Wind spielt eine wichtige Rolle für das Wetter der Erde. Die offiziell schnellste Windgeschwindigkeit von 253 Meilen pro Stunde trat 1996 während des Zyklons Olivia in Australien auf. Der inoffizielle schnellste Wind, 318 Meilen pro Stunde, wie von Doppler-Radar berechnet, ereignete sich während eines Tornados in der Nähe von Oklahoma City im Jahr 1999. Zu verstehen, was Wind verursacht, insbesondere diese zerstörerischen Winde, beginnt mit dem Verständnis, wie die Sonne die Erdoberfläche erwärmt.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Wind entsteht, wenn Luft von einem Hochdrucksystem in ein Niederdrucksystem strömt. Je größer die Druckdifferenz, desto stärker der Wind. Temperaturunterschiede verursachen diese Druckunterschiede.
Sonnenenergie
Die Energie der Sonne erwärmt die Erdatmosphäre ungleichmäßig. Am Äquator ist die Erwärmung relativ konstant, während sich die Sonnenenergie mit zunehmendem Breitengrad über einen immer größeren Bereich ausbreitet. Dieser Unterschied in der Energieverteilung erzeugt globale Windmuster.
Wenn sich die Atmosphäre erwärmt, steigt die wärmere Luft auf, wodurch Bereiche mit niedrigerem Druck entstehen. Die kältere, dichtere Luft, die benachbarte Hochdrucksysteme bildet, bewegt sich, um den Raum auszufüllen, den die aufsteigende wärmere Luft hinterlassen hat. Die warme Luft kühlt sich ab, wenn sie sich dem oberen Ende der Troposphäre nähert und zurück zur Erdoberfläche sinkt, wodurch Konvektionsströmungen in der Atmosphäre entstehen.
Hochdruckwettersysteme resultieren typischerweise aus kälteren Luftmustern, während Niederdruckwettersysteme im Allgemeinen aus wärmeren Luftmustern resultieren.
Coriolis-Effekt und Windrichtung
Wenn sich die Erde nicht drehen würde, könnten die Konvektionsströmungen in der Atmosphäre Winde entwickeln, die von den Polen bis zum Äquator wehen. Die Rotation der Erde um ihre Achse verursacht jedoch die Corioliskraft. Die sich drehende Erde lenkt den Wind von einer geraden Linie in eine Kurve. Je stärker der Wind, desto größer die Kurve.
Auf der Nordhalbkugel krümmt sich die Auslenkung nach rechts. Auf der Südhalbkugel krümmt sich die Ablenkung nach links. Eine andere Möglichkeit, die Richtung des Coriolis-Effekts zu betrachten, ist aus der Perspektive eines Astronauten, der direkt über dem Nordpol schwebt. Ein nördlich des Äquators freigesetzter Heliumballon würde sich gegen den Uhrzeigersinn bewegen.
Wenn sich der Astronaut stattdessen über dem Südpol befände und der Ballon südlich des Äquators abgesetzt würde, würde der Ballon scheinbar im Uhrzeigersinn fliegen.
Passatwinde, Westwind und Polar-Ostwind
Währenddessen wird die Kühlluft an der Spitze der aufsteigenden Luftsäule zum Äquator zurückgekehrt und beginnt, auf die Erdoberfläche zurückzufallen. Der Coriolis-Effekt verdreht die aufsteigende und fallende Luft in der Nähe des Äquators in ein Windmuster, das Passatwinde genannt wird. Auf der Nordhalbkugel wehen die Passatwinde von Nordosten nach Südwesten, während auf der Südhalbkugel die Passatwinde von Südosten nach Nordwesten wehen.
Das Windmuster in den mittleren Breiten fließt in die entgegengesetzte Richtung, im Allgemeinen von West nach Ost. Das Wettermuster in den USA bewegt sich von der Westküste zur Ostküste. Diese Winde werden die genannt Westwind.
Oberhalb von 60 ° N und unter 60 ° südlicher Breite versucht der Wind, in Richtung Äquator zu blasen, aber der Coriolis-Effekt verdreht den Wind in dem Muster, das als bezeichnet wird polare ostern.
Frühe Entdecker lernten diese allgemeinen Muster kennen und nutzten sie, um die Welt zu erkunden. Diese Windmuster boten Segelschiffen, die von Europa und Afrika in die Neue Welt und wieder zurück fuhren, eine stetige Antriebsquelle.
Temperatur, Luftdruck und Wind
Die Druckunterschiede, die Wind entstehen lassen, werden durch Temperaturunterschiede verursacht. Lokale Windmuster scheinen die globalen Windmuster zu verletzen, bis sie genauer untersucht werden.
Land- und Meeresbrise
Landflächen heizen und kühlen schneller ab als Wasser. Tagsüber erwärmt sich das Land, wodurch die Luft über dem Land erwärmt wird. Die über dem Land aufsteigende warme Luft zieht kühlere Luft aus dem Wasser an. Nachts geschieht der umgekehrte Vorgang.
Wasser hält die Temperatur länger als Land, daher steigt die wärmere Luft auf und zieht kühlere Luft über das Land. Dieses Küstenmuster tritt mit lokal allmählichen oder leichten Druckunterschieden auf. Stärkere Drucksysteme heben die leichte Land-Wasser-Differenz auf, die diese Brisen verursacht.
Berg- und Talwinde
Ein ähnliches lokales Phänomen tritt in Berggebieten auf. Die Sonne erwärmt den Boden, wodurch die angrenzende Luft erwärmt wird. Die erwärmte Luft steigt auf und kältere Luft, die weiter vom Boden entfernt ist, dringt ein und drückt die wärmere Luft den Berg hinauf. Nachts kühlt die Bodenkühlung die an den Boden angrenzende Luft ab.
Die kältere, dichtere Luft strömt den Berg hinunter. Dieser Luftstrom kann in Canyons zu einer konzentrierten Brise werden, die als Kaltluftdrainage bezeichnet wird.
Tornados und Hurrikane
Auch die extremen Winde von Tornados und Hurrikanen resultieren aus Druckunterschieden. Der extrem geringe Abstand zwischen der Hochdruck-Außenschicht und dem Niederdruckkern kann Windgeschwindigkeiten von über 300 km/h erzeugen. Die Beaufort Wind Scale bewertet diese Winde basierend auf beobachteten Phänomenen. (Siehe Referenzen für die Beaufort-Windskala)