Winde und die Druckgradientenkraft

Wind ist die Bewegung von Luft über die Erdoberfläche und wird durch Luftdruckunterschiede zwischen verschiedenen Orten erzeugt. Die Windstärke kann von einer leichten Brise bis zur Hurrikanstärke variieren und wird mit der Beaufort-Windskala gemessen.

Winde werden nach der Richtung benannt, aus der sie stammen. Zum Beispiel ist ein Westwind ein Wind, der aus dem Westen kommt und nach Osten weht. Die Windgeschwindigkeit wird mit einem Windmesser gemessen und die Richtung mit einer Windfahne bestimmt.

Da Wind durch Luftdruckunterschiede erzeugt wird, ist es wichtig, dieses Konzept auch bei der Untersuchung des Windes zu verstehen. Der Luftdruck wird durch die Bewegung, Größe und Anzahl der in der Luft vorhandenen Gasmoleküle erzeugt. Dies variiert je nach Temperatur und Dichte der Luftmasse.

Im Jahr 1643 entwickelte Evangelista Torricelli, eine Schülerin von Galileo, das Quecksilberbarometer, um den Luftdruck nach dem Studium von Wasser und Pumpen im Bergbau zu messen. Mit ähnlichen Instrumenten können Wissenschaftler heute den normalen Meeresspiegeldruck bei etwa 1013,2 Millibar (Kraft pro Quadratmeter Oberfläche) messen..

Die Druckgradientenkraft und andere Auswirkungen auf den Wind

In der Atmosphäre wirken sich verschiedene Kräfte auf die Geschwindigkeit und Richtung der Winde aus. Das wichtigste ist jedoch die Erdanziehungskraft. Während die Schwerkraft die Erdatmosphäre komprimiert, entsteht Luftdruck - die treibende Kraft des Windes. Ohne die Schwerkraft gäbe es keine Atmosphäre oder Luftdruck und somit keinen Wind.

Die Kraft, die tatsächlich für die Bewegung der Luft verantwortlich ist, ist die Druckgradientenkraft. Unterschiede im Luftdruck und im Druckgradienten werden durch die ungleiche Erwärmung der Erdoberfläche verursacht, wenn sich die einfallende Sonnenstrahlung am Äquator konzentriert. Zum Beispiel ist die Luft dort aufgrund des Energieüberschusses in niedrigen Breiten wärmer als an den Polen. Warme Luft ist weniger dicht und hat einen niedrigeren Luftdruck als die kalte Luft in hohen Breiten. Diese Luftdruckunterschiede erzeugen die Druckgradientenkraft und den Wind, wenn sich Luft ständig zwischen Bereichen mit hohem und niedrigem Druck bewegt.

Um Windgeschwindigkeiten anzuzeigen, wird der Druckgradient mithilfe von Isobaren, die zwischen Bereichen mit hohem und niedrigem Druck abgebildet werden, auf Wetterkarten aufgezeichnet. Weit voneinander entfernte Balken repräsentieren ein allmähliches Druckgefälle und leichte Winde. Diese näher beieinander zeigen ein steiles Druckgefälle und starke Winde.

Schließlich beeinflussen sowohl die Coriolis-Kraft als auch die Reibung den Wind auf der ganzen Welt erheblich. Die Coriolis-Kraft lenkt den Wind von seinem geraden Weg zwischen Hoch- und Niederdruckgebieten ab und die Reibungskraft verlangsamt den Wind, wenn er über die Erdoberfläche wandert.

Winde der oberen Ebene

Innerhalb der Atmosphäre gibt es unterschiedliche Luftzirkulationsniveaus. Diese in der mittleren und oberen Troposphäre sind jedoch ein wichtiger Teil der Luftzirkulation der gesamten Atmosphäre. Verwenden Sie 500 Millibar (mb) als Bezugspunkt, um diese Zirkulationsmuster für den oberen Luftdruck abzubilden. Dies bedeutet, dass die Höhe über dem Meeresspiegel nur in Gebieten mit einem Luftdruck von 500 mb aufgezeichnet wird. Zum Beispiel könnten über einem Meer 500 mb 18.000 Fuß in die Atmosphäre sein, über Land jedoch 19.000 Fuß. Im Gegensatz dazu zeichnen Oberflächenwetterkarten Druckunterschiede basierend auf einer festen Höhe, normalerweise auf Meereshöhe, auf.

Das Niveau von 500 mb ist wichtig für Winde, da Meteorologen durch die Analyse der Winde in höheren Lagen mehr über die Wetterbedingungen an der Erdoberfläche erfahren können. Häufig erzeugen diese Winde der oberen Ebene das Wetter und die Windmuster an der Oberfläche.

Zwei für Meteorologen wichtige Windmuster in der oberen Ebene sind die Rossby-Wellen und der Jetstream. Rossby-Wellen sind bedeutend, weil sie kalte Luft nach Süden und warme Luft nach Norden bringen und so Luftdruck und Wind unterscheiden. Diese Wellen entwickeln sich entlang des Jetstreams.

Lokale und regionale Winde

Zusätzlich zu den globalen Windmustern auf niedriger und höherer Ebene gibt es verschiedene Arten lokaler Winde auf der ganzen Welt. Land-See-Brisen, die an den meisten Küsten auftreten, sind ein Beispiel. Diese Winde werden durch die Temperatur- und Dichteunterschiede zwischen Luft über Land und Wasser verursacht, sind jedoch auf Küstengebiete beschränkt.

Berg-Tal-Brisen sind ein weiteres lokalisiertes Windmuster. Diese Winde entstehen, wenn die Bergluft nachts schnell abkühlt und in Täler abfließt. Darüber hinaus erwärmt sich die Talluft tagsüber schnell und steigt am Hang an, wodurch nachmittags eine Brise weht.

Einige andere Beispiele für lokale Winde sind die warmen und trockenen Santa Ana-Winde in Südkalifornien, der kalte und trockene Mistralwind im französischen Rhône-Tal, der sehr kalte, normalerweise trockene Bora-Wind an der Ostküste der Adria und die Chinook-Winde im Norden Amerika.

Winde können auch in großem regionalen Maßstab auftreten. Ein Beispiel für diese Art von Wind wären katabatische Winde. Dies sind durch die Schwerkraft verursachte Winde, die manchmal als Drainagewind bezeichnet werden, da sie ein Tal oder einen Hang hinunterfließen, wenn dichte, kalte Luft in großen Höhen durch die Schwerkraft bergab fließt. Diese Winde sind normalerweise stärker als Gebirgstalbrisen und treten über größeren Gebieten wie einem Plateau oder Hochland auf. Beispiele für katabatische Winde sind solche, die von der Antarktis und von Grönlands riesigen Eisdecken abwehen.