Ветер играет важную роль в погоде на Земле. Официальная максимальная скорость ветра 253 мили в час была отмечена в 1996 году во время циклона Оливия в Австралии. Неофициальный самый быстрый ветер, 318 миль в час, по расчетам доплеровского радара, случился во время торнадо возле Оклахома-Сити в 1999 году. Понимание того, что вызывает ветер, особенно эти разрушительные ветры, начинается с понимания того, как Солнце нагревает поверхность Земли.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Ветер возникает, когда воздух перемещается из системы высокого давления в систему низкого давления. Чем больше перепад давления, тем сильнее ветер. Разница температур вызывает эти перепады давления.
Энергия Солнца
Энергия Солнца неравномерно нагревает атмосферу Земли. На экваторе нагревание относительно стабильное, в то время как энергия Солнца распространяется на все большую и большую площадь по мере увеличения широты. Эта разница в распределении энергии создает глобальные модели ветров.
По мере того, как атмосфера нагревается, более теплый воздух поднимается вверх, что создает области с более низким давлением. Более холодный и плотный воздух, образующий смежные системы высокого давления, движется, чтобы заполнить пространство, оставленное поднимающимся более теплым воздухом. Теплый воздух охлаждается, когда приближается к вершине тропосферы, и опускается обратно к поверхности Земли, создавая конвекционные потоки в атмосфере.
Погодные системы с высоким давлением обычно возникают из-за более холодных потоков воздуха, в то время как погодные системы с низким давлением обычно возникают из-за более теплых потоков воздуха.
Эффект Кориолиса и направление ветра
Если бы Земля не вращалась, конвекционные потоки в атмосфере могли бы вызвать ветры, дующие от полюсов до экватора. Однако вращение Земли вокруг своей оси вызывает Эффект Кориолиса. Вращающаяся Земля отклоняет ветер от прямой линии к кривой. Чем сильнее ветер, тем круче кривая.
В северном полушарии отклонения кривые вправо. В южном полушарии отклонения кривые влево. Другой способ рассмотреть направление эффекта Кориолиса - с точки зрения астронавта, парящего прямо над Северным полюсом. Воздушный шар с гелием, выпущенный к северу от экватора, будет двигаться против часовой стрелки.
Если бы астронавт находился над южным полюсом, а воздушный шар был выпущен к югу от экватора, казалось бы, что воздушный шар движется по часовой стрелке.
Пассаты, западные и полярные восточные ветры
Тем временем, возвращаясь к экватору, охлаждающий воздух в верхней части восходящего столба воздуха отталкивается в сторону и начинает падать обратно на поверхность Земли. Эффект Кориолиса закручивает восходящий и падающий воздух, ближайший к экватору, по ветру, называемому пассатом. В северном полушарии пассаты текут с северо-востока на юго-запад, а в южном полушарии - с юго-востока на северо-запад.
В средних широтах направление ветра противоположное, как правило, с запада на восток. Погода в США перемещается с западного побережья на восточное. Эти ветры называют западные ветры.
Выше 60 ° северной широты и ниже 60 ° южной широты ветер пытается дуть в сторону экватора, но эффект Кориолиса закручивает ветер по схеме, называемой полярные восточные ветры.
Первые исследователи узнали об этих общих закономерностях и использовали их для исследования мира. Эти ветры обеспечивали постоянный источник движения для парусных судов, путешествующих из Европы и Африки в Новый Свет и обратно.
Температура, давление воздуха и ветер
Разница в давлении, вызывающая ветер, вызвана разницей в температуре. Может показаться, что местные режимы ветра нарушают глобальные режимы ветра, пока не будут изучены более подробно.
Сухой и морской бриз
Земельные участки нагреваются и охлаждаются быстрее, чем вода. Днем нагревается земля, нагревая воздух над ней. Теплый воздух, поднимающийся над землей, втягивает более холодный воздух из воды. Ночью происходит обратный процесс.
Вода сохраняет температуру дольше, чем земля, поэтому более теплый воздух поднимается вверх, забирая более прохладный воздух с земли. Эта прибрежная картина наблюдается с местами постепенными или небольшими перепадами давления. Более сильные напорные системы сводят на нет небольшую разницу между сушей и водой, которая вызывает эти бризы.
Горные и долинные ветры
Подобное местное явление наблюдается в горных районах. Солнце нагревает землю, нагревая прилегающий воздух. Нагретый воздух поднимается вверх, и более холодный воздух, находящийся дальше от земли, входит внутрь, выталкивая более теплый воздух в гору. Ночью охлаждение грунта приводит к охлаждению воздуха, прилегающего к земле.
Более холодный и плотный воздух стекает с горы. Этот воздушный поток может превратиться в концентрированный ветерок в каньонах, называемый дренажем холодного воздуха.
Торнадо и ураганы
Сильные ветры торнадо и ураганов также возникают из-за разницы давлений. Чрезвычайно небольшое расстояние между внешним слоем высокого давления и сердечником низкого давления может создавать скорость ветра, превышающую 200 миль в час. Шкала ветра Бофорта оценивает эти ветры на основе наблюдаемых явлений. (См. Ссылки на шкалу ветра Бофорта)