Sólin Sólin Rís 02:55 • sest 24:04 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 13:30 • Sest 02:26 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 12:25 • Síðdegis: 24:49 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 06:10 • Síðdegis: 18:35 í Reykjavík

Hvaðan kemur kuldinn?

Trausti Jónsson

Öll spurningin hljóðaði svona:
Almennt virðist talið að kuldinn komi frá íshettum pólanna - kemur kuldinn ekki frá háloftum niður yfir pólum og dreifist þaðan?

Einfalda svarið er að „heimkynni kuldans“ eru að vetrarlagi yfir nyrstu svæðum meginlandanna, Norður-Ameríku og Asíu, en yfir Norður-Íshafi að sumarlagi. Þetta eru köldustu svæði norðurhvels og þaðan „kemur“ kuldinn.

Grunnorsaka alls veðurs á jörðinni má leita í misjafnri dreifingu sólgeislunar á yfirborð hennar. Sólgeislunin berst hindrunarlítið í gegnum lofthjúpinn, endurkastast að vísu að nokkru leyti frá skýjum og yfirborði, en hitar yfirborð lands og sjávar og veldur einnig uppgufun vatns. Sólarylurinn nýtist best þar sem sól skín sem næst lóðrétt niður á yfirborð. Það gerist í hitabeltinu – milli hvarfbauganna tveggja og nærri þeim. Norðar og sunnar fellur sólarljósið á ská og því meira eftir því sem norðar og sunnar dregur, og meira á vetrum heldur en á sumrin. Á vetrum er alveg sólarlaust handan heimskautsbauganna.

Sólarylurinn nýtist best næst miðbaug, þar fara geislarnir styttri leið í gegnum lofthjúpinn og dreifast á minni flöt.

Þessi misdreifing veldur því að mun hlýrra er í hitabeltinu og næst því heldur en norðar. Lofthjúpurinn leitast við að jafna hitamuninn – tekst það reyndar býsna vel, en hefur samt ekki alveg undan. Lofthjúpurinn sér um megnið af varmaflutningnum, en hafstraumar taka einnig þátt. Sá er munur á lofti og sjó að loftið geymir varma illa, en sjórinn vel. Sjórinn jafnar því hitasveiflur milli sumars og vetrar, árstíðasveifla hita er mun minni yfir hafi en landi. Þetta þýðir að „heimkynna kuldans“ er ekki að leita yfir sjó.

Á þeirri fullyrðingu er reyndar dálítil undantekning – sem skiptir máli hér á landi. Að sumarlagi tekst sólarylnum að hita bæði meginlöndin, langt norður á bóginn, en ekki fyrr en tekist hefur að bræða þar allan vetrarsnjó. Ísinn á Norður-Íshafi situr hins vegar eftir, þar er hiti loftsins nærri frostmarki mestallt sumarið yfir bráðnandi ísnum. Stöku sinnum er greiður aðgangur lofts að norðan til Íslands frá þessum sumarheimkynnum kuldans. Þó ís þeki Norður-Íshafið að vetrarlagi er yfirborð íssins oftast ívið hlýrra heldur en yfirborð meginlandanna sitt hvoru megin við það, íshellan er sjaldan alveg samfelld og íshellan þunn sums staðar. Köldustu svæðanna er því fremur að leita á meginlöndunum heldur en yfir ísnum að vetrarlagi. Á þessu eru þó auðvitað undantekningar einstaka daga eða vikur.

Hlýtt loft er léttara heldur en kalt. Þetta veldur því að kalt loft liggur ætíð undir hlýju (við þurfum ekki að hafa áhyggjur af örfáum undantekningum þeirrar reglu). Við getum reynt að hræra þessu kalda og hlýja lofti saman og síðan mælt hitann. Þá kemur í ljós að hann fellur um 1°C á hverja 100 metra hækkun – samt hefur köldu og hlýju lofti verið blandað saman. Þrýstingur fellur líka með hæð, helmingast hér um bil á hverjum 5 km. Náið samband er á milli þrýstings og hita í vel blönduðu lofti. Til að bera saman hita í mismunandi hæð þurfum við að „leiðrétta“ fyrir hæðarmun og tölum þá um þrýstileiðréttan hita eða „mættishita“. Mættishiti varðveitist – svo lengi sem við hvorki bætum varma í loftið né nemum hann á brott. Glati loftið varma fellur mættishiti þess og það sígur niður á við, bætist varmi í það stígur mættishitinn og loftið lyftist.

Í stórum dráttum er lofthjúpurinn í flotjafnvægi, lóðréttur hraði lofts á hreyfingu er minni en hundraðasti hluti af láréttum hraða þess, jafnvel þúsundasti hluti. Dæmigerður vindhraði (láréttur) er um 10 m/s, en lóðréttur vindhraði er oftast ekki nema einhverjir sentimetrar á sekúndu.

Það er ekki mjög margt sem getur raskað jafnvæginu. Þegar það er rannsakað sést að það sem skiptir mestu máli er hver hiti böggulsins er - miðað við aðra böggla í sömu hæð (flothæð). Hitni hann umfram nágrennið missir hann hald og lyftist, flotið eykst. Lyftingin heldur áfram þar til hann er ekki lengur hlýrri en nágrannabögglarnir. Hærra fer hann ekki. Kólni böggullinn umfram nágrennið rýrnar flotið og hann sígur niður. Í versta tilviki getur hann misst flot og hrapað „stjórnlaust“ til jarðar - þá er illt í efni.

Loft sem hlýnar á suðurslóðum og leitar til norðurs leggst því oftast ofan á kaldara loft sem fyrir er, en getur líka blandast því að einhverju leyti. Erfitt er að koma þessu hlýja lofti niður til jarðar. Best gengur það í hvössum vindi í fjalllendi, þar getur hlýrra loft að ofan blandast því kaldara sem neðst liggur.

Heimkynni kuldans eru yfir Norður-Íshafinu að sumarlagi.

Kæling er mest í heiðskíru veðri næst snævi þöktu yfirborði jarðar – nær enginn varmi berst loftinu að neðan, en loftið tapar varma út í geiminn. Um leið og einverri hæð er náð á einhver blöndun sér ætíð stað. Gróflega má segja að loft í veðrahvolfinu á norðurslóðum kólni um það bil 1°C á dag í heiðskíru veðri – blandist suðrænna loft ekki saman við það. Kólnunin er mest neðst – en jafnast út þegar ofar dregur.

Fái loft að dvelja í „friði“ um hríð yfir norðurhlutum meginlandanna, til dæmis í tvær til þrjár vikur, getur það því kólnað verulega – mest neðst, en líka ofar. En athugum vel, að fari það að kólna meira ofan til heldur en neðar missir efra loftið flot og blandast strax lofti fyrir neðan. Kaldasta loftið er því ætíð neðst. Um leið og loft frá þessum svæðum kemst út yfir hlýrra undirlag, til dæmis sjávarflöt, hlýnar það að neðan.

Við sitjum því uppi með einfalda svarið sem gefið var í upphafi þessa pistils: „Heimkynni kuldans“ eru að vetrarlagi yfir nyrstu svæðum meginlandanna, Norður-Ameríku og Asíu, en yfir Norður-Íshafi að sumarlagi. Þetta eru köldustu svæði norðurhvels og þaðan „kemur“ kuldinn. Að auki vitum við að kalt loft kemur aldrei að ofan (í stórum stíl).

Kaldast verður á Íslandi þegar loft berst úr Norður-Íshafi til suðurs meðfram austurströnd Grænlands, þar er sjór oftast ísi þakinn. Þetta loft hefur kólnað yfir íshafinu sjálfu, eða er þangað komið frá Ameríku eða Síberíu. Kalt loft getur einnig komið til landsins frá Norður-Kanada fram hjá suðurodda Grænlands. Sjór er þá búinn að hita það í nokkra daga áður en hingað er komið. Í undantekningartilvikum getur kalt loft komið beint yfir Grænland, en slíkar aðstæður eru sjaldgæfar. Kalt loft getur einnig komið frá Evrópu að vetralagi, en það hefur þá hlýnað að mun yfir hlýjum hafstraumum sem liggja á milli.

Myndir:

Höfundur

Trausti Jónsson

veðurfræðingur

Útgáfudagur

2.6.2021

Spyrjandi

Sævar Magnússon

Tilvísun

Trausti Jónsson. „Hvaðan kemur kuldinn?“ Vísindavefurinn, 2. júní 2021. Sótt 18. júní 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=81555.

Trausti Jónsson. (2021, 2. júní). Hvaðan kemur kuldinn? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=81555

Trausti Jónsson. „Hvaðan kemur kuldinn?“ Vísindavefurinn. 2. jún. 2021. Vefsíða. 18. jún. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=81555>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvaðan kemur kuldinn?
Öll spurningin hljóðaði svona:

Almennt virðist talið að kuldinn komi frá íshettum pólanna - kemur kuldinn ekki frá háloftum niður yfir pólum og dreifist þaðan?

Einfalda svarið er að „heimkynni kuldans“ eru að vetrarlagi yfir nyrstu svæðum meginlandanna, Norður-Ameríku og Asíu, en yfir Norður-Íshafi að sumarlagi. Þetta eru köldustu svæði norðurhvels og þaðan „kemur“ kuldinn.

Grunnorsaka alls veðurs á jörðinni má leita í misjafnri dreifingu sólgeislunar á yfirborð hennar. Sólgeislunin berst hindrunarlítið í gegnum lofthjúpinn, endurkastast að vísu að nokkru leyti frá skýjum og yfirborði, en hitar yfirborð lands og sjávar og veldur einnig uppgufun vatns. Sólarylurinn nýtist best þar sem sól skín sem næst lóðrétt niður á yfirborð. Það gerist í hitabeltinu – milli hvarfbauganna tveggja og nærri þeim. Norðar og sunnar fellur sólarljósið á ská og því meira eftir því sem norðar og sunnar dregur, og meira á vetrum heldur en á sumrin. Á vetrum er alveg sólarlaust handan heimskautsbauganna.

Sólarylurinn nýtist best næst miðbaug, þar fara geislarnir styttri leið í gegnum lofthjúpinn og dreifast á minni flöt.

Þessi misdreifing veldur því að mun hlýrra er í hitabeltinu og næst því heldur en norðar. Lofthjúpurinn leitast við að jafna hitamuninn – tekst það reyndar býsna vel, en hefur samt ekki alveg undan. Lofthjúpurinn sér um megnið af varmaflutningnum, en hafstraumar taka einnig þátt. Sá er munur á lofti og sjó að loftið geymir varma illa, en sjórinn vel. Sjórinn jafnar því hitasveiflur milli sumars og vetrar, árstíðasveifla hita er mun minni yfir hafi en landi. Þetta þýðir að „heimkynna kuldans“ er ekki að leita yfir sjó.

Á þeirri fullyrðingu er reyndar dálítil undantekning – sem skiptir máli hér á landi. Að sumarlagi tekst sólarylnum að hita bæði meginlöndin, langt norður á bóginn, en ekki fyrr en tekist hefur að bræða þar allan vetrarsnjó. Ísinn á Norður-Íshafi situr hins vegar eftir, þar er hiti loftsins nærri frostmarki mestallt sumarið yfir bráðnandi ísnum. Stöku sinnum er greiður aðgangur lofts að norðan til Íslands frá þessum sumarheimkynnum kuldans. Þó ís þeki Norður-Íshafið að vetrarlagi er yfirborð íssins oftast ívið hlýrra heldur en yfirborð meginlandanna sitt hvoru megin við það, íshellan er sjaldan alveg samfelld og íshellan þunn sums staðar. Köldustu svæðanna er því fremur að leita á meginlöndunum heldur en yfir ísnum að vetrarlagi. Á þessu eru þó auðvitað undantekningar einstaka daga eða vikur.

Hlýtt loft er léttara heldur en kalt. Þetta veldur því að kalt loft liggur ætíð undir hlýju (við þurfum ekki að hafa áhyggjur af örfáum undantekningum þeirrar reglu). Við getum reynt að hræra þessu kalda og hlýja lofti saman og síðan mælt hitann. Þá kemur í ljós að hann fellur um 1°C á hverja 100 metra hækkun – samt hefur köldu og hlýju lofti verið blandað saman. Þrýstingur fellur líka með hæð, helmingast hér um bil á hverjum 5 km. Náið samband er á milli þrýstings og hita í vel blönduðu lofti. Til að bera saman hita í mismunandi hæð þurfum við að „leiðrétta“ fyrir hæðarmun og tölum þá um þrýstileiðréttan hita eða „mættishita“. Mættishiti varðveitist – svo lengi sem við hvorki bætum varma í loftið né nemum hann á brott. Glati loftið varma fellur mættishiti þess og það sígur niður á við, bætist varmi í það stígur mættishitinn og loftið lyftist.

Í stórum dráttum er lofthjúpurinn í flotjafnvægi, lóðréttur hraði lofts á hreyfingu er minni en hundraðasti hluti af láréttum hraða þess, jafnvel þúsundasti hluti. Dæmigerður vindhraði (láréttur) er um 10 m/s, en lóðréttur vindhraði er oftast ekki nema einhverjir sentimetrar á sekúndu.

Það er ekki mjög margt sem getur raskað jafnvæginu. Þegar það er rannsakað sést að það sem skiptir mestu máli er hver hiti böggulsins er - miðað við aðra böggla í sömu hæð (flothæð). Hitni hann umfram nágrennið missir hann hald og lyftist, flotið eykst. Lyftingin heldur áfram þar til hann er ekki lengur hlýrri en nágrannabögglarnir. Hærra fer hann ekki. Kólni böggullinn umfram nágrennið rýrnar flotið og hann sígur niður. Í versta tilviki getur hann misst flot og hrapað „stjórnlaust“ til jarðar - þá er illt í efni.

Loft sem hlýnar á suðurslóðum og leitar til norðurs leggst því oftast ofan á kaldara loft sem fyrir er, en getur líka blandast því að einhverju leyti. Erfitt er að koma þessu hlýja lofti niður til jarðar. Best gengur það í hvössum vindi í fjalllendi, þar getur hlýrra loft að ofan blandast því kaldara sem neðst liggur.

Heimkynni kuldans eru yfir Norður-Íshafinu að sumarlagi.

Kæling er mest í heiðskíru veðri næst snævi þöktu yfirborði jarðar – nær enginn varmi berst loftinu að neðan, en loftið tapar varma út í geiminn. Um leið og einverri hæð er náð á einhver blöndun sér ætíð stað. Gróflega má segja að loft í veðrahvolfinu á norðurslóðum kólni um það bil 1°C á dag í heiðskíru veðri – blandist suðrænna loft ekki saman við það. Kólnunin er mest neðst – en jafnast út þegar ofar dregur.

Fái loft að dvelja í „friði“ um hríð yfir norðurhlutum meginlandanna, til dæmis í tvær til þrjár vikur, getur það því kólnað verulega – mest neðst, en líka ofar. En athugum vel, að fari það að kólna meira ofan til heldur en neðar missir efra loftið flot og blandast strax lofti fyrir neðan. Kaldasta loftið er því ætíð neðst. Um leið og loft frá þessum svæðum kemst út yfir hlýrra undirlag, til dæmis sjávarflöt, hlýnar það að neðan.

Við sitjum því uppi með einfalda svarið sem gefið var í upphafi þessa pistils: „Heimkynni kuldans“ eru að vetrarlagi yfir nyrstu svæðum meginlandanna, Norður-Ameríku og Asíu, en yfir Norður-Íshafi að sumarlagi. Þetta eru köldustu svæði norðurhvels og þaðan „kemur“ kuldinn. Að auki vitum við að kalt loft kemur aldrei að ofan (í stórum stíl).

Kaldast verður á Íslandi þegar loft berst úr Norður-Íshafi til suðurs meðfram austurströnd Grænlands, þar er sjór oftast ísi þakinn. Þetta loft hefur kólnað yfir íshafinu sjálfu, eða er þangað komið frá Ameríku eða Síberíu. Kalt loft getur einnig komið til landsins frá Norður-Kanada fram hjá suðurodda Grænlands. Sjór er þá búinn að hita það í nokkra daga áður en hingað er komið. Í undantekningartilvikum getur kalt loft komið beint yfir Grænland, en slíkar aðstæður eru sjaldgæfar. Kalt loft getur einnig komið frá Evrópu að vetralagi, en það hefur þá hlýnað að mun yfir hlýjum hafstraumum sem liggja á milli.

Myndir:

...