Wiatr odgrywa ważną rolę w ziemskiej pogodzie. Oficjalna najszybsza prędkość wiatru wynosząca 253 mil na godzinę wystąpiła w 1996 roku podczas cyklonu Olivia w Australii. Nieoficjalny najszybszy wiatr, 318 mil na godzinę, obliczono za pomocą radaru Dopplera, zdarzył się podczas tornada w pobliżu Oklahoma City w 1999 roku. Zrozumienie, co powoduje wiatr, zwłaszcza te niszczycielskie, zaczyna się od zrozumienia, jak Słońce ogrzewa powierzchnię Ziemi.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Wiatr jest generowany, gdy powietrze przemieszcza się z układu wysokiego ciśnienia do układu niskiego ciśnienia. Im większa różnica ciśnień, tym silniejszy wiatr. Różnice temperatur powodują te różnice ciśnień.
Energia ze Słońca
Energia słoneczna nierównomiernie ogrzewa ziemską atmosferę. Na równiku ogrzewanie jest względnie stałe, podczas gdy energia słoneczna rozchodzi się na coraz większym obszarze wraz ze wzrostem szerokości geograficznej. Ta różnica w dystrybucji energii tworzy globalne wzorce wiatru.
Gdy atmosfera się nagrzewa, cieplejsze powietrze unosi się, tworząc obszary o niższym ciśnieniu. Chłodniejsze, gęstsze powietrze tworzące sąsiednie systemy wysokiego ciśnienia przemieszcza się, aby wypełnić przestrzeń pozostawioną przez wznoszące się cieplejsze powietrze. Ciepłe powietrze ochładza się, gdy zbliża się do szczytu troposfery i opada z powrotem w kierunku powierzchni Ziemi, tworząc w atmosferze prądy konwekcyjne.
Systemy pogodowe o wysokim ciśnieniu zazwyczaj wynikają z układów powietrza chłodniejszego, podczas gdy układy pogodowe o niskim ciśnieniu zwykle wynikają z układów powietrza cieplejszego.
Efekt Coriolisa i kierunek wiatru
Gdyby Ziemia się nie obracała, prądy konwekcyjne w atmosferze mogłyby wytworzyć wiatry, które wiłyby od biegunów aż do równika. Obrót Ziemi wokół własnej osi powoduje jednak, że efekt Coriolisa. Wirująca Ziemia odchyla wiatr z linii prostej w krzywą. Im silniejszy wiatr, tym większa krzywa.
Na półkuli północnej ugięcie zakrzywia się w prawo. Na półkuli południowej ugięcie zakrzywia się w lewo. Innym sposobem rozważenia kierunku efektu Coriolisa jest perspektywa astronauty unoszącego się bezpośrednio nad biegunem północnym. Balon helowy wypuszczony na północ od równika podróżowałby w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
Gdyby astronauta znajdował się nad biegunem południowym, a balon został wypuszczony na południe od równika, balon wydawałby się poruszać w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.
Pasaty, wiatry zachodnie i polarne wschodnie
Tymczasem wracając na równik, schładzające się powietrze na szczycie kolumny wznoszącego się powietrza jest spychane na bok i zaczyna opadać z powrotem na powierzchnię Ziemi. Efekt Coriolisa skręca wznoszące się i opadające powietrze w pobliżu równika we wzór wiatru zwany pasatami. Na półkuli północnej pasaty płyną z północnego wschodu na południowy zachód, podczas gdy na półkuli południowej pasaty płyną z południowego wschodu na północny zachód.
Kierunek wiatru na średnich szerokościach geograficznych płynie w przeciwnym kierunku, zazwyczaj z zachodu na wschód. Wzorce pogodowe w USA przesuwają się z zachodniego wybrzeża na wschodnie. Te wiatry nazywają się zachodnie.
Powyżej 60°N i poniżej 60°S szerokości geograficznej wiatr próbuje wiać w kierunku równika, ale efekt Coriolisa skręca wiatr we wzór zwany polarne wschodnie.
Pierwsi odkrywcy poznali te ogólne wzorce i wykorzystali je do odkrywania świata. Te wzorce wiatru stanowiły stałe źródło napędu dla żaglowców podróżujących z Europy i Afryki do Nowego Świata iz powrotem.
Temperatura, ciśnienie powietrza i wiatr
Różnice ciśnień, które powodują wiatr, są spowodowane różnicami temperatury. Lokalne wzorce wiatrów mogą wydawać się naruszać globalne wzorce wiatrów, dopóki nie zostaną dokładniej zbadane.
Bryza lądowa i morska
Obszary lądowe ogrzewają się i chłodzą szybciej niż woda. W ciągu dnia ziemia się nagrzewa, co ogrzewa powietrze nad ziemią. Ciepłe powietrze unoszące się nad lądem wciąga chłodniejsze powietrze z wody. W nocy zachodzi proces odwrotny.
Woda utrzymuje temperaturę dłużej niż ląd, więc cieplejsze powietrze unosi się, pobierając chłodniejsze powietrze znad lądu. Ten wzór przybrzeżny występuje z lokalnie stopniowymi lub niewielkimi różnicami ciśnień. Silniejsze systemy ciśnieniowe niwelują niewielką różnicę ląd-woda, która powoduje te bryzy.
Wiatry górskie i dolinowe
Podobne zjawisko lokalne występuje na terenach górskich. Słońce ogrzewa ziemię, która ogrzewa otaczające powietrze. Ogrzane powietrze unosi się, a zimniejsze powietrze dalej od ziemi wnika, wypychając cieplejsze powietrze w górę. W nocy chłodzenie gruntu chłodzi powietrze przylegające do gruntu.
Zimniejsze, gęstsze powietrze spływa z góry. Ten przepływ powietrza może stać się skoncentrowaną bryzą w kanionach, określaną jako drenaż zimnego powietrza.
Tornada i huragany
Ekstremalne wiatry tornad i huraganów również wynikają z różnic ciśnień. Niezwykle mała odległość między wysokociśnieniową warstwą zewnętrzną a niskociśnieniowym rdzeniem może generować prędkość wiatru przekraczającą 200 mil na godzinę. Skala wiatru Beauforta ocenia te wiatry na podstawie zaobserwowanych zjawisk. (Patrz odniesienia do skali wiatru Beauforta)
