Vjetar igra važnu ulogu u vremenskim prilikama Zemlje. Službena najbrža brzina vjetra od 253 milje na sat dogodila se 1996. godine za vrijeme ciklone Olivia u Australiji. Neslužbeni najbrži vjetar, 318 milja na sat, kako izračunava Dopplerov radar, dogodio se tijekom tornada u blizini Oklahoma Cityja 1999. godine. Razumijevanje uzroka vjetra, posebno ovih razarajućih vjetrova, započinje razumijevanjem kako Sunce zagrijava površinu Zemlje.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Vjetar nastaje kada se zrak premjesti iz sustava visokog tlaka u sustav niskog tlaka. Što je veća razlika u tlaku, vjetar je jači. Te razlike u tlaku uzrokuju temperaturne razlike.
Energija sa Sunca
Sunčeva energija zagrijava Zemljinu atmosferu neravnomjerno. Na ekvatoru je zagrijavanje relativno dosljedno, dok se sunčeva energija širi na sve većem i većem području kako se geografska širina povećava. Ova razlika u raspodjeli energije stvara globalne obrasce vjetra.
Kako se atmosfera zagrijava, topliji zrak raste, što stvara područja nižeg tlaka. Hladniji, gušći zrak koji tvori susjedne sustave visokog tlaka pomiče se kako bi ispunio prostor koji ostavlja topliji zrak koji se diže. Topli zrak hladi se kad se približi vrhu troposfere i tone natrag prema površini Zemlje, stvarajući konvekcijske struje u atmosferi.
Sustavi visokog tlaka obično su rezultat hladnijeg zraka, dok vremenski sustavi niskog tlaka uglavnom proizlaze iz toplijih zraka.
Coriolisov efekt i smjer vjetra
Ako se Zemlja ne bi vrtjela, konvekcijske struje u atmosferi mogle bi razviti vjetrove koji bi puhali od polova sve do ekvatora. Zemljina rotacija oko svoje osi, međutim, uzrokuje Coriolisov efekt. Zemlja koja se vrti skreće vjetar s ravne crte u krivulju. Što je vjetar jači, krivulja je veća.
Na sjevernoj hemisferi krivulja skretanja udesno. Na južnoj polutki krivulja skretanja lijevo. Drugi način da se razmotri smjer Coriolisovog efekta je iz perspektive astronauta koji pluta izravno iznad Sjevernog pola. Helijev balon pušten sjeverno od ekvatora putovao bi u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
Ako je astronaut umjesto toga bio iznad južnog pola, a balon je pušten južno od ekvatora, činilo se da balon putuje u smjeru kazaljke na satu.
Pasat vjetrovi, zapadnjaci i polarni istočnjaci
U međuvremenu, vraćajući se na ekvator, hladni zrak na vrhu stupca zraka koji se diže odgurne se u stranu i počne padati natrag na Zemljinu površinu. Coriolisov efekt uvija uspinjući i spuštajući zrak najbliži ekvatoru u obrazac vjetra koji se naziva pasat. Na sjevernoj polutki pasat teče od sjeveroistoka prema jugozapadu, dok na južnoj hemisferi pasat teče od jugoistoka prema sjeverozapadu.
Uzorak vjetra na srednjim geografskim širinama teče u suprotnom smjeru, uglavnom zapadu prema istoku. Vremenski obrasci u SAD-u kreću se od zapadne obale prema istočnoj obali. Ti se vjetrovi nazivaju zapadnjaci.
Iznad 60 ° S i ispod 60 ° J širine vjetar pokušava zapuhati prema ekvatoru, ali Coriolisov efekt uvija vjetar u obrascu zvanom polarni istočnjaci.
Rani istraživači su učili o tim općim obrascima i koristili ih za istraživanje svijeta. Ti su obrasci vjetra pružali stalan izvor pogona jedrenjacima koji su putovali iz Europe i Afrike u Novi svijet i natrag.
Temperatura, tlak zraka i vjetar
Razlike u tlaku zbog kojih se vjetar događa uzrokovane su razlikama u temperaturi. Čini se da lokalni obrasci vjetra krše globalne obrasce vjetra, dok se ne ispitaju detaljnije.
Povjetaci s kopna i mora
Zemljišta se zagrijavaju i hlade brže od vode. Danju se zemlja zagrijava što zagrijava zrak iznad kopna. Topli zrak koji se uzdiže iznad kopna uvlači hladniji zrak iz vode. Noću se događa obrnuti proces.
Voda zadržava temperaturu dulje od kopna, pa se topliji zrak podiže, povlačeći hladniji zrak preko kopna. Ovaj se obalni obrazac javlja s lokalno postupnim ili blagim razlikama tlaka. Jači tlačni sustavi negiraju malu razliku kopna i vode koja uzrokuje taj vjetrić.
Vjetrovi planine i doline
Sličan lokalni fenomen javlja se u planinskim područjima. Sunce zagrijava zemlju koja zagrijava susjedni zrak. Zagrijani zrak se diže, a hladniji se zrak dalje od tla uvlači, tjerajući topliji zrak gore. Noću, hlađenje tla hladi zrak uz zemlju.
Hladniji, gušći zrak teče niz planinu. Taj protok zraka može postati koncentrirani vjetrić u kanjonima koji se naziva odvod hladnog zraka.
Tornada i uragani
Ekstremni vjetrovi tornada i uragana također su rezultat razlika u tlaku. Izuzetno mala udaljenost između visokotlačnog vanjskog sloja i niskotlačne jezgre može generirati brzinu vjetra veću od 200 mph. Beaufortova skala vjetra ocjenjuje te vjetrove na temelju promatranih pojava. (Pogledajte reference za Beaufortovu ljestvicu vjetra)