Tuulella on tärkeä rooli maapallon säässä. Virallinen nopein tuulen nopeus 253 mailia tunnissa tapahtui vuonna 1996 Australian Olivia-syklonin aikana. Epävirallinen nopein tuuli, 318 mailia tunnissa Doppler-tutkan laskemana, tapahtui tornadon aikana lähellä Oklahoma Cityä vuonna 1999. Ymmärtäminen, mikä aiheuttaa tuulta, erityisesti nämä tuhoiset tuulet, alkaa ymmärtämällä, kuinka aurinko lämmittää maapallon pintaa.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Tuuli syntyy, kun ilma siirtyy korkeapainejärjestelmästä matalapainejärjestelmään. Mitä suurempi paine-ero, sitä voimakkaampi tuuli on. Lämpötilaerot aiheuttavat nämä paine-erot.
Aurinkoenergiaa
Auringon energia lämmittää maapallon ilmakehää epätasaisesti. Päiväntasaajalla lämmitys on suhteellisen tasaista, kun taas auringon energia leviää yhä suuremmalle alueelle leveysasteen kasvaessa. Tämä ero energian jakautumisessa luo maailmanlaajuisia tuulimalleja.
Kun ilmakehä lämpenee, lämpimämpi ilma nousee, mikä luo alemman paineen alueita. Kylmempi, tiheämpi ilma muodostavat vierekkäiset korkeapainejärjestelmät siirtyvät täyttämään nousevan lämpimän ilman jättämän tilan. Lämmin ilma jäähtyy, kun se lähestyy troposfäärin yläosaa ja uppoaa takaisin kohti maapalloa, mikä luo ilmakehään konvektiovirtauksia.
Korkeapainesääjärjestelmät johtuvat tyypillisesti kylmemmistä ilmakuvista, kun taas matalapaineiset sääjärjestelmät johtuvat yleensä lämpimämmistä ilmakuvista.
Corioliksen vaikutus ja tuulen suunta
Jos maa ei pyöri, ilmakehän konvektiovirrat voisivat kehittää tuulia, jotka puhaltavat napoista aina päiväntasaajalle. Maan kiertyminen akselinsa ympäri aiheuttaa kuitenkin Coriolis-vaikutus. Pyörivä maa ohjaa tuulen suorasta viivasta käyräksi. Mitä voimakkaampi tuuli on, sitä suurempi on käyrä.
Pohjoisella pallonpuoliskolla taipuma kaartuu oikealle. Eteläisellä pallonpuoliskolla taipuma kaartuu vasemmalle. Toinen tapa ottaa huomioon Coriolis-vaikutuksen suunta on astronautin näkökulmasta, joka kelluu suoraan pohjoisnavan yläpuolella. Päiväntasaajan pohjoispuolelle päästetty heliumpallo kulki vastapäivään.
Jos astronautti olisi sen sijaan etelänavan yläpuolella ja ilmapallo päästettäisiin päiväntasaajan eteläpuolelle, ilmapallo näyttää liikkuvan myötäpäivään.
Vaihda tuulet, Westerlies ja Polar Easterlies
Samaan aikaan palatessaan päiväntasaajalle, nousevan ilman pylvään yläosassa oleva jäähdytysilma työnnetään sivuun ja alkaa pudota takaisin maapallon pinnalle. Coriolis-ilmiö kiertää päiväntasaajan lähinnä nousevan ja laskevan ilman kauppatuuliksi kutsutun tuulen malliksi. Pohjoisella pallonpuoliskolla kauppatuulet virtaavat koillisesta lounaaseen, kun taas eteläisellä pallonpuoliskolla kauppatuulet virtaavat kaakosta luoteeseen.
Keskileveysasteilla tuulen suunta virtaa vastakkaiseen suuntaan, yleensä lännestä itään. Yhdysvaltojen säämallit siirtyvät länsirannikolta itärannikkoa kohti. Näitä tuulia kutsutaan länsimaat.
Tuuli yrittää puhaltaa kohti päiväntasaajaa yli 60 ° pohjoisen ja alle 60 ° eteläisen leveyspiirin, mutta Coriolis-ilmiö kiertää tuulta kuviossa nimeltä napa-itämaat.
Varhaiset tutkijat oppivat näistä yleisistä malleista ja käyttivät niitä tutkia maailmaa. Nämä tuulimallit tarjosivat vakaan työntövoiman purjealuksille, jotka matkustivat Euroopasta ja Afrikasta uuteen maailmaan ja takaisin.
Lämpötila, ilmanpaine ja tuuli
Tuulen aiheuttamat paine-erot johtuvat lämpötilaeroista. Paikalliset tuulimallit saattavat näyttää rikkovan maailmanlaajuisia tuulimalleja, kunnes niitä tutkitaan tarkemmin.
Maa- ja merituulet
Maa-alueet lämpenevät ja jäähtyvät nopeammin kuin vesi. Päivän aikana maa lämpenee, mikä lämmittää maan yläpuolella olevaa ilmaa. Maan yläpuolelle nouseva lämmin ilma vetää viileämpää ilmaa vedestä. Yöllä päinvastainen prosessi tapahtuu.
Vesi pitää lämpötilaa pidempään kuin maa, joten lämpimämpi ilma nousee vetämällä viileämpää ilmaa maan yli. Tämä rannikkomalli esiintyy paikallisesti asteittaisin tai pienin paine-eroin. Vahvemmat painejärjestelmät kumoavat pienen maa-vesi-eron, joka aiheuttaa nämä tuulet.
Vuori- ja laaksotuulet
Samanlainen paikallinen ilmiö esiintyy vuoristoalueilla. Aurinko lämmittää maata, joka lämmittää viereisen ilman. Lämmitetty ilma nousee ja kylmempi ilma siirtyy kauemmas maasta ja työntää lämpimämmän ilman vuorelle. Yöllä maajäähdytys jäähdyttää maan viereisen ilman.
Kylmempi ja tiheämpi ilma virtaa alas vuorelta. Tästä ilmavirrasta voi tulla väkevä tuuli kanjoneissa, joita kutsutaan kylmän ilman viemäriksi.
Tornadot ja hurrikaanit
Tornadoiden ja hurrikaanien äärimmäiset tuulet johtuvat myös paine-eroista. Erittäin pieni etäisyys korkeapainekerroksen ja matalapainesydämen välillä voi tuottaa tuulen nopeuden, joka ylittää 200 mph. Beaufortin asteikko arvioi nämä tuulet havaittujen ilmiöiden perusteella. (Katso viitteet Beaufortin tuulen asteikkoon)