geovetenskap

Lektionsmål

• lista egenskaperna hos luftströmmarna i en konvektionscell.
• Beskriv hur hög – och lågtrycksceller skapar lokala vindar och förklara hur flera typer av lokala vindar bildas.
• diskutera hur globala konvektionsceller leder till de globala vindbältena.

ordförråd

• advection
• Chinook vindar (Foehn vindar)
• haboob
• högtryckszon
• jetström
• katabatiska vindar
• landbris
• lågtryckszon
• monsun
• bergbris
• Polar front
• rainshadow effect
• Santa Ana vindar
• havsbris
• Valley Breeze

Inledning

några grundläggande principer går långt för att förklara hur och varför luft rör sig: varm luft stiger skapar en lågtryckszon vid marken. Luft från omgivningen sugs in i det utrymme som lämnas av den stigande luften. Luft strömmar horisontellt på toppen av troposfären; horisontellt flöde kallas advektion. Luften svalnar tills den sjunker. Där den når marken skapar den en högtryckszon. Luft som strömmar från områden med högt tryck till lågt tryck skapar vindar. Varm luft kan hålla mer fukt än kall luft. Luft som rör sig vid baserna av de tre stora konvektionscellerna i varje halvklot norr och söder om ekvatorn skapar de globala vindbältena.

lufttryck och vindar

inom troposfären är konvektionsceller (figur nedan).

luft som rör sig horisontellt mellan hög – och lågtryckszoner gör vind. Ju större tryckskillnaden mellan tryckzonerna desto snabbare rör sig vinden.

konvektion i atmosfären skapar planetens väder. När varm luft stiger och svalnar i en lågtryckszon kanske den inte kan hålla allt vatten som den innehåller som ånga. Vissa vattenånga kan kondensera för att bilda moln eller Nederbörd. När kall luft sjunker, värms den. Eftersom det då kan hålla mer fukt, kommer den nedåtgående luften att avdunsta vatten på marken.

luft som rör sig mellan stora hög-och lågtryckssystem skapar de globala vindbälten som djupt påverkar det regionala klimatet. Mindre trycksystem skapar lokala vindar som påverkar väder och klimat i ett lokalt område.

en online guide till lufttryck och vindar från University of Illinois finns här: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.

lokala vindar

lokala vindar är resultatet av luft som rör sig mellan små låg-och högtryckssystem. Hög-och lågtrycksceller skapas av olika förhållanden. Vissa lokala vindar har mycket viktiga effekter på väder och klimat i vissa regioner.

land-och havsbris

eftersom vatten har en mycket hög specifik värme bibehåller den sin temperatur väl. Så vatten värmer och kyler långsammare än land. Om det finns en stor temperaturskillnad mellan havets yta (eller en stor sjö) och landet bredvid det, bildas hög-och lågtrycksregioner. Detta skapar lokala vindar.

• havsbris blåser från det svalare havet över det varmare landet på sommaren (figur nedan). Var är högtryckszonen och var är lågtryckszonen? Havsbrisen blåser vid ca 10 till 20 km (6 till 12 miles) per timme och lägre lufttemperatur mycket som 5 till 10 C (9 till 18 f).
• landvindar blåser från land till hav på vintern. Var är högtryckszonen och var är lågtryckszonen? En del varmare luft från havet stiger och sjunker sedan på land, vilket gör att temperaturen över landet blir varmare.

Land-och havsbris skapar det trevliga klimatet som södra Kalifornien är känt för. Effekten av land-och havsbris känns bara cirka 50 till 100 km (30 till 60 miles) inåt landet. Samma kylnings-och uppvärmningseffekt uppträder i mindre grad under dag och natt, eftersom land värmer och kyler snabbare än havet.

monsunvindar

monsunvindar är större versioner av land-och havsbris; de blåser från havet till landet på sommaren och från landet till havet på vintern. Monsunvindar förekommer där mycket varma sommarländer ligger bredvid havet. Åskväder är vanliga under monsuner (figur nedan).

den viktigaste monsunen i världen inträffar varje år över den indiska subkontinenten. Mer än två miljarder invånare i Indien och sydöstra Asien är beroende av monsunregn för sitt dricks-och bevattningsvatten. Tillbaka i segelfartygens dagar transporterade säsongsförskjutningar i monsunvindarna varor fram och tillbaka mellan Indien och Afrika.

bergs-och Dalvindar

temperaturskillnader mellan berg och dalar skapar bergs-och dalvindar. Under dagen värms luften på bergssluttningar mer än luft i samma höjd över en intilliggande dal. När dagen fortskrider stiger varm luft och drar den svala luften upp från dalen och skapar en dalbris. På natten svalnar bergssluttningarna snabbare än den närliggande dalen, vilket får en bergsbris att strömma nedförsbacke.

Katabatiska vindar

Katabatiska vindar rör sig upp och ner i sluttningar, men de är starkare bergs-och dalvindar. Katabatiska vindar bildar sig över ett högt landområde, som en hög platå. Platån är vanligtvis omgiven på nästan alla sidor av berg. På vintern blir platån kall. Luften ovanför platån blir kall och sjunker ner från platån genom luckor i bergen. Vindhastigheter beror på skillnaden i lufttryck över platån och över omgivningen. Katabatiska vindar bildas över många kontinentala områden. Extremt kalla katabatiska vindar blåser över Antarktis och Grönland.

Chinook vindar (Foehn vindar)

Chinook vindar (eller Foehn vindar) utvecklas när luft tvingas upp över en bergskedja. Detta sker till exempel när de västliga vindarna tar luft från Stilla havet över Sierra Nevada-bergen i Kalifornien. När den relativt varma, fuktiga luften stiger över bergens vindsida, svalnar den och kontraherar. Om luften är fuktig kan den bilda moln och släppa regn eller snö. När luften sjunker på läsidan av bergen bildar den en högtryckszon. Vindsidan av en bergskedja är den sida som tar emot vinden; leeward-sidan är den sida där luften sjunker.

den nedåtgående luften värmer och skapar starka, torra vindar. Chinook vindar kan höja temperaturen mer än 20 C (36 F) på en timme och de minskar snabbt fuktigheten. Snö på läsidan av berget försvinner smälter snabbt. Om nederbörd faller när luften stiger över bergen, kommer luften att vara torr när den sjunker på leeward-storleken. Denna torra, sjunkande luft orsakar en regnskuggeffekt (figur nedan), vilket skapar många av världens öknar.

Santa Ana vindar

Santa Ana vindar skapas i slutet av hösten och vintern när Great Basin öster om Sierra Nevada svalnar, vilket skapar en högtryckszon. Högtryckskrafterna vindar nedförsbacke och medurs (på grund av Coriolis). Lufttrycket stiger, så temperaturen stiger och fuktigheten faller. Vindarna blåser över de sydvästra öknarna och tävlar sedan nedförsbacke och västerut mot havet. Luft tvingas genom kanjoner som skär San Gabriel och San Bernardino-bergen (figur nedan).

Santa Ana-vindarna anländer ofta i slutet av Kaliforniens långa sommartorkasäsong. De varma, torra vindarna torkar ut landskapet ännu mer. Om en brand startar kan den spridas snabbt och orsaka storskalig förödelse (figur nedan).

Ökenvindar

höga sommartemperaturer i öknen skapar höga vindar, som ofta är förknippade med monsunstormar. Ökenvindar tar upp damm eftersom det inte finns så mycket vegetation att hålla ner smuts och sand. (Figur nedan). En haboob bildas i neddragarna på framsidan av åskväder.

Dammdjävlar, även kallade virvelvindar, bildas när marken blir så varm att luften ovanför den värmer och stiger. Luft strömmar in i lågt tryck och börjar snurra. Dammdjävlar är små och kortlivade men de kan orsaka skador.

atmosfärisk cirkulation

eftersom mer solenergi träffar ekvatorn värms luften och bildar en lågtryckszon. På toppen av troposfären rör sig hälften mot Nordpolen och hälften mot Sydpolen. När den rör sig längs toppen av troposfären svalnar den. Den svala luften är tät och när den når en högtryckszon sjunker den till marken. Luften sugs tillbaka mot det låga trycket vid ekvatorn. Detta beskriver konvektionscellerna norr och söder om ekvatorn.

om jorden inte roterade skulle det finnas en konvektionscell på norra halvklotet och en i söder med den stigande luften vid ekvatorn och den sjunkande luften vid varje pol. Men eftersom planeten roterar är situationen mer komplicerad. Planetens rotation innebär att Coriolis-effekten måste beaktas. Coriolis-effekten beskrivs i kapitlet Earth ’ s Oceans.

Låt oss titta på atmosfärisk cirkulation på norra halvklotet som ett resultat av Coriolis-effekten (figur nedan). Luft stiger vid ekvatorn, men när den rör sig mot polen på toppen av troposfären, avböjer den till höger. (Kom ihåg att det bara verkar avleda till höger eftersom marken under den rör sig.) Vid ca 30 kg N latitud möter luften från ekvatorn luft som strömmar mot ekvatorn från de högre breddgraderna. Denna luft är cool eftersom den har kommit från högre breddgrader. Båda satserna av luft sjunker, vilket skapar en högtryckszon. En gång på marken återvänder luften till ekvatorn. Denna konvektionscell kallas Hadleycellen och finns mellan 0 och 30 kg.

det finns ytterligare två konvektionsceller på norra halvklotet. Ferrell-cellen är mellan 30 och 50 och 60 till 60. Dess norra stigande delen är gemensam med Polar cell som ligger mellan 50°N till 60°N och Nordpolen, där kall luft sjunker.

det finns tre spegelbildscirkulationsceller på södra halvklotet. På den halvklotet gör Coriolis-effekten att objekt verkar böjas åt vänster.

globala Vindbälten

globala vindar blåser i bälten som omger planeten. De globala vindbältena är enorma och vindarna är relativt stabila (figur nedan). Dessa vindar är resultatet av luftrörelse längst ner i de stora atmosfäriska cirkulationscellerna, där luften rör sig horisontellt från högt till lågt tryck.

globala Vindbälten

Låt oss titta på de globala vindbältena på norra halvklotet.

• i Hadley-cellen ska luften röra sig norr till söder, men den avböjs till höger av Coriolis. Så luften blåser från nordost till sydväst. Detta bälte är handelsvindarna, så kallade för att de vid tiden för segelbåtar var bra för handel.
• i Ferrelcellen ska luften röra sig söderut till norr, men vindarna blåser faktiskt från sydväst. Detta bälte är västliga vindar eller västliga. Varför tror du att ett flyg över USA från San Francisco till New York tar mindre tid än omvänd resa?
• i Polarcellen reser vindarna från nordost och kallas polar easterlies

vindbältena är namngivna för de riktningar från vilka vindarna kommer. De västliga vindarna blåser till exempel från väst till öst. Dessa namn håller också för vindarna i vindbältena på södra halvklotet.

denna videoföreläsning diskuterar 3-cellsmodellen för atmosfärisk cirkulation och de resulterande globala vindbältena och ytvindströmmarna (5a): http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).

globala vindar och nederbörd

förutom deras effekt på de globala vindbältena bestämmer hög-och lågtrycksområdena som skapas av de sex atmosfäriska cirkulationscellerna på ett allmänt sätt hur mycket nederbörd en region får. I lågtrycksregioner, där luften stiger, är regn vanligt. I högtrycksområden orsakar den sjunkande luften avdunstning och regionen är vanligtvis torr. Mer specifika klimateffekter kommer att beskrivas i kapitlet om klimat.

polära fronter och jetströmmar

polarfronten är korsningen mellan Ferrell och polära celler. Vid denna lågtryckszon går relativt varm, fuktig luft i Ferrell-cellen in i relativt kall, torr luft i Polarcellen. Vädret där dessa två möts är extremt varierande, typiskt för mycket av Nordamerika och Europa.

den polära strålströmmen finns högt upp i atmosfären där de två cellerna möts. En jetström är en snabbt strömmande flod av luft vid gränsen mellan troposfären och stratosfären. Jetströmmar bildas där det finns en stor temperaturskillnad mellan två luftmassor. Detta förklarar varför den polära jetströmmen är världens mest kraftfulla (figur nedan).

jetströmmar rör sig säsongsmässigt precis som solens vinkel på himlen rör sig norr och söder. Den polära jetströmmen, känd som ”jetströmmen”, rör sig söderut på vintern och norrut på sommaren mellan cirka 30 kg N och 50 kg till 75 kg N.

Lektionssammanfattning

• vindar blåser från högtryckszoner till lågtryckszoner. Tryckzonerna skapas när luft nära marken blir varmare eller kallare än luften i närheten.
• lokala vindar kan hittas i en bergsdal eller nära en kust.de globala vindmönstren är långsiktiga, stabila vindar som råder runt en stor del av planeten.
• platsen för de globala vindbältena har stor inverkan på väder och klimat i ett område.

granska frågor

1. rita en bild av en konvektionscell i atmosfären. Märk låg – och högtryckszonerna och var vinden är.
2. under vilka omständigheter kommer vindarna att vara mycket starka?
3. med tanke på vad du vet om konvektionsceller i global skala, var skulle du resa om du var intresserad av att uppleva varmt, rikligt regn?
4. beskriv den atmosfäriska cirkulationen för två platser där du sannolikt hittar öknar och förklara varför dessa regioner är relativt varma och torra.
5. Hur kunde de indiska monsunerna minskas i storlek? Vilken effekt skulle en minskning av dessa viktiga monsuner ha på den delen av världen?
6. Varför är namnet ”snow eater” en lämplig beskrivning av Chinook winds?
7. Varför orsakar Coriolis-effekten att luften verkar röra sig medurs på norra halvklotet? När orsakar Coriolis-effekten att luft verkar röra sig moturs?
8. sjömän hänvisade en gång till en del av havet som doldrums. Det här är en region där det ofta inte finns någon vind, så fartyg skulle bli lugna i dagar eller till och med veckor. Var tror du att doldrums kan vara i förhållande till de atmosfäriska cirkulationscellerna?
9. Föreställ dig att jetströmmen ligger längre söderut än vanligt för sommaren. Hur är vädret i regioner strax norr om jetströmmen, jämfört med en vanlig sommar?
10. ge en allmän beskrivning av hur vindar bildas.

Ytterligare läsning / kompletterande länkar

• hög-och lågtryckssystem animationer, Bureau of Meteorology, Australiens regering http://www.bom.gov.au/lam/Students_Teachers/pressure.shtml

poäng att tänka på

• hur påverkar lokala vindar vädret i ett område?
• hur påverkar de globala vindbältena klimatet i ett område?
• vilka är huvudprinciperna som styr hur atmosfären cirkulerar?