Jak powstaje wiatr?
Wiatry o prędkości 80 km/h łamią drzewa i zrywają dachy, a wiejące z prędkością 100 km/h wyrywają drzewa z korzeniami i uszkadzają ściany budynków. Potwierdzony rekord prędkości wiatru został odnotowany 10 kwietnia 1996 roku na wyspie Barrow w Australii i wynosi 408 km/h. W Polsce w 1990 roku stacja meteorologiczna znajdująca się na szczycie Śnieżki zanotowała podmuch wiatru o prędkości 345 km/h.
jaki jest skład i budowa atmosfery ziemskiej;
jakie są geograficzne przyczyny zróżnicowania temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi;
czym jest siła Coriolisa, która poruszające się swobodnie obiekty na półkuli północnej odchyla od toru ruchu w prawo, a na południowej w lewo.
opisywać, czym jest ciśnienie atmosferyczne, i wskazywać przyczyny jego istnienia na Ziemi;
wyjaśniać zróżnicowanie ciśnienia atmosferycznego w czasie i w przestrzeni;
odczytywać izobary na mapie;
wyjaśniać przyczyny i przebieg cyrkulacji powietrza na Ziemi;
wyjaśniać przyczyny powstawania wiatrów;
wymieniać rodzaje wiatrów.
1. Czy istnieje związek między ciśnieniem atmosferycznym a wiatrem?
Ciśnienie atmosferyczneCiśnienie atmosferyczne to siła, z jaką słup powietrza naciska na określoną jednostkę powierzchni Ziemi. Posługując się logiką, można stwierdzić, że w górach ciśnienie atmosferyczne jest niższe, a na poziomie morza wyższe. I rzeczywiście tak jest.
Wartość ciśnienia atmosferycznego zmienia się nie tylko w zależności od wysokości nad poziomem morza. W różnych miejscach na globie przy powierzchni Ziemi spotykamy odmienne wartości ciśnienia. W tych lokalizacjach, gdzie ciśnienie jest wyższe niż na terenach je otaczających, mamy do czynienia z wyżem atmosferycznym (barycznym)wyżem atmosferycznym (barycznym). Natomiast tam, gdzie ciśnienie jest niższe niż na obszarach leżących wokół tego miejsca, mówimy o niżu atmosferycznym (barycznym)niżu atmosferycznym (barycznym). Różnica ciśnienia powoduje przemieszczanie się powietrza w kierunku od wyższego do niższego. Poziomy lub zbliżony do poziomego ruch powietrza wynikający z różnicy ciśnień nazywamy wiatremwiatrem.
Zrozumienie mechanizmu powstawania wiatru.
dętka rowerowa,
pompka rowerowa.
Za pomocą pompki mocno napompuj dętkę.
Otwórz zawór wentyla.
Trzymaj rękę blisko wentyla, żeby poczuć podmuch uciekającego powietrza.
Powietrze energicznie ucieka z dętki przez otwarty wentyl, a podmuch powietrza, który odczuwasz, to wiatr w małej skali. W napompowanej dętce panowało wyższe ciśnienie powietrza niż na zewnątrz. Po otwarciu zaworu wentyla ciśnienie dążyło do wyrównania, dlatego powietrze energicznie przemieściło się z wnętrza dętki na zewnątrz. Po chwili ciśnienia wyrównały się i powietrze z dętki przestało się ulatniać.
Gdyby nie zjawisko nazywane siłą Coriolisasiłą Coriolisa (patrz: Ruch obrotowy ZiemiRuch obrotowy Ziemi, zagadnienie 3. Konsekwencje ruchu obrotowego), wiatry wiałyby promieniście od wyżu barycznego do niżu. Siła Coriolisa powoduje jednak, że wiatr zaczyna skręcać (na półkuli północnej w prawą stronę, a na południowej w lewą) i oddalając się od środka wyżu, wiruje jednocześnie zgodnie z ruchem wskazówek zegara (na półkuli północnej) lub odwrotnie do ruchu wskazówek zegara (na półkuli południowej). Inaczej jest z niżami barycznymi, które są masami powietrza o ciśnieniu niższym niż otaczające je masy. Wiatr wieje więc do środka niżu, ale pod wpływem siły Coriolisa zaczyna skręcać i wirować w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (na półkuli północnej) albo zgodnym z tym ruchem (na półkuli południowej).
Układy niżowe i wiatry wiejące spiralnie (na skutek siły Coriolisa) do ich środka nazywamy cyklonamicyklonami, a układy wyżowe z wiatrami wiejącymi spiralnie na zewnątrz – antycyklonamiantycyklonami.
Dynamikę i ruch ośrodków barycznych można przedstawiać na mapach klimatycznych. W tym celu ciśnienie mierzy się w wielu miejscach, po czym łączy punkty o takiej samej wartości. Powstające w ten sposób linie nazywamy izobaramiizobarami.
Na załączonej mapie klimatycznej znajdź wyż i niż baryczny. Korzystając z izobar, odczytaj wartości ciśnienia atmosferycznego w centralnych rejonach obu ośrodków barycznych.
Pionowe lub prawie pionowe ruchy powietrza w atmosferze, które występują w wyniku jego nagrzania przy powierzchni Ziemi, nazywamy konwekcją termicznąkonwekcją termiczną. Konwekcja to ruchy powietrza wstępujące (ogrzane powietrze unosi się) i zstępujące (oziębione powietrze opada). Pomimo że są to ruchy powietrza, nie nazywamy ich wiatrami.
2. Cyrkulacja powietrza na Ziemi
Zróżnicowanie oświetlenia Ziemi przez Słońce powoduje nierównomierne nagrzewanie się pewnych obszarów naszej planety. W wyniku tego zjawiska pojawia się ruch (cyrkulacja) powietrza w skali lokalnej lub globalnej. Opisany poniżej schemat globalnej cyrkulacji powietrza na Ziemi jest właściwie tylko modelem teoretycznym. W rzeczywistości cyrkulacja globalna w dużym stopniu jest zmodyfikowana przez wpływ występujących nierównomiernie na kuli ziemskiej lądów i oceanów, znacznych różnic wysokości, prądów oceanicznych oraz zmienności pór roku.
W dniach równonocy najsilniej przez Słońce ogrzewany jest równik. Nagrzane powietrze rozpręża się, przez co staje się lżejsze. Pionowo wznosi się na wysokość kilku, a nawet kilkunastu kilometrów (konwekcja termiczna). Na równiku wytwarza się niż, dominują tu ruchy pionowe ciepłego powietrza, natomiast wiatry przy powierzchni są bardzo słabe, dlatego rejon ten nosi nazwę równikowego pasa ciszyrównikowego pasa ciszy (zwanego też międzyzwrotnikową strefą zbieżności). W trakcie wznoszenia powietrze ochładza się, a para wodna ulega skropleniu i spada na ziemię w postaci ulewnego deszczu zenitalnegodeszczu zenitalnego. Pozbawione wilgoci i bardzo zimne masy powietrza rozdzielają się na dwa strumienie, płynąc na wysokości 12‑18 km na północ i południe, w kierunku zwrotników. Tam zimne i zagęszczone powietrze staje się na tyle ciężkie, że opada aż do powierzchni Ziemi. Wzrost ciśnienia powoduje, że w trakcie konwekcyjnego zstępowania staje się gorące i jeszcze bardziej suche, co jest powodem braku opadów w strefach okołozwrotnikowych. Na zwrotnikach wytwarza się wyż. Część powietrza wraca nad równik, a część płynie do stref umiarkowanych. Nad biegunami zimne powietrze opada, wytwarzając wysokie ciśnienie atmosferyczne, po czym spływa w kierunku kół podbiegunowych, a nawet do strefy umiarkowanej, gdzie ciągle zmieniają się układy baryczne.
Wyjaśnij powody, dla których w okolicach dni równonocy w pobliżu zwrotników nie występują opady.
Wskaż kierunek, jaki najczęściej mają wiatry wiejące w naszych szerokościach geograficznych, czyli w strefie umiarkowanej.
Zrozumienie konwekcyjnych ruchów powietrza w cyrkulacji globalnej.
Zaobserwuj kierunek ruchu skroplonej pary wodnej wydostającej się wraz z rozgrzanym powietrzem z garnka lub czajnika, w którym coś się gotuje.
Zaobserwuj kierunek przemieszczenia się iskier wraz z rozgrzanymi gazami nad ogniskiem palonym w bezwietrzny wieczór.
Zaobserwuj kierunek ruchu dymu wydostającego się wraz z gazami spalinowymi z komina, gdy w budynku pali się piec lub kocioł centralnego ogrzewania, nie ma silnego wiatru, jest bezchmurnie, a wilgotność jest niewielka.
Rozgrzane powietrze wraz z parą wodną lub gazami spalinowymi rozpręża się, przez co staje się lżejsze i się unosi.
Gorące powietrze jest w stanie unosić kropelki wody nad garnkiem, iskry z ogniska oraz pyły i dymy nad paleniskiem.
Większość dni na równiku wygląda podobnie. Słońce wschodzi ok. 6.00 rano. Przy bezchmurnym niebie powietrze szybko się nagrzewa. Wilgoć z ulewy poprzedniego dnia paruje i robi się duszno. Para wodna unosi się w konwekcyjnych prądach wstępujących, po czym ulega ochłodzeniu i skropleniu, na niebie powstają ogromne chmury burzowe. Po południu następuje krótka, ale gwałtowna ulewa (deszcz zenitalny), zwykle połączona z burzą. Trochę się ochładza. Słońce zachodzi ok. 18.00. Następuje ciepła i duszna noc. Kolejny dzień przebiega zazwyczaj tak samo.
W rejonie jeziora Maracaibo w Wenezueli obserwuje się fenomen nazywany „wieczną burzą”. Zjawisko jest efektem takiego, a nie innego ukształtowania terenu – zimny wiatr wieje stale od gór, a ciepły pcha wilgotne powietrze od strony jeziora. Obydwa strumienie powietrza spotykają się właśnie przy ujściu rzeki Catatumbo do jeziora Maracaibo, a burza ma niewyczerpalne „źródło paliwa”. W ciągu jednej minuty można zaobserwować ok. 30‑60 błyskawic. Seria wyładowań trwa zwykle po 10 godzin i dochodzi do nich noc w noc, średnio przez 150 dni w roku. Łuna widoczna jest z ogromnej odległości, stąd zjawisko to nazywa się „Latarnią Maracaibo” albo „Światłami nad Catatumbo”. Jednej nocy można zaobserwować tam nawet 20 tys. błyskawic. To tyle, co uderza tygodniowo w słynną aleję burz na Florydzie.
W okresach innych niż równonoce model globalnej cyrkulacji powietrza ulega znaczącym zmianom. Na przykład w czerwcu i lipcu równikowy pas ciszy i niskiego ciśnienia przesuwa się na północ od równika, a miejscami aż w pobliże zwrotnika Raka. Słońce góruje tam wówczas w zenicie i możliwe są opady deszczu (choć są to zasadniczo suche, a nawet pustynne obszary zwrotnikowe). PasatyPasaty północno‑wschodnie przemieszczają się na północ od zwrotnika Raka, a południowo‑wschodnie na północ od równika, przez co zmienia się kurs działania siły Coriolisa, a tym samym kierunek wiatrów. Częściowe zmiany cyrkulacji obejmują całą niemal Ziemię.
3. Wiatry stałe. Wiatry okresowo zmienne
Różnice ciśnienia atmosferycznego i wysokości terenu występują na Ziemi bardzo powszechnie. Wszędzie też pojawiają się wiatry. Mogą mieć charakter stały, okresowo zmienny lub lokalny. Wiatry stałe to te, które wynikają z globalnej cyrkulacji powietrza. PasatyPasaty – stałe wiatry w strefie międzyzwrotnikowej, wiejące od wyżów zwrotnikowych ku równikowej strefie ciszy z odchyleniem spowodowanym ruchem obrotowym Ziemi. Pod wpływem siły Coriolisa wieją na półkuli północnej z kierunku północno‑wschodniego, a na południowej z południowo‑wschodniego. AntypasatyAntypasaty – wiatry wiejące od równika do zwrotników, ale na wysokości kilku lub kilkunastu kilometrów. Pod wpływem siły Coriolisa na półkuli północnej wieją z kierunku południowo‑zachodniego, a na południowej z północno‑zachodniego. Należy dodać, że według najnowszych opisów ogólnej cyrkulacji atmosfery nie stosuje się już terminu „antypasaty” na rozpływające się powietrze znad równika ku wyższym szerokościom geograficznym.
Stałe są także wiatry zachodnie – wiejące od zwrotników w kierunku kół podbiegunowych na obu półkulach i wiatry wschodnie wiejące od obu biegunów do kół podbiegunowych.
Wiatrem okresowo zmiennym jest monsunmonsun. Jego powstanie wynika głównie ze zmian pór roku i towarzyszących im różnicom w intensywności nagrzewania powierzchni lądów i oceanów. Latem wielkie kontynenty (szczególnie Azja) nagrzewają się znacznie silniej niż sąsiednie oceany (zwłaszcza Ocean Indyjski i Spokojny). Nad lądem jest dużo cieplej, powietrze się wznosi i wytwarza potężny niż baryczny, natomiast nad chłodniejszym oceanem powstaje wyż baryczny. Wiatr o nazwie monsun letni wieje od oceanu i przynosi opady. Zimą to ląd jest zimniejszy, bo szybciej traci ciepło niż oceany, więc suchy monsun zimowy wieje znad lądu w kierunku oceanu.
Ustal, w jakim kierunku wieją pasaty na półkuli północnej w czerwcu, gdy Słońce góruje w pobliżu zwrotnika Raka.
4. Wiatry lokalne
Geografowie wyróżniają dziesiątki wiatrów lokalnych. Typowym przykładem jest bryzabryza, czyli wiatr wiejący na brzegach każdego morza, a nawet większych jezior. Bryza dzienna (morska) wieje od chłodniejszego morza (gdzie nad wodą wytwarza się lokalnie wyższe ciśnienie) w kierunku cieplejszego lądu (gdzie ciśnienie atmosferyczne jest niższe). Bryza nocna (lądowa) powstaje, gdy ląd nocą szybciej traci ciepło niż woda (ciśnienie atmosferyczne jest wyższe nad lądem niż nad wodą). Wieje więc od wychłodzonego lądu ku cieplejszemu wówczas morzu. Zasięg tego wiatru to przeważnie kilka kilometrów.
Innym przykładem wiatrów lokalnych jest fenfen. Wiatr ten w Polsce nosi nazwę halnyhalny. Jednak w górach całego świata nadaje mu się różne określenia. Powstaje, gdy po dwóch stronach wysokich gór pojawia się różnica ciśnienia atmosferycznego. Masy powietrza wznoszą się i jednocześnie ochładzają o 0,6°C na każde 100 m. Para wodna skrapla się i spada w postaci deszczu lub śniegu. Zimne powietrze przekracza góry i zaczyna opadać po przeciwnej stronie, ale ponieważ jest już suche, to ogrzewa się aż o 1°C na każde 100 m, więc staje się cieplejsze niż na tej samej wysokości po drugiej stronie gór. Wiatry fenowe są bardzo gwałtowne i porywiste, a gdy występują zimą, to potrafią szybko stopić nawet grubą pokrywę śniegu.
Wiatry lokalne o różnych nazwach powstają także na granicy rozległych płaskowyżów, w szerokich dolinach, w okolicach lodowców i lądolodów oraz na granicy pustyń.
Wiatry halne (fenowe) są często bardzo gwałtowne i powodują poważne zniszczenia. Zrywają dachy domów albo przewracają ogromne połacie lasu, tworząc wiatrołomy.
Wiatr halny (albo fen) wywołuje znaczne pogorszenie samopoczucia u ludzi. Stają się podenerwowani, agresywni. Odnotowano, że w czasie, gdy wieje halny, wzrasta liczba samobójstw.
Podsumowanie
Ciśnienie atmosferyczne zmienia się wraz z wysokością nad poziomem morza.
Wiatr to poziomy ruch powietrza od wyżu do niżu barycznego.
Siła Coriolisa zmienia kierunek wiatrów wiejących na Ziemi. Na półkuli północnej wiatry od środka wyżu barycznego wieją zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a na półkuli południowej przeciwnie do tego ruchu. Natomiast wiatry wiejące do wnętrza niżu barycznego na półkuli północnej wieją przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a na półkuli południowej zgodnie z nim.
Różnice w oświetleniu Ziemi przez Słońce powodują powstanie globalnej cyrkulacji powietrza.
Wszędzie na Ziemi wieją wiatry. Zmieniają się w skali roku, dnia albo mają charakter lokalny.
Napisz, który z wymienionych poniżej wiatrów występuje najbliżej miejscowości, w której mieszkasz:
pasat,
bryza,
monsun,
halny.
Wyjaśnij warunki jego powstania.
Zapoznaj się z następującymi hasłami ze słowniczka:
antycyklonantycyklon
antypasatyantypasaty
bryzabryza
deszcz zenitalnydeszcz zenitalny
ciśnienie atmosferyczneciśnienie atmosferyczne
cykloncyklon
fenfen
halnyhalny
izobaraizobara
konwekcja termicznakonwekcja termiczna
monsunmonsun
niż atmosferyczny (baryczny)niż atmosferyczny (baryczny)
pasatypasaty
równikowa strefa ciszyrównikowa strefa ciszy
siła Coriolisasiła Coriolisa
troposferatroposfera
wiatrwiatr
wyż atmosferyczny (baryczny)wyż atmosferyczny (baryczny)
Zajrzyj do zagadnień pokrewnych:
Strefy oświetlenia ZiemiStrefy oświetlenia Ziemi
Przyczyny zróżnicowania temperatury powietrza w różnych częściach świataPrzyczyny zróżnicowania temperatury powietrza w różnych częściach świata
Opady i osady atmosferyczneOpady i osady atmosferyczne
Czynniki klimatotwórczeCzynniki klimatotwórcze
Strefy klimatyczne świataStrefy klimatyczne świata
Słowniczek
układ wiatrów w obrębie wyżu barycznego (wieją po liniach spiralnych od środka na zewnątrz wyżu); na półkuli północnej mają kierunek zgodny z ruchem wskazówek zegara, a na południowej przeciwny do tego ruchu
wiatry wiejące od równika do zwrotników na wysokości kilku lub kilkunastu kilometrów; pod wpływem siły Coriolisa wieją na półkuli północnej z kierunku SW, a na południowej z NW
wiatr wiejący na granicy obszaru lądowego i dużego zbiornika wody; zmiany kierunku wiatru występują w rytmie dobowym i wywołane są różnicami w tempie nagrzewania się tych obszarów; bryza dzienna wieje od strony zbiornika wodnego, a nocna od strony lądu
siła, z jaką słup powietrza naciska na określoną jednostkę powierzchni Ziemi
układ wiatrów w obrębie niżu barycznego (wieją po liniach spiralnych od zewnątrz do środka niżu); na półkuli północnej mają kierunek przeciwny do ruchu wskazówek zegara, na południowej zgodny z ruchem wskazówek zegara
intensywny opad atmosferyczny będący wynikiem konwekcji termicznej powstałej po górowaniu Słońca w strefie okołorównikowej
ciepły i suchy wiatr wiejący z gór w doliny; powstaje w wyniku różnicy ciśnienia po dwóch stronach grzbietu górskiego; wznoszące powietrze po dowietrznej stronie gór ochładza się wraz z wysokością, następuje kondensacja pary wodnej i opad deszczu lub śniegu; po zawietrznej stronie następuje ogrzewanie i osuszanie spadającego powietrza; w Tatrach ten wiatr nosi nazwę halnyhalny
lokalna nazwa wiatru fenowego w Tatrach
izolinia łącząca na mapie klimatycznej punkty o takiej samej wartości ciśnienia atmosferycznego; izobary mogą łączyć także punkty o takiej samej średniej wartości ciśnienia
pionowe lub prawie pionowe ruchy powietrza wynikające z różnicy temperatury i ciśnienia
wiatr o zmieniającym się okresowo kierunku zależnym od pory roku; w lecie wieje od strony chłodniejszego oceanu, gdzie panuje wysokie ciśnienie, w stronę nagrzanego kontynentu, gdzie występuje niż; w zimie wieje od strony wychłodzonego kontynentu w stronę cieplejszego oceanu
jeden z układów barycznych, w którego środku ciśnienie powietrza jest najniższe
wiatry wiejące od zwrotników do równika; pod wpływem siły Coriolisa na półkuli północnej wieją z kierunku NE, a na półkuli południowej z kierunku SE
bezwietrzna (lub z bardzo słabymi wiatrami) strefa leżąca w pobliżu równika, w obszarze niskiego ciśnienia, pomiędzy pasatami półkuli północnej i południowej; w strefie tej panuje silna konwekcja termicznakonwekcja termiczna
poziomy ruch powietrza wywołany przez różnicę ciśnień; wieje od wyżuwyżu do niżu barycznegoniżu barycznego
jeden z układów barycznych, w którego środku ciśnienie powietrza jest najwyższe
Zadania
Oceń prawdziwość zamieszczonych poniżej stwierdzeń.
| Prawda | Fałsz | |
| Wiatry wieją spiralnie do środka wyżu. | □ | □ |
| Wiatry wieją spiralnie od środka wyżu. | □ | □ |
| Wiatry wieją spiralnie do środka niżu. | □ | □ |
| Wiatry wieją spiralnie ze środka niżu. | □ | □ |
Połącz nazwy układów barycznych z opisem ich ruchu.
cyklon na półkuli południowej, cyklon na półkuli północnej, antycyklon na półkuli południowej, antycyklon na półkuli północnej
| Wiruje do środka niżu zgodnie z ruchem wskazówek zegara. | |
| Wiruje od środka wyżu zgodnie z ruchem wskazówek zegara. | |
| Wiruje od środka wyżu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. | |
| Wiruje do środka niżu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. |
Izobara to
- linia łącząca punkty o takim samym ciśnieniu atmosferycznym.
- linia spadku ciśnienia atmosferycznego.
- obszar o takim samym ciśnieniu atmosferycznym.
- wyż baryczny.
- linia łącząca punkty o takiej samej temperaturze powietrza.
Uzupełnij puste miejsca, wybierając brakujące elementy z listy.
równoleżnik, biegun północny, wiruje, rozpręża się, natlenia, spręża, zwrotnik Raka, wyż, mróz, opada konwekcyjnie, wiatr, niż, nagrzewa, kurczy się, równik, ochładza
W dniach równonocy najsilniej przez Słońce ogrzewany jest ..................................... Nagrzane powietrze .................................... i staje się lżejsze. Na równiku powstaje .................................... baryczny. Konwekcyjnie wznoszone powietrze .................................... się, a para wodna ulega skropleniu i spada w postaci ulewnego deszczu zenitalnego.
Wskaż konsekwencje opadania na zwrotniki gorącego i suchego powietrza.
- wysokie ciśnienie
- niskie ciśnienie
- ulewne opady
- brak opadów
Uzupełnij puste miejsca, wybierając brakujące elementy z listy.
pasat, lodowe, wznosi, monsun, układ, fen, okołobiegunowe, spręża, ochładza, niż, wyż, bryza, gradient, jezior, skrapla, lądowe
Latem wielkie obszary .............................. nagrzewają się znacznie silniej niż morza i oceany. Nad lądem jest znacznie cieplej i powietrze się ............................... Nad chłodniejszym oceanem powstaje .............................. baryczny. Wiatr o nazwie .............................. letni wieje od oceanu w kierunku lądu i przynosi obfite opady.
Uzupełnij puste miejsca.
Bryza to wiatr wiejący na granicy morza i ............. Bryza dzienna wieje od .............................. morza w kierunku cieplejszego lądu. Bryza nocna wieje od ........................ lądu, który nocą szybciej traci ciepło niż woda, w kierunku cieplejszego morza. Zasięg tego wiatru to przeważnie kilka .......................
Halny to gwałtowny, porywisty, ciepły i suchy wiatr wiejący
- z gór w doliny.
- z dolin w góry.
- z hal lodowcowych.
- znad oceanu na kontynent.