 mérföld) sebességgel fúj, és alacsonyabb a levegő hőmérséklete, mint 5-10 C (9-18 F).
• szárazföldi szellő fúj a szárazföldről a tengerbe télen. Hol van a nagynyomású zóna és hol van az alacsony nyomású zóna? Néhány melegebb levegő az óceánból emelkedik, majd süllyed a szárazföldön, aminek következtében a föld feletti hőmérséklet melegebbé válik.

a szárazföldi és tengeri szellők megteremtik azt a kellemes éghajlatot, amelyről Dél-Kalifornia ismert. A szárazföldi és tengeri szellők hatása csak 50-100 km (30-60 mérföld) szárazföldön érezhető. Ugyanez a hűsítő és melegítő hatás kisebb mértékben fordul elő nappal és éjszaka, mert a föld gyorsabban melegszik és hűl, mint az óceán.

monszun szelek

a monszun szelek a szárazföldi és tengeri szelek nagyobb léptékű változatai; nyáron a tengerből a szárazföldre fújnak, télen pedig a szárazföldről a tengerre. Monszun szelek fordulnak elő, ahol nagyon forró nyári földek vannak a tenger mellett. A zivatarok gyakoriak a monszunok során (az alábbi ábra).

a világ legfontosabb monszunja minden évben az indiai szubkontinensen fordul elő. India és Délkelet-Ázsia több mint kétmilliárd lakosa függ a monszun esőktől ivó-és öntözővízük miatt. A vitorlás hajók idején a monszun szelek szezonális váltásai oda-vissza árut szállítottak India és Afrika között.

hegyi és Völgyi szellők

a hegyek és völgyek közötti hőmérsékleti különbségek hegyi és Völgyi szellőket hoznak létre. A nap folyamán a hegyi lejtőkön a levegő jobban melegszik, mint a levegő ugyanazon a magasságban egy szomszédos völgy felett. A nap előrehaladtával meleg levegő emelkedik, és felhívja a hűvös levegőt a völgyből, völgyi szellőt hozva létre. Éjszaka a hegy lejtői gyorsabban lehűlnek, mint a közeli völgy, ami hegyi szellőt okoz lefelé.

Katabatikus szelek

a Katabatikus szelek felfelé és lefelé mozognak, de erősebbek hegyi és Völgyi szellők. Katabatikus szelek alakulnak ki egy magas szárazföldi területen, mint egy magas fennsík. A fennsíkot általában szinte minden oldalról hegyek veszik körül. Télen a fennsík hideg. A fennsík feletti levegő kihűl, és a fennsíkról a hegyek résein keresztül süllyed le. A szélsebesség a fennsík és a környezet feletti Légnyomás különbségétől függ. Katabatikus szelek alakulnak ki számos kontinentális területen. Rendkívül hideg katabatikus szél fúj az Antarktisz és Grönland felett.

Chinook szelek (Foehn szelek)

a Chinook szelek (vagy Foehn szelek) akkor alakulnak ki, amikor a levegőt egy hegylánc fölé kényszerítik. Erre például akkor kerül sor, amikor a nyugati szél levegőt hoz a Csendes-óceánról a kaliforniai Sierra Nevada-hegység felett. Ahogy a viszonylag meleg, nedves levegő a hegyek szél felőli oldalán emelkedik, lehűl és összehúzódik. Ha a levegő nedves, felhőket képezhet, esőt vagy havat eshet. Amikor a levegő a hegyek szélső oldalán süllyed, nagynyomású zónát képez. A hegylánc szél felőli oldala az az oldal, amely befogadja a szél; a szélső oldal az az oldal, ahol a levegő süllyed.

a leereszkedő levegő felmelegszik és erős, száraz szeleket hoz létre. A Chinook szelek egy óra alatt több mint 20 C (36 F) C hőmérsékletet tudnak emelni, és gyorsan csökkentik a páratartalmat. A hegy szélső oldalán lévő hó gyorsan eltűnik. Ha csapadék esik, amikor a levegő a hegyek fölé emelkedik, akkor a levegő száraz lesz, amikor a szélső méretre süllyed. Ez a száraz, süllyedő levegő esőárnyék-hatást vált ki (az alábbi ábra), amely a világ számos sivatagát létrehozza.

Santa Ana szelek

a Santa Ana szelek késő ősszel és télen jönnek létre, amikor a Sierra Nevadától keletre fekvő nagy medence lehűl, nagynyomású zónát hozva létre. A nagynyomású erők lefelé és az óramutató járásával megegyező irányban szelek (Coriolis miatt). A Légnyomás emelkedik, így a hőmérséklet emelkedik, a páratartalom pedig csökken. A szél fúj át a délnyugati sivatagok, majd fut lefelé, nyugat felé az óceán felé. A levegőt a San Gabriel és a San Bernardino-hegységet elvágó kanyonokon keresztül kényszerítik (az alábbi ábra).

a Santa Ana szelek gyakran Kalifornia hosszú nyári aszályos időszakának végén érkeznek. A forró, száraz szél még jobban kiszárítja a tájat. Ha a tűz elindul, gyorsan terjedhet, nagyszabású pusztítást okozva (az alábbi ábra).

sivatagi szelek

A sivatag magas nyári hőmérséklete Nagy szeleket hoz létre, amelyek gyakran monszun viharokkal társulnak. A sivatagi szelek felszedik a port, mert nincs annyi növényzet, amely visszatartaná a szennyeződést és a homokot. (Az alábbi ábra). A vihar elején egy haboob alakul ki a lefolyókban.

a porördögök, más néven forgószelek, akkor alakulnak ki, amikor a talaj olyan forró lesz, hogy a fölötte lévő levegő felmelegszik és felemelkedik. A levegő az alacsony nyomásba áramlik, és elkezd forogni. A porördögök kicsik és rövid életűek, de kárt okozhatnak.

légköri keringés

mivel több napenergia éri el az egyenlítőt, a levegő felmelegszik és alacsony nyomású zónát képez. A troposzféra tetején fele az Északi-sark felé, fele a Déli-sark felé mozog. Ahogy a troposzféra tetején mozog, lehűl. A hűvös levegő sűrű, és amikor eléri a magas nyomású zónát, a földre süllyed. A levegőt az egyenlítőn lévő alacsony nyomás felé szívják vissza. Ez a konvekciós cellákat írja le az Egyenlítőtől északra és délre.

ha a Föld nem forogna, akkor az északi féltekén egy konvekciós sejt lenne, a déli pedig az egyenlítőn emelkedő levegővel, a süllyedő levegővel minden póluson. De mivel a bolygó forog, a helyzet bonyolultabb. A bolygó forgása azt jelenti, hogy figyelembe kell venni a Coriolis-hatást. A Coriolis-effektust a Föld óceánjai fejezet.

nézzük meg a légköri keringést az északi féltekén a Coriolis-effektus eredményeként (az alábbi ábra). A levegő az egyenlítőn emelkedik, de ahogy a troposzféra tetején lévő pólus felé mozog, jobbra tér. (Ne feledje, hogy csak úgy tűnik, hogy jobbra tér, mert az alatta lévő talaj mozog.) Kb. 30 n szélességben az Egyenlítő felől érkező levegő találkozik a magasabb szélességi fokokról az egyenlítő felé áramló levegővel. Ez a levegő hűvös, mert magasabb szélességi körökből származik. Mindkét levegő tétel leereszkedik, nagynyomású zónát hozva létre. A földön a levegő visszatér az egyenlítőhöz. Ezt a konvekciós sejtet Hadley-sejtnek nevezzük, és 0 és 30 ezer között található meg.

az északi féltekén még két konvekciós sejt található. A Ferrell-sejt 30 és 50 és 60 között mozog. ez a sejt osztja déli, csökkenő oldalát a Hadley-sejttel délre. Északi emelkedő végtagja osztozik a sarki sejtben, amely 50-től 60-ig terjed, és az Északi-sarkon, ahol a hideg levegő leereszkedik.

a déli féltekén három tükörkép-keringő sejt található. Ebben a féltekén a Coriolis-effektus miatt a tárgyak balra fordulnak.

globális Szélöv

globális szél fúj a bolygót körülvevő övekben. A globális szélöv hatalmasak, a szél viszonylag állandó (az alábbi ábra). Ezek a szelek a fő légköri cirkulációs sejtek alján lévő légmozgás eredményei, ahol a levegő vízszintesen mozog a magasról az alacsony nyomásra.

globális Szélöv

nézzük meg a globális szélöveket az északi féltekén.

• a Hadley cellában a levegőnek északról délre kell mozognia, de Coriolis jobbra tereli. Tehát a levegő északkeletről délnyugatra fúj. Ez az öv a kereskedelmi szelek, úgynevezett, mert a vitorlás hajók idején jók voltak a kereskedelemhez.
• a Ferrel cellában a levegőnek délről északra kell mozognia, de a szél valójában délnyugatról fúj. Ez az öv a nyugati szél vagy a nyugati szél. Miért gondolja, hogy az Egyesült Államokban San Franciscóból New Yorkba tartó repülés kevesebb időt vesz igénybe, mint a fordított utazás?
• a sarki cellában a szelek északkeletről indulnak, és a sarki keletiek

a szélöveket azoknak az irányoknak nevezik, ahonnan a szél jön. A nyugati szél például nyugatról keletre fúj. Ezek a nevek a déli félteke szélöveiben is érvényesek.

Ez a videó előadás a légköri keringés 3 cellás modelljét és az ebből eredő globális szélöveket és felszíni széláramokat tárgyalja (5A): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

globális szelek és Csapadék

a globális szélövekre gyakorolt hatásuk mellett a hat légköri cirkulációs sejt által létrehozott magas és alacsony nyomású területek általában meghatározzák a régió csapadékmennyiségét. Az alacsony nyomású régiókban, ahol a levegő emelkedik, az eső gyakori. Nagynyomású területeken a süllyedő levegő párolgást okoz, a régió általában száraz. A konkrétabb éghajlati hatásokat az éghajlatról szóló fejezet ismerteti.

sarki frontok és Sugárfolyamok

a sarki front a Ferrell és a sarki cellák közötti csomópont. Ezen az alacsony nyomású zónában a Ferrell-sejt viszonylag meleg, nedves levegője a poláris sejt viszonylag hideg, száraz levegőjébe kerül. Az időjárás, ahol ez a kettő találkozik, rendkívül változó, jellemző Észak-Amerika és Európa nagy részére.

a sarki sugáráram magasan található a légkörben, ahol a két sejt összeáll. A jet stream egy gyorsan áramló levegő a troposzféra és a sztratoszféra határán. Sugáráramok alakulnak ki, ahol két légtömeg között Nagy hőmérséklet-különbség van. Ez megmagyarázza, hogy a polar jet stream miért a világ legerősebb (az alábbi ábra).

a sugárhajtóművek szezonálisan mozognak, ahogy a nap szöge az égen északra és délre mozog. A “jet stream” néven ismert sarki sugáráram télen délre, nyáron pedig északra mozog körülbelül 30-50-75 fő között.

lecke összefoglaló

• szél fúj a nagynyomású zónákból az alacsony nyomású zónákba. A nyomás zónák akkor jönnek létre, amikor a talaj közelében lévő levegő melegebbé vagy hidegebbé válik, mint a közeli levegő.
• helyi szelek találhatók egy hegyi völgyben vagy egy part közelében.
• a globális szélminták hosszú távú, állandó szelek, amelyek a bolygó nagy részén uralkodnak.
• a globális szélszíjak elhelyezkedése nagy hatással van egy adott terület időjárására és éghajlatára.

kérdések áttekintése

1. Rajzolj egy képet egy konvekciós celláról a légkörben. Jelölje meg az alacsony és magas nyomású zónákat, és ahol a szél van.
2. milyen körülmények között lesz a szél nagyon erős?
3. tekintettel arra, hogy mit tud a globális szintű konvekciós cellákról, hová utazna, ha érdekli a meleg, bőséges eső?
4. ismertesse a légköri keringést két olyan helyen, ahol valószínűleg sivatagokat talál, és magyarázza el, hogy ezek a régiók miért viszonylag melegek és szárazak.
5. hogyan lehetne csökkenteni az indiai monszunok nagyságrendjét? Milyen hatással lenne ezeknek a fontos monszunoknak a csökkenése a világ azon részére?
6. miért a “snow eater” név a Chinook szelek megfelelő leírása?
7. miért okoz a Coriolis-effektus úgy tűnik, hogy a levegő az óramutató járásával megegyező irányban mozog az északi féltekén? Mikor okozza a Coriolis-effektus, Hogy a levegő az óramutató járásával ellentétes irányba mozog?
8. a tengerészek egyszer az óceán egy részét doldrumsnak nevezték. Ez egy olyan régió, ahol gyakran nincs szél, így a hajók napokig vagy akár hetekig megnyugodnának. Mit gondol, hol lehetnek a doldrumok a légköri keringő sejtekhez képest?
9. képzelje el, hogy a sugárhajtómű a nyáron szokásosnál délebbre helyezkedik el. Milyen az időjárás a sugárfolyástól északra fekvő régiókban, mint egy normál nyár?
10. adjon általános leírást a szelek kialakulásáról.

további olvasmányok / kiegészítő linkek

• magas és alacsony nyomású rendszerek animációi, Meteorológiai Iroda, ausztrál kormány http://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml

megfontolandó pontok

• hogyan befolyásolják a helyi szelek az időjárást egy adott területen?
• hogyan befolyásolják a globális szélövezetek egy adott terület éghajlatát?
• melyek azok a fő elvek, amelyek szabályozzák a légkör keringését?