Hvað er það sem ákvarðar vindátt?

Það er margt sem ákvarðar vindátt og fer bæði eftir staðháttum og tíma dags og árs. Mishitun yfirborðs jarðar og/eða lofthjúpsins vekur flesta vinda, en ákvarðar ekki áttina ein og sér.

Umfjöllun í veðurfræði greinir oft á milli stærðar veðurkerfa, það er hver kvarði þeirra er. Þá er talað um hnatt-, stóran, meðalstóran og smáan og/eða staðbundinn kvarða. Mörkin milli þeirra eru ekki fastskilgreind. Á hnattkvarða og stórkvarða eru þrýstikraftur og svigkraftur jarðar ráðandi um vindátt, en eftir því sem kvarðinn er minni eða staðbundnari skiptir landslag og núningur vinds við mismunandi yfirborð meira og meira máli. Hér að neðan er fyrst fjallað um stærri kvarðana en minnst á þá minni í lokin.

Hreyfing á jörðinni er í raun og veru samsett úr tveimur þáttum. Annar er sá sem við sjáum eða finnum. Hlutir breyta innbyrðis um afstöðu, þeir hreyfast úr stað, loft streymir úr einum stað í annan. Loft á hreyfingu finnum við sem vind. Hinn þátturinn er sá að allir hlutir hreyfast í snúningsstefnu jarðar – mishratt eftir breiddarstigi. Svo lengi sem ekkert hreyfist úr stað miðað við yfirborð jarðar verðum við ekkert vör við þennan hreyfingarþátt, kraftajafnvægi ríkir. En við sjáum hreyfinguna óbeint á gangi sólar og annarra himinhnatta.

Það er margt sem ákvarðar vindátt og fer bæði eftir staðháttum og tíma dags og árs.

Fyrsta lögmál Newtons, tregðulögmálið, segir að hlutur á hreyfingu leitist við að halda henni óbreyttri, bæði hraða og stefnu. Það sem hreyfist úr einum stað í annan fer út úr jafnvægi því sem það var í þegar það var kyrrstætt og þarf því að berjast við tregðuna – líka þann dulda þátt hennar sem í snúningnum felst. Hún kemur þá fram sem kraftur sem leitast við að leiðrétta það jafnvægi sem áður ríkti.

Þessi „leiðréttingarkraftur“ eða „tregkraftur“ kemur ekki fram nema þegar hreyfing á sér stað. Hans verður alls staðar vart þar sem afstaða hlutar til snúingsáss í hringhreyfingu breytist. Nefnist hann svigkraftur á íslensku. Tregkraftur sem vaknar á þennan hátt í lofthjúpnum nefnist svigkraftur jarðar. Hann er einnig nefndur Corioliskraftur eftir frægum frönskum nítjándualdareðlisfræðingi.

Vegna þess að hér er um tregkraft að ræða fer stærð hans eftir því hversu hröð hreyfingin er og hversu lengi hún stendur. Lítil og hægfara hreyfing vekur það lítinn svigkraft að hans verður ekki eða varla vart. Hreyfing sem er mikil eða stendur lengi vekur öflugan eða langvinnan svigkraft sem hefur afgerandi áhrif á hreyfinguna.

Þrýstikraftur leitast við að jafna þrýstimun með því að beina lofti frá þeim stað sem hann er hár til staða með lægri þrýsting og þar með hækka þrýstinginn þar en lækka í upphaflega staðnum. Vindur verður til. Þetta gerist því ákafar sem þrýstimunurinn er meiri. Eftir því sem vindstyrkurinn (þrýstimunurinn) er meiri því sterkari verður svigkraftur jarðar. Fjölmargt getur valdið þrýstimun sem vekur vind.

Svörtu örvarnar tákna hraða og stefnu vindsins, vindur sem er lítill í upphafi vaknar við að falla frá háþrýstingi til lágþrýstings, vex síðan en beygir smám saman til hægri og nær að lokum jafnvægi þar sem þrýstikraftur (blá ör) og svigkraftur (brúnleit ör) togast á.

Af ástæðum sem of langt mál er að skýra hér kemur leiðrétting kraftajafnvægisins alltaf fram sem (treg-)kraftur til hægri við hreyfistefnu á norðurhveli en til vinstri á suðurhveli.

Svigkrafturinn snýr þeim vindi sem þrýstikrafturinn vekur til hægri (á norðurhveli) uns kraftarnir eru orðnir jafnstórir og toga sinn í hvora áttina. Loftið heldur áfram að hreyfast meðan nægilegur þrýstimunur er fyrir hendi, hreyfistefnan er hornrétt til hægri við þrýstikraftinn – vindur blæs samsíða jafnþrýstilínum með þrýstikraft á vinstri hönd en svigkraft á þá hægri.

Þriðji kraftur kemur einnig við sögu, núningur. Hann er mestur niður við jörð. Áhrif hans minnka upp á við. Hversu langt upp hans gætir fer eftir gerð yfirborðs, landslagi og stöðugleika lofsins. Núningur hefur lítil bein áhrif á þrýstikraft (við látum óbeinu áhrifin liggja á milli hluta) en aftur á móti umtalsverð á vindhraðann, hann dregur úr honum. Þar með minnka áhrif svigkrafts jarðar á hreyfinguna því þau eru eingöngu háð vindhraðanum.

Núningur breytir ekki stefnu þrýstikrafts. Þegar áhrif svigkraftsins dvína vegna núnings hefur þrýstikrafturinn betur og vindstefna verður ekki lengur samsíða jafnþrýstilínum heldur í gegnum þær, í átt að lægri þrýstingi. Núningurinn hefur því breytt áttinni og er þar með orðinn eitt af því sem ákvarðar vindátt.

Með vindmyllum má virkja þá orku sem býr í vindinum.

Núningur skiptir máli á öllum kvörðum hreyfingar í lofthjúpnum en áhrif hans verða því meira áberandi eftir því sem kvarðinn er minni. Skyndilegar breytingar á núningi, til dæmis þegar vindur blæs af hafi inn yfir land, hafa áhrif á vindhraða og þar með svigkraft jarðar og vindstefnu.

Landslag er einnig áhrifaþáttur. Loft blæs ekki í gengum fjöll og hæðir heldur verður það að fara yfir eða fram hjá. Þegar loft er stöðugt leitast það við að fylgja landslagi. Stefna dala og fjarða ræður þá vindátt að miklu leyti en þó þannig að vindur blæs langoftast í átt að lægri þrýstingi – samsíða þrýstivindi gefi landslag tilefni til þess en annars allt að því þvert á þrýstivindinn.

Á smæsta kvarða hafa gróður og mannvirki áhrif á vindstefnu sem getur þá verið allt önnur en sú vindátt sem þrýsti- og svigkraftur ráða.

Stundum er það þyngdarafl frekar en þrýstikraftur sem vekur vind. Þetta gerist einkum þegar þrýstivindur er mjög lítill. Loft sem kólnar að nóttu yfir köldu landi leitar niður á við undan hallanum líkt og um vatnsstraum væri að ræða. Þyngdaraflið getur við sérstakar aðstæður aukið hraða vindsins umfram það sem þrýstivindur segir til um.

Fleiri áhrifaþætti mætti telja en verður ekki gert hér.

Hægt er að lesa meira um vind á Hungurdiskum, bloggsíðu höfundar, til dæmis pistlana Þrýstivindur - hvað er það? og Þrýstivindur - hjáþrýstivindur.

Myndir:

Fyrsta mynd: wind | Flickr - Photo Sharing! Birt undir Creative Commons-leyfi. Myndrétthafi er followtheseinstructions. (Sótt 9.7.2012).
Önnur mynd: Þrýstivindur - hvað er það? Trausti Jónsson. (Sótt 7.6.2012).
Þriðja mynd: Wind - Wikipedia, the free encyclopedia. (Sótt 9.7.2012).

Sendu inn spurningu

Hvað er það sem ákvarðar vindátt?

Útgáfudagur

Spyrjandi

Efnisorð

Höfundur

Tilvísun

Frekara lesefni á Vísindavefnum

Vísindadagatalið

Kóran

Nýleg svör