Wind speelt een belangrijke rol in het weer op aarde. De officiële hoogste windsnelheid van 253 mijl per uur vond plaats in 1996 tijdens de cycloon Olivia in Australië. De onofficiële snelste wind, 318 mijl per uur, berekend door Doppler-radar, vond plaats tijdens een tornado in de buurt van Oklahoma City in 1999. Begrijpen wat wind veroorzaakt, vooral deze vernietigende winden, begint met begrijpen hoe de zon het aardoppervlak verwarmt.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Wind ontstaat wanneer lucht van een hogedruksysteem naar een lagedruksysteem gaat. Hoe groter het drukverschil, hoe sterker de wind. Temperatuurverschillen veroorzaken deze drukverschillen.
Energie van de zon
De energie van de zon verwarmt de atmosfeer van de aarde ongelijkmatig. Op de evenaar is de verwarming relatief constant, terwijl de energie van de zon zich over een groter en groter gebied verspreidt naarmate de breedtegraad toeneemt. Dit verschil in energieverdeling zorgt voor wereldwijde windpatronen.
Naarmate de atmosfeer warmer wordt, stijgt de warmere lucht op, waardoor gebieden met een lagere druk ontstaan. De koudere, dichtere lucht die aangrenzende hogedruksystemen vormt, beweegt om de ruimte op te vullen die wordt achtergelaten door de opstijgende warmere lucht. De warme lucht koelt af wanneer deze de top van de troposfeer nadert en zakt terug naar het aardoppervlak, waardoor convectiestromen in de atmosfeer ontstaan.
Hogedrukweersystemen zijn doorgaans het gevolg van koudere luchtpatronen, terwijl lagedrukweersystemen doorgaans het gevolg zijn van warmere luchtpatronen.
Coriolis-effect en windrichting
Als de aarde niet zou draaien, zouden de convectiestromen in de atmosfeer winden kunnen ontwikkelen die van de polen helemaal tot aan de evenaar zouden blazen. De rotatie van de aarde om haar as veroorzaakt echter de Coriolis effect. De draaiende aarde buigt de wind van een rechte lijn af in een bocht. Hoe sterker de wind, hoe groter de bocht.
Op het noordelijk halfrond buigt de afbuiging naar rechts. Op het zuidelijk halfrond buigt de afbuiging naar links. Een andere manier om de richting van het Coriolis-effect te bekijken, is vanuit het perspectief van een astronaut die direct boven de Noordpool zweeft. Een heliumballon die ten noorden van de evenaar wordt losgelaten, zou tegen de klok in reizen.
Als de astronaut zich in plaats daarvan boven de zuidpool zou bevinden en de ballon ten zuiden van de evenaar zou worden losgelaten, zou de ballon met de klok mee lijken te reizen.
Passaatwinden, westenwinden en pooloosten
Ondertussen, terugkerend naar de evenaar, wordt de koelende lucht aan de bovenkant van de kolom van stijgende lucht opzij geduwd en begint terug te vallen naar het aardoppervlak. Het Coriolis-effect verdraait de stijgende en dalende lucht die zich het dichtst bij de evenaar bevindt in het windpatroon dat de passaatwinden worden genoemd. Op het noordelijk halfrond stromen de passaatwinden van het noordoosten naar het zuidwesten, terwijl op het zuidelijk halfrond de passaatwinden van het zuidoosten naar het noordwesten stromen.
Het windpatroon op de middelste breedtegraden stroomt in de tegenovergestelde richting, meestal van west naar oost. Weerpatronen in de VS verplaatsen zich van de westkust naar de oostkust. Deze winden worden de westenwinden.
Boven 60° N en onder 60° ZB probeert de wind naar de evenaar te blazen, maar het Coriolis-effect verdraait de wind in het patroon dat de pool oosten.
Vroege ontdekkingsreizigers leerden over deze algemene patronen en gebruikten ze om de wereld te verkennen. Deze windpatronen vormden een constante bron van voortstuwing voor zeilschepen die van Europa en Afrika naar de Nieuwe Wereld en weer terug reisden.
Temperatuur, luchtdruk en wind
De drukverschillen die wind veroorzaken, worden veroorzaakt door temperatuurverschillen. Lokale windpatronen lijken misschien de wereldwijde windpatronen te schenden, totdat ze in meer detail worden onderzocht.
Land- en zeebries
Landgebieden verwarmen en koelen sneller af dan water. Overdag warmt het land op waardoor de lucht boven het land opwarmt. De warme lucht die boven het land stijgt, trekt koelere lucht uit het water aan. 'S Nachts vindt het omgekeerde proces plaats.
Water houdt de temperatuur langer vast dan land, dus de warmere lucht stijgt op en trekt koelere lucht van boven het land. Dit kustpatroon treedt op bij plaatselijk geleidelijke of lichte drukverschillen. Sterkere druksystemen maken het kleine land-waterverschil dat deze bries veroorzaakt, teniet.
Berg- en valleiwinden
Een soortgelijk lokaal fenomeen doet zich voor in bergachtige gebieden. De zon verwarmt de grond die de aangrenzende lucht opwarmt. De verwarmde lucht stijgt op en koudere lucht verder van de grond komt naar binnen en duwt de warmere lucht de berg op. 'S Nachts koelt grondkoeling de lucht naast de grond af.
De koudere, dichtere lucht stroomt de berg af. Deze luchtstroom kan de geconcentreerde bries worden in canyons die koude luchtafvoer worden genoemd.
Tornado's en orkanen
De extreme winden van tornado's en orkanen zijn ook het gevolg van drukverschillen. De extreem kleine afstand tussen de hogedrukbuitenlaag en de lagedrukkern kan windsnelheden van meer dan 200 mph genereren. De Beaufort Wind Scale beoordeelt deze winden op basis van waargenomen verschijnselen. (Zie referenties voor de Beaufort-windschaal)