Vėjas vaidina svarbų vaidmenį Žemės ore. Oficialus greičiausias vėjo greitis - 253 mylios per valandą - įvyko 1996 metais per cikloną „Olivia“ Australijoje. Neoficialus greičiausias vėjas, 318 mylių per valandą, apskaičiuotas pagal Doplerio radarą, įvyko per tornadą netoli Oklahomos miesto 1999 m. Suprasti, kas sukelia vėją, ypač šiuos destruktyvius vėjus, pirmiausia reikia suprasti, kaip Saulė šildo Žemės paviršių.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Vėjas atsiranda orui pereinant iš aukšto slėgio sistemos į žemo slėgio sistemą. Kuo didesnis slėgio skirtumas, tuo stipresnis vėjas. Temperatūros skirtumai sukelia šiuos slėgio skirtumus.
Saulės energija
Saulės energija netolygiai šildo Žemės atmosferą. Ties pusiauju šildymas yra santykinai pastovus, o Saulės energija, didėjant platumai, pasiskirsto vis didesniame plote. Šis energijos paskirstymo skirtumas sukuria pasaulinius vėjo modelius.
Atmosferai kaitinant, šiltesnis oras kyla, todėl susidaro mažesnio slėgio zonos. Šaltesnis, tankesnis oras, formuojantis gretimas aukšto slėgio sistemas, juda užpildydamas erdvę, kurią palieka kylantis šiltesnis oras. Šiltas oras atvės, kai jis artėja prie troposferos viršaus ir nugrimzta link Žemės paviršiaus, sukurdamas konvekcines sroves atmosferoje.
Aukšto slėgio oro sistemos paprastai atsiranda dėl šaltesnio oro modelio, o žemo slėgio oro sistemos paprastai atsiranda dėl šiltesnio oro.
Koriolio efektas ir vėjo kryptis
Jei Žemė nesisuktų, atmosferos konvekcinės srovės galėtų išvystyti vėjus, kurie pūstų iš ašigalių iki pusiaujo. Tačiau Žemės sukimasis aplink savo ašį sukelia Koriolio efektas. Besisukanti Žemė nukreipia vėją iš tiesios linijos į kreivę. Kuo stipresnis vėjas, tuo didesnė kreivė.
Šiauriniame pusrutulyje įlinkis kreivėja į dešinę. Pietų pusrutulyje įlinkis kreivės į kairę. Kitas būdas įvertinti Koriolio efekto kryptį yra astronauto, plaukiojančio tiesiai virš Šiaurės ašigalio, perspektyva. Helio balionas, paleistas į šiaurę nuo pusiaujo, judėtų prieš laikrodžio rodyklę.
Jei astronautas būtų virš Pietų ašigalio ir balionas būtų paleidžiamas į pietus nuo pusiaujo, atrodo, kad balionas važiuoja pagal laikrodžio rodyklę.
Prekybos vėjai, vakariniai ir poliariniai velykai
Tuo tarpu grįžtant prie pusiaujo, kylantis oro stulpelio viršuje vėsinantis oras nustumiamas į šalį ir pradeda kristi atgal į Žemės paviršių. Koriolio efektas pakyla arčiau pusiaujo kylantį ir krentantį orą į vėjo modelį, vadinamą prekybos vėjais. Šiauriniame pusrutulyje prekybos vėjai teka iš šiaurės rytų į pietvakarius, o pietų pusrutulyje - iš pietryčių į šiaurės vakarus.
Vėjo modelis vidutinėse platumose teka priešinga kryptimi, paprastai į vakarus į rytus. Orų tendencijos JAV juda iš vakarinės pakrantės į rytinę pakrantę. Šie vėjai vadinami vakariečiai.
Virš 60 ° šiaurės platumos ir žemiau 60 ° pietų platumos vėjas bando pūsti pusiaujo link, tačiau Koriolio efektas pasuka vėją pagal modelį, vadinamą poliariniai rytai.
Ankstyvieji tyrinėtojai sužinojo apie šiuos bendruosius modelius ir naudojo juos tyrinėdami pasaulį. Šie vėjo modeliai suteikė stabilų varomąjį šaltinį burlaiviams, keliaujantiems iš Europos ir Afrikos į Naująjį pasaulį ir atgal.
Temperatūra, oro slėgis ir vėjas
Slėgio skirtumus, dėl kurių vėjas atsiranda, lemia temperatūros skirtumai. Atrodo, kad vietiniai vėjo modeliai pažeidžia pasaulinius vėjo modelius, kol nebus išsamiau išnagrinėti.
Sausumos ir jūros vėjeliai
Sausumos plotai šilsta ir vėsta greičiau nei vanduo. Dienos metu įkaista žemė, kuri kaitina orą virš žemės. Šiltas oras, kylantis virš žemės, ištraukia vėsesnį orą iš vandens. Naktį vyksta atvirkštinis procesas.
Vanduo palaiko temperatūrą ilgiau nei žemė, todėl šiltesnis oras pakyla, pritraukdamas vėsesnį orą iš žemės. Šis pakrantės modelis pasireiškia vietiniu laipsnišku arba nedideliu slėgio skirtumu. Stipresnės slėgio sistemos panaikina nedidelį žemės ir vandens skirtumą, sukeliantį šias vėjas.
Kalnų ir slėnių vėjai
Panašus vietinis reiškinys pasitaiko kalnuotose vietovėse. Saulė šildo žemę, kuri kaitina gretimą orą. Pašildytas oras pakyla, o šaltesnis oras nutolsta toliau nuo žemės, stumdamas šiltesnį orą į kalną. Naktį grunto aušinimas atvėsina šalia žemės esantį orą.
Šaltesnis, tankesnis oras teka nuo kalno. Šis oro srautas gali tapti koncentruotu vėjeliu kanjonuose, vadinamuose šalto oro nutekėjimu.
Tornadai ir uraganai
Itin dideli tornadų ir uraganų vėjai kyla ir dėl slėgio skirtumų. Itin mažas atstumas tarp aukšto slėgio išorinio sluoksnio ir žemo slėgio šerdies gali sukelti vėjo greitį, viršijantį 200 mph. Beauforto vėjo skalė įvertina šiuos vėjus pagal pastebėtus reiškinius. (Žr. „Beaufort Wind Wind Scale“ nuorodas)