Cyrkulacja lokalna

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Pogoda. Poziom podstawowy.
dział POGODA: PODSTAWOWE - menu (rozwiń)

Dlaczego powietrze jest w ciągłym ruchu? Co go wywołuje?

Słońce nierównomiernie ogrzewa powierzchnię Ziemi, co prowadzi do powstawania różnic ciśnienia. Są one wyrównywane dzięki cyrkulacji powietrza. Ruch powietrza można rozpatrywać w różnych skalach: w skali globalnej (ogólna cyrkulacja atmosfery), w mezoskali (tornada) i w skali lokalnej (wiatry górskie). Na Ziemi są strefy, w których wiatry wieją cały rok z jednego kierunku, są też jednak obszary, gdzie występują sezonowe zmiany kierunku wiatru. Na większości obszarów Ziemi kierunek wiatru zmienia się jednak każdego dnia. Kierunek wiatru jest określany według tego skąd wieje, np. wiatr wiejący z północy jest nazywany wiatrem północnym.

1. Wiatraki wykorzystują energię wiatru.
źródło: FreeFoto.com

Promieniowanie słoneczne jest podstawową siłą napędową procesów wywołujących wiatr, ale istnieją też inne, nie mniej ważne siły:

1. Siła poziomego gradientu ciśnienia – jest skutkiem poziomych różnic ciśnienia i wywołuje wiatr.

2. Przy braku działania innych sił, ruch powietrza od obszaru wysokiego do obszaru niskiego ciśnienia wywołuje "siła poziomego gradientu ciśnienia"
Objaśnienia: high pressure - wysokie ciśnienie, low pressure - niskie ciśnienie

Jak wspomnieliśmy, wiatry powstają, gdy w atmosferze wytworzy się różnica ciśnienia. Im większa jest różnica, tym większa jest siła poziomego gradientu ciśnienia. Odległość między obszarem podwyższonego i obniżonego ciśnienia również ma wpływ na wielkość przyspieszenia ruchu powietrza. Siłę wywołującą wiatr meteorolodzy określają "siłą poziomego gradientu ciśnienia".

2. Siła grawitacji – wywołuje pionowe różnice ciśnienia. Jest ona stała na danej wysokości.


3. Siła Coriolisa – ruch obrotowy Ziemi wywołuje zmiany w kierunku wiatru. Zjawisko to jest znane również jako efekt Coriolisa.

3. Efektem działania siły Coriolisa jest odchylenie ruchu przedmiotów w prawo na półkuli północnej, a w lewo na półkuli południowej. Siła Coriolisa ma zasadniczy wpływ na duże obiekty, jak masy powietrza, przemieszczające się na znaczne odległości. „Małe obiekty”, na przykład statki na morzu, są zbyt małe, by doznały znaczącego odchylenia kierunku ruchu w wyniku oddziaływania siły Coriolisa.
autor: V. Schlanger
Objaśnienia: rotating Earth - obracająca się Ziemia, equator - równik, intended path - spodziewana droga ruchu, actual path - rzeczywista droga ruchu, target - punkt docelowy, target moves - punkt docelowy przesuwa się, bullet - kula, Coriolis "deflection" - "odchylenie" Coriolisa

4. Siła tarcia – ma niewielkie znaczenie w wyższych warstwach atmosfery, jednak im bliżej powierzchni Ziemi, tym jej rola rośnie. Wpływ siły tarcia, przejawiający się w spadku prędkości ruchu powietrza, zaznacza się do wysokości około 1 – 2 km nad powierzchnią gruntu. Powyżej efekt działania tej siły nie występuje. Warstwa atmosfery, w której siła tarcia odgrywa rolę w ruchu powietrza atmosferycznego jest zwana warstwą tarciową.


5. Siła odśrodkowa – obiekt poruszający się po okręgu doznaje efektu działania siły zewnętrznej. Siła ta, znana jako siła odśrodkowa, zależy od masy przedmiotu (im przedmiot jest cięższy, tym większa jest siła odśrodkowa), prędkości rotacji (im prędkość rotacji jest większa, tym większa jest siła odśrodkowa) i odległość do centrum (im mniejsza jest odległość do centrum, tym mniejsza jest siła odśrodkowa).

4. Każdy doświadczył działania siły odśrodkowej, bawiąc się na karuzeli, jadąc na zakręcie samochodem, albo robiąc ostry zwrot na rowerze.
autor: Patricia Marroquin
źródło: http://www.betterphoto.com/gallery/
dynoGallByMember.asp?mem=2083

Bryza lądowa i morska

Woda ma dużo większą pojemność cieplną niż ląd, w związku z tym woda nagrzewa się dużo wolniej niż ląd i może dużo dłużej utrzymywać ciepło. W wyniku tych różnic w pojemności cieplnej, w ciągu dnia, w pobliżu dużych zbiorników wodnych, dochodzi do powstania różnicy temperatury powietrza nad lądem i wodą. Wspomnieliśmy już, że Słońce nierównomiernie ogrzewa Ziemię, co prowadzi do powstawania różnicy ciśnienia i wiatru. W ten sam sposób, wzdłuż wybrzeża, podczas ciepłego, letniego dnia, różnice w nagrzaniu powietrza nad lądem i morzem, prowadzą do powstawania lokalnych wiatrów, zwanych bryzą morską.

5. Bryza morska powstaje podczas słonecznego dnia, gdy powierzchnia lądu jest bardziej nagrzana, niż morze. Powietrze nad lądem ogrzewa się i zaczyna się rozprężać. Ponieważ jest lżejsze niż powietrze otaczające zaczyna się unosić. Na jego miejsce napływa od dołu powietrze chłodniejsze znad morza.
źródło: http://www.ace.mmu.
ac.uk/eae/

Objaśnienia: land - ląd, rising warm air - unoszące się ciepłe powietrze, see breeze - bryza morska, descending cool air - opadające chłodne powietrze

6. W nocy woda nie ochładza się tak szybko, jak ląd. W związku z tym cyrkulacja ulega odwróceniu. Powietrze przemieszcza się znad lądu w kierunku morza. Jest to nazywane jest bryzą lądową.
źródło: http://www.ace.mmu.
ac.uk/eae/

Objaśnienia: land - ląd, rising warm air - unoszące się ciepłe powietrze, land breeze - bryza lądowa, descending cool air - opadające chłodne powietrze

Wiatry górskie i dolinne

W górach występują specyficzne wiatry lokalne. Stoki gór i strome doliny otrzymują więcej energii słonecznej niż tereny płaskie, co prowadzi do występowania tam wyższych wartości temperatury powietrza. Różnice temperatury prowadzą do powstawania wiatrów lokalnych. Wiatry te wieją w nocy z gór w stronę dolin (wiatry górskie), natomiast podczas dnia w górę (wiatry dolinne).

7a. Podczas dnia powietrze nad stokami górskimi nagrzewa się i unosi. Odpływające ku górze powietrze jest zastępowane przez powietrze z dolin. Dlatego, podczas dnia, powietrze z dolin wznosi się po stokach górskich. Proces ten powoduje powstawanie chmur i opadów, które w lecie występują w obszarach górskich niemal każdego dnia, zwłaszcza późnym popołudniem!
autor: V. Schlanger

7b. W nocy stoki górskie ochładzają się. Chłodne powietrze opada grawitacyjnie po stokach w dół. Dlatego rano najzimniejsze powietrze często znajduje się w dnach dolin. Jeśli takie powietrze jest wystarczająco wilgotne to w dolinie może utworzyć się mgła.
autor: V. Schlanger

W ciągu dnia w dolinie wiatry wieją w górę, a w nocy w dół, zatem przemieszczające się powietrze musi być zastępowane nowym. Mogłoby się wydawać, że cyrkulacja powietrza w dolinie jest tak prosta jak to pokazano na ryc. 8, ale taka modelowa sytuacja występuje tylko przez krótki czas w ciągu dnia. Rzeczywiste ruchy powietrza w dolinie są bardziej skomplikowane.

8. Uproszczony model cyrkulacji powietrza w dolinie
©Dep.of Phys.Geography, Univ. of Kiel

Czym węższa dolina, tym większy udział zboczy w całkowitej jej powierzchni. Oznacza to większe nagrzewanie i unoszenie powietrza. Na to miejsce napływa powietrze z dna doliny lub nawet z przedpola gór. W ciągu dnia zatem wiatr wieje w górę z obszarów położonych niżej i bardziej płaskich. Nazwa wiatru zawsze wskazuje skąd wiatr wieje, więc w tym przypadku mówimy o wiatrach dolinnych. W nocy zimne powietrze opada wzdłuż zboczy na dno doliny, stąd nazwa wiatr górski.

9a. Wiatr dolinny w ciągu dnia (strzałaka z linią kropkowaną).
Zdjęcie: Elmar Uherek

9b. Wiatr górski w czasie nocy (strzałka z linią kropkowaną)
Dolina Virgen, Austria.

10. Lokalna cyrkulacja powietrza w czasie wiania wiatru dolinnego.

Podobnie jak w przypadku bryzy morskiej i lądowej, tak też w górach powietrze, które się unosi i przemieszcza musi gdzieś opaść i powrócić do systemu cyrkulacyjnego. Ma to miejsce na większych wysokościach. Schemat przedstawiony na ryc. 10 jest uproszczony, gdyż rzeźba gór jest bardzo urozmaicona, występuje wiele dolin bocznych itp., niemniej jednak ukazuje on podstawowe zasady tej cyrkulacji.

O tej stronie:

Autorzy: Vera Schlanger, Szabolcs Bella - Hungarian Meteorological Service, Budapeszt, Węgry
Recenzenci: Dr Ildikó Dobi Wantuch / Dr Elena Kalmár - Hungarian Meteorological Service, Budapeszt, Węgry
ostatnia aktualizacja: 2003-10-17
Tłumaczenie na język polski: Mgr Paweł Jezioro, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Ostatnia modyfikacja: środa, 20 czerwiec 2018, 12:02