Elämme ilmameren pohjalla. Virtaukset tässä valtameressä liikuttavat kaasumassoja, ja tämä liike luo sään, jota koemme joka päivä.
Videon yleiskatsaus
Tämä ilmameri koostuu suurimmaksi osaksi kaksiatomisista typpi- ja happimolekyyleistä ja pienemmistä määristä argonia, heliumia ja hiilidioksidia. Yläpuolellamme oleva ilma sisältää myös vaihtelevia määriä vesihöyryä.
Kaikilla näillä molekyyleillä on massaa, jota painovoima vetää kohti Maata.
Kunkin yläpuolellamme olevan kaasupatsaan kaikkiin molekyyleihin kohdistuva painovoiman vetovoima aiheuttaa meihin voiman, jonka koemme ilmanpaineena.
Ilmapaine on suurimmillaan maanpinnalla ja pienenee korkeuden kasvaessa sekä siksi, että korkeammalla ilmapatsas lyhenee ja kaasuhiukkasten tiheys* pienenee, mikä tarkoittaa, että korkealla on vähemmän kaasuhiukkasia tilavuusyksikköä kohti* kuin maanpinnalla.
Kun yksittäiset kaasumolekyylit lämpenevät, ne vievät enemmän tilaa aiheuttaen sen, että kaasu on vähemmän tiheää. Jos kaikki muut tekijät pysyvät ennallaan, ilmanpaine laskee ilman lämpötilan noustessa. Myös vesihöyryn määrä vaikuttaa ilmanpaineeseen. Kasvava vesihöyrypitoisuus*s laskee ilmanpainetta.
Lämmin ilma on vähemmän tiheää kuin kuiva ilma. Kostea vesihöyryä sisältävä ilma on vähemmän tiheää kuin kuiva ilma, joten lämmin kostea ilma on vähemmän tiheää kuin viileä kuiva ilma.
Epätasainen lämpeneminen ja ilmakehän vesihöyryn vaihteleva määrä aiheuttavat korkean ja matalan paineen alueita. Tämä paine-ero saa ilman liikkumaan maata pitkin korkeapainealueilta matalapainealueille. Koemme nämä ilmavirtaukset tuuleksi.
Voima, joka ajaa näitä virtauksia, johtuu kahden alueen välisestä paine-erosta. Tätä kutsutaan painegradienttivoimaksi.
Painegradienttivoiman liikuttamat ilmamassat siirtävät lämpöä konvektiolla, kun viileämmät kaasuhiukkaset siirtyvät lämpimämpiä kaasuhiukkasia sisältäville alueille. Tämä on samanlaista kuin pienemmät suljetummat konventionaaliset kierrot, joita esiintyy yhdeltä puolelta lämmitetyssä huoneessa. Tosin ilmakehässä se ei ole yhtä yksinkertaista, koska järjestelmä on avoimempi, joten nousevat ja laskevat ilmamassat aiheuttavat liikettä moniin suuntiin.
Matalapainealueiden ympärille nouseva ilmamomentti saa ilmamassat lähenemään toisiaan maanpinnan läheisyydessä ja eroamaan toisistaan korkealla troposfäärissä. Päinvastoin tapahtuu korkeapainealueiden ympärillä, jolloin ilmavirrat eroavat lähellä maanpintaa ja lähenevät toisiaan ylempänä ilmakehässä.
Koska elämme pyörivällä planeetalla, tuulet eivät puhalla suorina linjoina suoraan korkea- ja matalapainealueiden välillä. Todellinen tuulen suunta määräytyy sen mukaan, miten painegradienttivoimien ohjaamat ilmanliikkeet ohjautuvat Coriolis-ilmiön vaikutuksesta.