Vind
Vind är den naturliga rörelsen av luft eller andra gaser i förhållande till en planets yta . Vindar förekommer i en mängd olika skalor, från åskväder som varar i tiotals minuter, till lokala vindar som genereras av uppvärmning av landytor och som varar några timmar, till globala vindar som är ett resultat av skillnaden i absorption av solenergi mellan klimatzonerna på jorden . De två huvudorsakerna till storskalig atmosfärisk cirkulation är differentialuppvärmningen mellan ekvatorn och polerna, och planetens rotation ( Coriolis-effekten ). Inom tropikerna och subtroperna termiska låga cirkulationer över terräng och höga platåer driva monsuncirkulationer . I kustområden havsbris /landbris definiera lokala vindar; i områden som har varierande terräng kan bergs- och dalvindar råda.
Vindar klassificeras vanligen efter deras rumsliga skala , deras hastighet och riktning, krafterna som orsakar dem, de områden där de uppstår och deras effekt. Vindar har olika aspekter: hastighet ( vindhastighet ); densiteten hos den involverade gasen; energiinnehåll, eller vindenergi . Inom meteorologi hänvisas vindar ofta till efter deras styrka och riktningen från vilken vinden blåser. Konventionen för vägbeskrivningar hänvisar till var vinden kommer ifrån; därför blåser en 'västlig' eller 'västlig' vind från väst till öst, en 'nordlig' vind blåser söderut och så vidare. Detta är ibland kontraintuitivt. Korta skurar av höghastighetsvindar kallas vindbyar . Starka vindar av mellanliggande varaktighet (cirka en minut) kallas squalls . Långvariga vindar har olika namn som är associerade med deras genomsnittliga styrka, såsom bris, kuling , storm och orkan .
I yttre rymden är solvind rörelsen av gaser eller laddade partiklar från solen genom rymden, medan planetvind är utgasningen av lätta kemiska element från en planets atmosfär till rymden. De starkaste observerade vindarna på en planet i solsystemet förekommer på Neptunus och Saturnus .
I den mänskliga civilisationen har begreppet vind utforskats i mytologin , påverkat historiens händelser, utökat utbudet av transporter och krigföring och tillhandahållit en kraftkälla för mekaniskt arbete, elektricitet och rekreation. Vinden driver segelfartygens resor över jordens hav. Luftballonger använder vinden för att ta korta resor, och motorflyg använder den för att öka lyftkraften och minska bränsleförbrukningen. Områden med vindskjuvning orsakad av olika väderfenomen kan leda till farliga situationer för flygplan. När vindarna blir starka kan träd och människobyggda strukturer skadas eller förstöras.
Vindar kan forma landformer, via en mängd olika eoliska processer som bildandet av bördiga jordar, till exempel löss och genom erosion . Damm från stora öknar kan flyttas över stora avstånd från sitt ursprungsområde av de rådande vindarna ; vindar som accelereras av grov topografi och förknippas med dammutbrott har tilldelats regionala namn i olika delar av världen på grund av deras betydande effekter på dessa regioner. Vinden påverkar också spridningen av skogsbränder. Vindar kan sprida frön från olika växter, vilket möjliggör överlevnad och spridning av dessa växtarter, såväl som flygande insekts- och fågelpopulationer. I kombination med kalla temperaturer har vinden en negativ inverkan på boskapen. Vinden påverkar djurens matförråd, såväl som deras jakt- och försvarsstrategier.
Orsaker
Vinden orsakas av skillnader i atmosfärstryck, som främst beror på temperaturskillnad. När det finns en skillnad i atmosfärstryck , rör sig luft från det högre till det lägre tryckområdet, vilket resulterar i vindar med olika hastigheter. På en roterande planet kommer luft också att avledas av Coriolis-effekten , förutom exakt på ekvatorn. Globalt sett är de två huvudsakliga drivande faktorerna för storskaliga vindmönster (den atmosfäriska cirkulationen ) differentialuppvärmningen mellan ekvatorn och polerna (skillnad i absorption av solenergi som leder till flytkrafter ) och planetens rotation . Utanför tropikerna och uppe på grund av friktionseffekter från ytan tenderar de storskaliga vindarna att närma sig geostrofisk balans . Nära jordens yta friktion att vinden är långsammare än den annars skulle vara. Ytfriktion gör också att vindar blåser mer inåt i områden med lågt tryck.
Vindar definierade av en jämvikt av fysiska krafter används vid nedbrytning och analys av vindprofiler. De är användbara för att förenkla atmosfäriska rörelseekvationer och för att göra kvalitativa argument om horisontell och vertikal fördelning av horisontella vindar. Den geostrofiska vindkomponenten är resultatet av balansen mellan Corioliskraft och tryckgradientkraft. Det flyter parallellt med isobarer och närmar sig flödet ovanför det atmosfäriska gränsskiktet på mellanbreddgraderna. Den termiska vinden är skillnaden i den geostrofiska vinden mellan två nivåer i atmosfären. Den existerar endast i en atmosfär med horisontella temperaturgradienter . Den ageostrofiska vindkomponenten är skillnaden mellan faktisk och geostrofisk vind, som är ansvarig för att luft "fyller upp" cykloner över tiden. Gradientvinden liknar den geostrofiska vinden men inkluderar också centrifugalkraft (eller centripetalacceleration ) .
Mått
Vindriktningen uttrycks vanligtvis i termer av riktningen från vilken den kommer. Det blåser till exempel en nordlig vind från norr till söder. Väderflöjlarna svänger för att indikera vindens riktning. På flygplatser vindstrumpor vindriktningen och kan även användas för att uppskatta vindhastigheten genom hängvinkeln. Vindhastigheten mäts med vindmätare , oftast med roterande koppar eller propellrar. När en hög mätfrekvens behövs (som i forskningsapplikationer) kan vind mätas genom utbredningshastigheten för ultraljudssignaler eller genom effekten av ventilation på motståndet hos en uppvärmd tråd. En annan typ av vindmätare använder pitotrör som drar fördel av tryckskillnaden mellan ett innerrör och ett yttre rör som är exponerat för vinden för att bestämma det dynamiska trycket, som sedan används för att beräkna vindhastigheten.
Ihållande vindhastigheter rapporteras globalt på en höjd av 10 meter (33 fot) och är ett genomsnitt över en 10-minuters tidsram. USA rapporterar vindar över 1 minuts medelvärde för tropiska cykloner och 2 minuters medelvärde inom väderobservationer. Indien rapporterar vanligtvis vindar över ett genomsnitt på tre minuter. Det är viktigt att känna till medelvärdet för vindprovtagningen, eftersom värdet av en ihållande vind på en minut vanligtvis är 14 % högre än en ihållande vind på tio minuter. En kort skur av höghastighetsvind kallas en vindby , en teknisk definition av en vindby är: de maxima som överstiger den lägsta vindhastigheten uppmätt under ett tiominuters tidsintervall med 10 knop (5 m/s) under perioder av sekunder. En storm är en ökning av vindhastigheten över en viss tröskel, som varar i en minut eller mer.
För att avgöra vindar uppe bestämmer rawinsondes vindhastigheten med GPS , radionavigering eller radarspårning av sonden. Alternativt kan rörelsen av den överordnade väderballongens position spåras från marken visuellt med hjälp av teodoliter . Fjärravkänningstekniker för vind inkluderar SODAR , Dopplerlidar och radar, som kan mäta dopplerförskjutningen av elektromagnetisk strålning som sprids eller reflekteras från suspenderade aerosoler eller molekyler , och radiometrar och radar kan användas för att mäta havets ytjämnhet från rymden eller flygplan . Havets grovhet kan användas för att uppskatta vindhastigheten nära havsytan över hav. Geostationära satellitbilder kan användas för att uppskatta vindarna på molnets topp baserat på hur långt molnen rör sig från en bild till nästa. Vindteknik beskriver studiet av vindens effekter på den byggda miljön, inklusive byggnader, broar och andra konstgjorda föremål.
Vindkraftsskala
Historiskt ger Beaufort vindkraftskalan (skapad av Beaufort ) en empirisk beskrivning av vindhastighet baserad på observerade havsförhållanden. Ursprungligen var det en 13-nivåskala (0-12), men under 1940-talet utökades skalan till 18 nivåer (0-17). Det finns allmänna termer som särskiljer vindar med olika medelhastigheter, såsom en bris, en kuling, en storm eller en orkan. Inom Beaufortskalan ligger kulingvindarna mellan 28 knop (52 km/h) och 55 knop (102 km/h) med föregående adjektiv som måttlig, frisk, stark och hel för att skilja vindens styrka inom kulingen kategori. En storm har vindar på 56 knop (104 km/h) till 63 knop (117 km/h). Terminologin för tropiska cykloner skiljer sig från en region till en annan globalt. De flesta havsområdena använder den genomsnittliga vindhastigheten för att bestämma den tropiska cyklonens kategori. Nedan är en sammanfattning av klassificeringarna som används av regionala specialiserade meteorologiska centra över hela världen:
| Allmänna vindklassificeringar | Klassificeringar av tropiska cykloner (alla vindar är 10-minutersgenomsnitt) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Beaufort skala | 10 minuter långa vindar | Allmän term |
N Indiska oceanen IMD |
SW Indiska oceanen MF |
Australiensiska regionen South Pacific BoM , BMKG , FMS , MSNZ |
NW Pacific JMA |
NW Pacific JTWC |
NE Pacific & N Atlantic NHC & CPHC |
|
| ( knutar ) | ( km/h ) | ||||||||
| 0 | <1 | <2 | Lugna | Lågtrycksområde | Tropisk störning |
Tropisk låg Tropisk depression |
Tropisk depression | Tropisk depression | Tropisk depression |
| 1 | 1–3 | 2–6 | Lätt luft | ||||||
| 2 | 4–6 | 7–11 | Lätt vind | ||||||
| 3 | 7–10 | 13–19 | Lätt bris | ||||||
| 4 | 11–16 | 20–30 | Måttlig bris | ||||||
| 5 | 17–21 | 31–39 | Frisk bris | Depression | |||||
| 6 | 22–27 | 41–50 | Stark bris | ||||||
| 7 | 28–29 | 52–54 | Måttlig kuling | Djup depression | Tropisk depression | ||||
| 30–33 | 56–61 | ||||||||
| 8 | 34–40 | 63–74 | Ny kuling | Cyklonisk storm | Måttlig tropisk storm | Tropisk cyklon (1) | Tropisk storm | Tropisk storm | Tropisk storm |
| 9 | 41–47 | 76–87 | Stark kuling | ||||||
| 10 | 48–55 | 89–102 | Hel kuling | Kraftig cyklonstorm | Svår tropisk storm | Tropisk cyklon (2) | Svår tropisk storm | ||
| 11 | 56–63 | 104–117 | Storm | ||||||
| 12 | 64–72 | 119–133 | Orkan | Mycket kraftig cyklonstorm | Tropisk cyklon | Svår tropisk cyklon (3) | Tyfon | Tyfon | Orkan (1) |
| 13 | 73–85 | 135–157 | Orkan (2) | ||||||
| 14 | 86–89 | 159–165 | Svår tropisk cyklon (4) | Stor orkan (3) | |||||
| 15 | 90–99 | 167–183 | Intensiv tropisk cyklon | ||||||
| 16 | 100–106 | 185–196 | Stor orkan (4) | ||||||
| 17 | 107–114 | 198–211 | Svår tropisk cyklon (5) | ||||||
| 115–119 | 213–220 | Mycket intensiv tropisk cyklon | Super tyfon | ||||||
| >120 | >222 | Supercyklonisk storm | Stor orkan (5) | ||||||
Förbättrad Fujita skala
Den förbättrade Fujita-skalan (EF-skalan) mäter styrkan hos tornados genom att använda skador för att uppskatta vindhastigheten. Den har sex nivåer, från synlig skada till fullständig förstörelse. Det används i USA och vissa andra länder med små modifieringar (bland annat Kanada och Frankrike).
Stationsmodell
Stationsmodellen ritad på ytväderkartor använder en vindhake för att visa både vindriktning och hastighet . Vindpluggen visar hastigheten med hjälp av "flaggor" på slutet.
- Varje halva av en flagga visar 5 knop (9,3 km/h) vind.
- Varje helflagga visar 10 knop (19 km/h) vind.
- Varje vimpel (fylld triangel) visar 50 knop (93 km/h) vind.
Vindar avbildas som blåser från den riktning som hullingen är vänd. Därför kommer en nordostvind att avbildas med en linje som sträcker sig från molncirkeln mot nordost, med flaggor som indikerar vindhastighet på den nordöstra änden av denna linje. När den väl har plottats på en karta kan en analys av isotacher (linjer med lika vindhastigheter) utföras. Isotacher är särskilt användbara för att diagnostisera platsen för jetströmmen på konstanttryckdiagram på övre nivå, och är vanligtvis placerade vid eller över 300 hPa-nivån.
Global klimatologi
I genomsnitt dominerar östliga vindar flödesmönstret över polerna, västliga vindar blåser över jordens mittbreddgrader , mot den subtropiska åsen , medan östliga vindar återigen dominerar tropikerna .
Direkt under den subtropiska åsen finns doldrums, eller hästbreddgrader, där vindarna är lättare. Många av jordens öknar ligger nära den subtropiska åsens genomsnittliga latitud, där nedstigning minskar luftmassans relativa fuktighet . De starkaste vindarna är på mellanbreddgraderna där kall polarluft möter varm luft från tropikerna.
Tropikerna
Passadvindarna (även kallade trades) är det rådande mönstret av östliga ytvindar som finns i tropikerna mot jordens ekvator . Passadvindarna blåser övervägande från nordost på norra halvklotet och från sydost på södra halvklotet. Passadvindarna fungerar som styrflöde för tropiska cykloner som bildas över världshaven. Passadvindar styr också afrikanskt stoft västerut över Atlanten in i Karibien, såväl som delar av sydöstra Nordamerika.
En monsun är en säsongsmässig rådande vind som varar i flera månader inom tropiska områden. Termen användes först på engelska i Indien, Bangladesh , Pakistan och grannländerna för att hänvisa till de stora säsongsvindarna som blåser från Indiska oceanen och Arabiska havet i sydväst och ger kraftiga regn till området. Dess poleward progression accelereras av utvecklingen av en låg värme över de asiatiska, afrikanska och nordamerikanska kontinenterna under maj till juli och över Australien i december.
Västerländer och deras inverkan
Westerlies eller Prevailing Westerlies är de rådande vindarna på de mellersta breddgraderna mellan 35 och 65 graders latitud . Dessa rådande vindar blåser från väst till öst och styr extratropiska cykloner på detta generella sätt. Vindarna är övervägande från sydväst på norra halvklotet och från nordväst på södra halvklotet. De är starkast på vintern när trycket är lägre över polerna, och svagast under sommaren och när trycket är högre över polerna.
Tillsammans med passadvindarna möjliggjorde de västra länderna en handelsväg tur och retur för segelfartyg som korsade Atlanten och Stilla havet, eftersom de västliga lederna till utvecklingen av starka havsströmmar på de västra sidorna av haven på båda halvkloten genom processen av västra intensifiering . Dessa västra havsströmmar transporterar varma, subtropiska vattenpoler mot polarområdena . De västliga områdena kan vara särskilt starka, särskilt på södra halvklotet, där det är mindre land på de mellersta breddgraderna för att få flödesmönstret att förstärkas, vilket bromsar vindarna. De starkaste västliga vindarna på de mellersta breddgraderna finns inom ett band som kallas de rytande fyrtiotalet , mellan 40 och 50 graders latitud söder om ekvatorn. Westerlies spelar en viktig roll för att bära de varma, ekvatoriala vattnen och vindarna till kontinenternas västra kuster, särskilt på södra halvklotet på grund av dess stora oceaniska vidd.
Polära östliggare
De polära östliga länderna, även känd som Polar Hadley-celler, är torra, kalla vindar som blåser från högtrycksområdena i de polära höjderna vid nord- och sydpolen mot lågtrycksområdena inom Westerlies på höga breddgrader. Till skillnad från Westerlies blåser dessa rådande vindar från öst till väst och är ofta svaga och oregelbundna. På grund av den låga solvinkeln byggs kall luft upp och sjunker ner vid polen och skapar ytor med högt tryck, vilket tvingar ut ett utflöde av luft mot ekvatorn; det utflödet avleds västerut av Corioliseffekten.
Lokala hänsyn
Havs- och landvindar
I kustområden kan havsbris och landvind vara viktiga faktorer i en plats rådande vindar. Havet värms upp av solen långsammare på grund av vattnets högre specifika värme jämfört med land. När temperaturen på markytan stiger värmer marken upp luften ovanför den genom ledning. Den varma luften är mindre tät än den omgivande miljön och därför stiger den. Den kallare luften ovanför havet, nu med högre havsnivåtryck , flödar inåt landet till det lägre trycket, vilket skapar en svalare bris nära kusten. En bakgrundsvind längs stranden antingen stärker eller försvagar havsbrisen, beroende på dess orientering i förhållande till Corioliskraften.
På natten kyls landet av snabbare än havet på grund av skillnader i deras specifika värmevärden. Denna temperaturförändring gör att havsbrisen dagtid försvinner. När temperaturen på land svalnar under temperaturen till havs, kommer trycket över vattnet att vara lägre än landets, vilket skapar en landvind, så länge som en pålandsvind inte är stark nog att motverka den.
Nära berg
Över förhöjda ytor överstiger uppvärmningen av marken uppvärmningen av den omgivande luften på samma höjd över havet , vilket skapar en tillhörande termisk låg över terrängen och förstärker eventuella termiska lågnivåer som annars skulle ha funnits, och förändrar vindcirkulationen i regionen . I områden där det finns oländig topografi som avsevärt avbryter det omgivande vindflödet är vindcirkulationen mellan berg och dalar den viktigaste bidragsgivaren till de rådande vindarna. Kullar och dalar förvränger luftflödet avsevärt genom att öka friktionen mellan atmosfären och landmassan genom att fungera som ett fysiskt block för flödet och avleda vinden parallellt med området precis uppströms topografin, vilket är känt som en barriärjet . Denna barriärstråle kan öka lågvinden med 45 %. Vindriktningen ändras också på grund av landets kontur.
Om det finns ett pass i bergskedjan kommer vindarna att rusa genom passet med stor hastighet på grund av Bernoulli-principen som beskriver ett omvänt förhållande mellan hastighet och tryck. Luftflödet kan förbli turbulent och oberäkneligt en bit medvind in i den plattare landsbygden. Dessa förhållanden är farliga för flygplan som stiger upp och ner . Svala vindar som accelererar genom bergsluckor har fått regionala namn. I Centralamerika inkluderar exempel Papagayovinden , Panamavinden och Tehuanovinden . I Europa är liknande vindar kända som Bora , Tramontane och Mistral . När dessa vindar blåser över öppet vatten ökar de blandningen av de övre lagren av havet som lyfter svala, näringsrika vatten till ytan, vilket leder till ökat marint liv.
I bergsområden blir lokal förvrängning av luftflödet allvarlig. Ojämn terräng kombineras för att producera oförutsägbara flödesmönster och turbulens, såsom rotorer , som kan toppas av linsformiga moln . Kraftiga upp- , neddrag och virvlar utvecklas när luften strömmar över kullar och nedför dalar. Orografisk nederbörd förekommer på lovartsidan av berg och orsakas av den stigande luftrörelsen av ett storskaligt flöde av fuktig luft över bergsryggen, även känt som uppåtgående flöde, vilket resulterar i adiabatisk kylning och kondens. I bergiga delar av världen som utsätts för relativt konsekventa vindar (till exempel passadvindarna) råder vanligtvis ett fuktigare klimat på lovartsidan av ett berg än på lä- eller nedvindssidan. Fukt avlägsnas genom orografisk lyft, vilket lämnar torrare luft på den fallande och allmänt värmande läsidan där en regnskugga observeras.
Vindar som flyter över berg ner till lägre höjder kallas nedåtgående vindar. Dessa vindar är varma och torra. I Europa medvind mot Alperna är de kända som foehn . I Polen är ett exempel halny wiatr. I Argentina är det lokala namnet för nedlutande vindar zonda . På Java är det lokala namnet för sådana vindar koembang. I Nya Zeeland är de kända som Nor'west-bågen , och de åtföljs av molnformationen de är uppkallade efter som har inspirerat konstverk genom åren. På de stora slätterna i USA är dessa vindar kända som en chinook . Nedåtgående vindar förekommer också vid foten av Appalacherna i USA, och de kan vara lika starka som andra nedförslänta vindar och ovanliga jämfört med andra foehnvindar eftersom den relativa luftfuktigheten vanligtvis ändras lite på grund av den ökade fukten i källluften massa. I Kalifornien leds nedgående vindar genom bergspass, vilket förstärker deras effekt, och exempel är Santa Ana och solnedgångsvindarna . Vindhastigheter under nedförsbacke vindeffekt kan överstiga 160 kilometer i timmen (99 mph).
Klippa
Vindskjuvning, ibland kallad vindgradient , är en skillnad i vindhastighet och riktning över ett relativt kort avstånd i jordens atmosfär. Vindskjuvning kan delas upp i vertikala och horisontella komponenter, med horisontell vindskjuvning sedd över väderfronter och nära kusten, och vertikal skjuvning vanligtvis nära ytan, men också på högre nivåer i atmosfären nära jetstrålar på övre nivån och frontalzoner uppe.
Vindskjuvning i sig är ett meteorologiskt fenomen i mikroskala som inträffar över ett mycket litet avstånd, men det kan associeras med väderegenskaper i mesoskala eller synoptisk skala som squalllinjer och kallfronter . Det observeras vanligen nära mikroburst och downbursts orsakade av åskväder , väderfronter, områden med lokalt högre lågnivåvindar som kallas lågnivåjetstrålar, nära berg, strålningsinversioner som uppstår på grund av klar himmel och lugna vindar, byggnader, vindturbiner och segelbåtar . Vindskjuvning har en betydande effekt på kontrollen av flygplan under start och landning, och var en betydande orsak till flygplansolyckor med stora förluster av människoliv inom USA.
Ljudrörelse genom atmosfären påverkas av vindskjuvning, som kan böja vågfronten, vilket gör att ljud hörs där de normalt inte skulle göra det, eller vice versa. Stark vertikal vindskjuvning inom troposfären hämmar också av tropisk cyklon , men hjälper till att organisera individuella åskväder till levande längre livscykler som sedan kan ge hårt väder . Termisk vindkonceptet förklarar hur skillnader i vindhastighet med höjd är beroende av horisontella temperaturskillnader, och förklarar förekomsten av jetströmmen .
I civilisationen
Religion
Som en naturkraft personifierades vinden ofta som en eller flera vindgudar eller som ett uttryck för det övernaturliga i många kulturer. Vayu är den vediska och hinduiska vindens gud. De grekiska vindgudarna inkluderar Boreas , Notus , Eurus och Zephyrus . Aeolus , i olika tolkningar härskaren eller väktaren av de fyra vindarna, har också beskrivits som Astraeus , skymningsguden som födde de fyra vindarna med Eos , gryningens gudinna. De gamla grekerna observerade också vindarnas årstidsförändringar, vilket framgår av Vindarnas torn i Aten . Venti är vindarnas romerska gudar. Fūjin är den japanska vindguden och är en av de äldsta shintogudarna . Enligt legenden var han närvarande vid skapandet av världen och släppte först ut vindarna ur sin väska för att rensa världen från dimma. I nordisk mytologi är Njörðr vindens gud . Det finns också fyra dvärgar ( nordiska dvärgar ), som heter Norðri, Suðri, Austri och Vestri, och förmodligen de fyra hjortarna i Yggdrasil, personifierar de fyra vindarna, och parallella med de fyra grekiska vindgudarna. Stribog är namnet på den slaviska guden av vindar, himmel och luft. Han sägs vara förfader (farfar) till vindarna i de åtta riktningarna.
Historia
Kamikaze är ett japanskt ord, vanligtvis översatt som gudomlig vind, som tros vara en gåva från gudarna. Termen är först känd för att ha använts som namn på ett par eller en serie tyfoner som sägs ha räddat Japan från två mongoliska flottor under Kublai Khan som attackerade Japan 1274 och igen 1281. Protestant Wind är ett namn för storm som avskräckte den spanska armadan från en invasion av England 1588 där vinden spelade en avgörande roll, eller de gynnsamma vindarna som gjorde det möjligt för William av Orange att invadera England 1688. Under Napoleons egyptiska fälttåg hade de franska soldaterna det svårt med khamsinvinden : när stormen dök upp "som en blodsläckning i den avlägsna himlen", gick ottomanerna för att ta skydd, medan fransmännen "inte reagerade förrän det var för sent, sedan kvävdes och svimmade i det bländande, kvävande väggar av damm". Under den nordafrikanska kampanjen under andra världskriget, "var allierade och tyska trupper flera gånger tvungna att stanna mitt i striden på grund av sandstormar orsakade av khamsin... Sandkorn som virvlade av vinden förblindade soldaterna och skapade elektriska störningar som gjorde kompasser oanvändbara."
Transport
Det finns många olika former av segelfartyg, men de har alla vissa grundläggande saker gemensamt. Förutom rotorfartyg som använder Magnus-effekten , har varje segelfartyg ett skrov , rigg och minst en mast för att hålla upp seglen som använder vinden för att driva fartyget. Havsresor med segelfartyg kan ta många månader, och en vanlig fara är att bli lugnad på grund av brist på vind, eller att blåses ur kurs av kraftiga stormar eller vindar som inte tillåter framsteg i önskad riktning. En kraftig storm kan leda till skeppsbrott och förlust av alla händer. Segelfartyg kan bara bära en viss mängd förnödenheter i sitt lastrum , så de måste planera långa resor noggrant för att inkludera lämpliga förråd , inklusive färskvatten.
För aerodynamiska flygplan som fungerar i förhållande till luften påverkar vindar markhastigheten, och i fallet med fordon som är lättare än luften kan vinden spela en betydande eller ensam roll i deras rörelse och markspår . Ytvindens hastighet är i allmänhet den primära faktorn som styr riktningen för flygoperationer på en flygplats, och landningsbanorna på flygplatsen är anpassade för att ta hänsyn till den eller de vanliga vindriktningarna i det lokala området. Även om det kan vara nödvändigt att starta med medvind under vissa omständigheter, är motvind i allmänhet önskvärt. En medvind ökar startsträckan som krävs och minskar stigningsgradienten.
Kraftkälla
De forntida singaleserna i Anuradhapura och i andra städer runt Sri Lanka använde monsunvindarna för att driva ugnar så tidigt som 300 f.Kr. Ugnarna konstruerades på monsunvindarnas väg för att få temperaturerna inuti upp till 1 200 °C (2 190 °F). En rudimentär väderkvarn användes för att driva en orgel under det första århundradet e.Kr. Väderkvarnar byggdes senare i Sistan , Afghanistan , från 700-talet e.Kr. Dessa var vertikalaxlade väderkvarnar, med segel täckta med vassmatta eller tygmaterial. Dessa väderkvarnar användes för att mala majs och dra upp vatten, och användes i malnings- och sockerrörsindustrin. Horisontalaxlade väderkvarnar användes senare i stor utsträckning i nordvästra Europa för att mala mjöl med början på 1180-talet, och många holländska väderkvarnar finns fortfarande.
Vindkraft är nu en av de viktigaste källorna till förnybar energi , och dess användning växer snabbt, drivet av innovation och fallande priser. Det mesta av den installerade kapaciteten inom vindkraft finns på land , men havsbaserad vindkraft erbjuder en stor potential eftersom vindhastigheterna vanligtvis är högre och mer konstanta bort från kusten. Vindenergi kinetiska energi är proportionell mot vindhastighetens tredje potens. Betz lag beskrev den teoretiska övre gränsen för vilken del av denna energi vindkraftverk kan utvinna, vilket är cirka 59%.
Rekreation
Vind figurerar framträdande i flera populära sporter, däribland hängglidning för rekreation , luftballongflygning , drakflygning , snowkiting , drakelandboarding , kitesurfing , skärmflygning , segling och vindsurfing . Vid glidning påverkar vindgradienter precis ovanför ytan start- och landningsfaserna för ett segelflygplan . Vindgradient kan ha en märkbar effekt på markuppskjutningar , även känd som vinschuppskjutningar eller vajeruppskjutningar. Om vindgradienten är betydande eller plötslig, eller bådadera, och piloten bibehåller samma stigningsläge, kommer den indikerade flyghastigheten att öka, vilket möjligen överstiger den maximala markstartssläphastigheten. Piloten måste justera flyghastigheten för att hantera effekten av gradienten. Vid landning är vindskjuvning också en fara, särskilt när vinden är stark. När segelflygplanet sjunker genom vindgradienten vid den slutliga inflygningen till landning, minskar flyghastigheten medan sjunkhastigheten ökar, och det finns inte tillräckligt med tid för att accelerera före markkontakt. Piloten måste förutse vindgradienten och använda en högre inflygningshastighet för att kompensera för den.
I den naturliga världen
I torra klimat är den främsta källan till erosion vind. Den allmänna vindcirkulationen förflyttar små partiklar som damm över vida hav tusentals kilometer medvind från deras ursprungspunkt, vilket är känt som deflation. Västliga vindar i mitten av planetens breddgrader driver havsströmmarnas rörelse från väst till öst över världshaven. Vind har en mycket viktig roll för att hjälpa växter och andra orörliga organismer att sprida frön, sporer, pollen, etc. Även om vind inte är den primära formen av spridning av frö i växter, tillhandahåller den spridning för en stor andel av biomassan av landväxter .
Erosion
Erosion kan vara resultatet av materialrörelser av vinden. Det finns två huvudeffekter. För det första gör vinden att små partiklar lyfts upp och därför flyttas till en annan region. Detta kallas deflation. För det andra kan dessa suspenderade partiklar påverka fasta föremål och orsaka erosion genom nötning (ekologisk succession). Vinderosion förekommer vanligtvis i områden med liten eller ingen vegetation, ofta i områden där det inte finns tillräckligt med nederbörd för att stödja vegetationen. Ett exempel är bildandet av sanddyner, på en strand eller i en öken. Löss är ett homogent, typiskt icke-stratifierat, poröst, spröd , lätt sammanhängande, ofta kalkhaltigt, finkornigt, silty , blekgult eller blekt, vindblåst (eoliskt) sediment . Det förekommer i allmänhet som en utbredd filtavlagring som täcker områden på hundratals kvadratkilometer och tiotals meter tjocka. Löss står ofta i antingen branta eller vertikala ytor. Löss tenderar att utvecklas till mycket rika jordar. Under lämpliga klimatförhållanden är områden med löss bland de mest jordbruksproduktiva i världen. Lössavlagringar är geologiskt instabila av naturen och kommer att erodera mycket lätt. Därför vindskydd (som stora träd och buskar) ofta av bönder för att minska vinderosionen av löss.
Migration av ökendamm
Under midsommaren (juli på norra halvklotet) expanderar de västergående passadvindarna söder om den norrgående subtropiska åsen nordväst från Karibien till sydöstra Nordamerika. När damm från Sahara som rör sig runt den södra periferin av åsen inom passadvindarnas bälte rör sig över land, dämpas nederbörden och himlen ändras från ett blått till ett vitt utseende, vilket leder till en ökning av röda solnedgångar. Dess närvaro påverkar luftkvaliteten negativt genom att öka antalet luftburna partiklar. Över 50 % av det afrikanska stoftet som når USA påverkar Florida. Sedan 1970 har dammutbrotten förvärrats på grund av perioder med torka i Afrika. Det finns en stor variation i dammtransporten till Karibien och Florida från år till år. Dammhändelser har kopplats till en nedgång i korallrevens hälsa över Karibien och Florida, främst sedan 1970-talet. Liknande dammplymer har sitt ursprung i Gobiöknen , som i kombination med föroreningar sprider stora sträckor medvind, eller österut, in i Nordamerika.
Det finns lokala namn för vindar förknippade med sand- och dammstormar. Calima bär damm på sydostliga vindar till Kanarieöarna . Harmattan bär damm under vintern in i Guineabukten . Sirocco för damm från norra Afrika in i södra Europa på grund av rörelsen av extratropiska cykloner genom Medelhavet . Vårstormsystem som rör sig över östra Medelhavet får damm att transportera över Egypten och den arabiska halvön , som lokalt kallas Khamsin . Shamal orsakas av kalla fronter som lyfter damm i atmosfären i dagar i taget över staterna i Persiska viken .
Effekt på växter
Vindspridning av frön, eller anemochory , är ett av de mer primitiva sätten att sprida. Vindspridning kan anta en av två primära former: frön kan flyta på vinden eller alternativt kan de fladdra till marken. De klassiska exemplen på dessa spridningsmekanismer inkluderar maskrosor ( Taraxacum spp., Asteraceae ), som har en fjäderlik pappus fäst vid sina frön och kan spridas långa sträckor, och lönnar ( Acer (släkte) spp., Sapindaceae ), som har bevingade frön och fladdra till marken. En viktig begränsning för vindspridning är behovet av riklig fröproduktion för att maximera sannolikheten för att ett frö landar på en plats som lämpar sig för groning . Det finns också starka evolutionära begränsningar för denna spridningsmekanism. Till exempel tenderade arter i Asteraceae på öar att ha minskad spridningsförmåga (dvs. större frömassa och mindre pappus) i förhållande till samma art på fastlandet. Beroende på vindspridning är vanligt bland många ogräs- eller ruderala arter. Ovanliga mekanismer för vindspridning inkluderar tumbleweeds . En relaterad process till anemochory är anemophilia , vilket är den process där pollen distribueras av vinden. Stora växtfamiljer pollineras på detta sätt, vilket gynnas när individer av de dominerande växtarterna är placerade nära varandra.
Vinden begränsar också trädtillväxten. På kuster och isolerade berg är trädgränsen ofta mycket lägre än i motsvarande höjder inåt landet och i större, mer komplexa bergssystem, eftersom starka vindar minskar trädtillväxten. Starka vindar skurar bort tunna jordar genom erosion, samt skadar lemmar och kvistar. När kraftiga vindar slår ner eller rycker upp träd kallas processen vindkastning . Detta är mest sannolikt på lovartade sluttningar av berg, med allvarliga fall som vanligtvis inträffar för trädbestånd som är 75 år eller äldre. Växtsorter nära kusten, såsom Sitka-granen och havsdruvan , beskärs tillbaka av vind och saltstänk nära kusten.
Vind kan också orsaka växtskador genom sandnötning. Starka vindar kommer att plocka upp lös sand och matjord och slunga den genom luften i hastigheter från 40 km/h till 64 km/h. Sådan vindblåst sand orsakar omfattande skador på plantor eftersom den spränger växtceller, vilket gör dem sårbara för avdunstning och torka. Med hjälp av en mekanisk sandbläster i laboratoriemiljö studerade forskare anslutna till Agricultural Research Service effekterna av vindblåst sandnötning på bomullsplantor. Studien visade att plantorna svarade på skadorna som skapades av den vindblåsta sandnötningen genom att flytta energi från stam- och rottillväxt till tillväxt och reparation av de skadade stjälkarna. Efter en period av fyra veckor blev plantans tillväxt återigen enhetlig i hela plantan, som den var innan den vindblåsta sandnötningen inträffade.
Förutom växtkönsceller (frön) hjälper vind också växternas fiender: Sporer och andra utbredningar av växtpatogener är ännu lättare och kan resa långa sträckor. Några växtsjukdomar är kända för att ha varit kända för att resa över marginalhav och till och med hela hav. Människor kan inte förhindra eller ens bromsa vindspridning av växtpatogener, utan kräver förutsägelse och förbättring istället.
Effekt på djur
Nötkreatur och får är benägna att vindkyla orsakad av en kombination av vind och kalla temperaturer, när vinden överstiger 40 kilometer i timmen (25 mph), vilket gör deras hår och ullbeläggning ineffektiva. Även om pingviner använder både ett lager av fett och fjädrar för att skydda mot kyla i både vatten och luft, är deras simfötter och fötter mindre immuna mot kyla. I de kallaste klimaten som Antarktis , använder kejsarpingviner ett kurbeteende för att överleva vind och kyla, och växlar kontinuerligt med medlemmarna på utsidan av den samlade gruppen, vilket minskar värmeförlusten med 50%. Flygande insekter , en undergrupp av leddjur , svepas med av de rådande vindarna, medan fåglar följer sin egen kurs och utnyttjar vindförhållandena för att antingen flyga eller glida. Som sådan domineras fina linjer i väderradarbilder , förknippade med konvergerande vindar, av insektsretur. Fågelvandring, som tenderar att inträffa över natten inom de lägsta 7 000 fot (2 100 m) av jordens atmosfär , förorenar vindprofiler som samlats in av väderradar, särskilt WSR-88D , genom att öka vindavkastningen från miljön med 15 knop (28 km/h) ) till 30 knop (56 km/h).
Pikas använder en mur av småsten för att lagra torra växter och gräs för vintern för att skydda maten från att blåsa bort. Kackerlackor använder svaga vindar som föregår attackerna av potentiella rovdjur , såsom paddor , för att överleva deras möten. Deras cerci är mycket känsliga för vinden och hjälper dem att överleva hälften av sina attacker. Älgen har ett starkt luktsinne som kan upptäcka potentiella rovdjur uppåt på ett avstånd av 800 m (0,5 miles). Ökade vindar över 15 kilometer i timmen (9,3 mph) signalerar grönmåsar att öka sitt födosök och luftangrepp på tjocknäbbade murrar .
Relaterad skada
Starka vindar är kända för att orsaka skada, beroende på storleken på deras hastighet och tryckskillnad. Vindtrycket är positivt på vindsidan av en struktur och negativt på läsidan. Sällsynta vindbyar kan få dåligt designade hängbroar att svaja. När vindbyar är på samma frekvens som brons svajning, kan bron förstöras lättare, som det som inträffade med Tacoma Narrows Bridge 1940. Så låga vindhastigheter som 23 knop (43 km/h) kan leda till till strömavbrott på grund av att trädgrenar stör energiflödet genom kraftledningar. Även om ingen trädart garanterat tål orkanvindar, är de med grunda rötter mer benägna att ryckas upp med rötterna, och spröda träd som eukalyptus , havshibiskus och avokado är mer benägna att skadas . Orkanvindar orsakar betydande skador på husbilar och börjar strukturellt skada hus med fundament. Vindar av denna styrka på grund av nedåtgående vindar utanför terräng har varit kända för att krossa rutor och sandblästra färg från bilar. När vinden överstiger 135 knop (250 km/h), kollapsar bostäderna fullständigt, och betydande skador görs på större byggnader. Total förstörelse av konstgjorda strukturer inträffar när vindarna når 175 knop (324 km/h). Saffir -Simpson-skalan och Enhanced Fujita-skalan designades för att hjälpa till att uppskatta vindhastigheten från skador orsakade av kraftiga vindar relaterade till tropiska cykloner och tornados , och vice versa.
Australiens Barrow Island har rekordet för den starkaste vindbyen, och nådde 408 km/h (253 mph) under den tropiska cyklonen Olivia den 10 april 1996, vilket överträffade det tidigare rekordet på 372 km/h (231 mph) satt på Mount Washington (New Hampshire ) ) på eftermiddagen den 12 april 1934.
Intensiteten av skogsbränder ökar under dagtid. Till exempel är brännhastigheten för pyrande stockar upp till fem gånger högre under dagen på grund av lägre luftfuktighet, ökade temperaturer och ökade vindhastigheter. Solljus värmer marken under dagen och får luftströmmar att färdas uppför och nedför under natten när landet svalnar. Skogsbränder vädras av dessa vindar och följer ofta luftströmmarna över kullar och genom dalar. Förenta staternas skogsbränder kretsar kring en 24-timmars branddag som börjar klockan 10:00 på grund av den förutsägbara ökningen av intensiteten till följd av värmen under dagen.
I yttre rymden
Solvinden skiljer sig ganska mycket från en landvind, genom att dess ursprung är solen, och den är sammansatt av laddade partiklar som har undkommit solens atmosfär. I likhet med solvinden planetvinden sammansatt av lätta gaser som undkommer planetariska atmosfärer. Under långa tidsperioder kan planetvinden radikalt förändra planetatmosfärernas sammansättning.
Den snabbaste vinden som någonsin registrerats kom från accretionsskivan i det svarta hålet IGR J17091-3624 . Dess hastighet är 20 000 000 miles per timme (32 000 000 km/h), vilket är 3% av ljusets hastighet .
Planetarisk vind
Den hydrodynamiska vinden inom den övre delen av en planets atmosfär tillåter lätta kemiska beståndsdelar som väte att röra sig upp till exobasen , den nedre gränsen för exosfären , där gaserna sedan kan nå flykthastighet och komma in i yttre rymden utan att påverka andra gaspartiklar . Denna typ av gasförlust från en planet till rymden är känd som planetvind. En sådan process över geologisk tid får vattenrika planeter som jorden att utvecklas till planeter som Venus . Dessutom kan planeter med varmare lägre atmosfärer påskynda förlusthastigheten av väte.
Solvind
Snarare än luft är solvinden en ström av laddade partiklar — ett plasma — som skjuts ut från solens övre atmosfär med en hastighet av 400 kilometer per sekund (890 000 mph). Den består mestadels av elektroner och protoner med energier på cirka 1 keV . Strömmen av partiklar varierar i temperatur och hastighet med tiden. Dessa partiklar kan fly från solens gravitation , delvis på grund av den höga temperaturen i koronan , men också på grund av hög kinetisk energi som partiklar får genom en process som inte är väl förstådd. Solvinden skapar heliosfären , en stor bubbla i det interstellära mediet som omger solsystemet. Planeter kräver stora magnetfält för att minska joniseringen av deras övre atmosfär av solvinden. Andra fenomen som orsakas av solvinden inkluderar geomagnetiska stormar som kan slå ut elnät på jorden, norrsken som norrsken och plasmasvansarna på kometer som alltid pekar bort från solen.
På andra planeter
Starka 300 kilometer i timmen (190 mph) vindar vid Venus molntoppar kretsar runt planeten var fjärde till femte jorddag. När polerna på Mars utsätts för solljus efter vintern sublimeras den frusna CO 2 , vilket skapar betydande vindar som sveper bort från polerna så snabbt som 400 kilometer i timmen (250 mph), som sedan transporterar stora mängder damm och vattenånga över dess landskap . Andra vindar från mars har resulterat i städningsevenemang och dammjäklar . På Jupiter är vindhastigheter på 100 meter per sekund (220 mph) vanliga i zonala jetströmmar. Saturnus vindar är bland solsystemets snabbaste. Cassini–Huygens data indikerade topp östliga vindar på 375 meter per sekund (840 mph). På Uranus når vindhastigheterna på norra halvklotet så höga som 240 meter per sekund (540 mph) nära 50 grader nordlig latitud. Vid molntopparna av Neptunus sträcker sig rådande vindar i hastighet från 400 meter per sekund (890 mph) längs ekvatorn till 250 meter per sekund (560 mph) vid polerna. På 70° S latitud på Neptunus färdas en höghastighets jetström med en hastighet av 300 meter per sekund (670 mph). Den snabbaste vinden på någon känd planet är på HD 80606 b som ligger 190 ljusår bort, där det blåser i mer än 11 000 mph eller 5 km/s.
Se även
externa länkar
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
