Ruchy powietrza atmosferycznego

Cele:
Uczeń:

- rozumie różnicę między konwekcją, a wiatrem;
- potrafi narysować mechanizm wyżu i niżu barycznego na obu półkulach;
- wie, w których miejscach na Ziemi tworzą się układy baryczne wysokiego i niskiego ciśnienia;
- wyjaśnia przyczynę różnego kierunku mas powietrza w strefie monsunowej;
- potrafi uzasadnić, dlaczego w czasie wiania wiatru halnego powietrze po stronie zawietrznej jest cieplejsze;
- wskazuje na mapie miejsca występowania wiatrów sezonowych i lokalnych;
- właściwie określa kierunki wiania pasatów i antypasatów na różnych półkulach.

Treści przedstawiane na lekcji:
Powietrze atmosferyczne krąży w różnych kierunkach. Jeśli ten kierunek jest zbliżony do pionowego, to taki ruch nazywa się konwekcją. Konwekcja spowodowana jest nagrzewaniem lub ochładzaniem się powietrza.
Jeśli ruch powietrza jest zbliżony do poziomego, to nazywa się go wiatrem. Wiatr jest wywoływany różnicą ciśnień.
Ciśnienie jest na ogół niższe im większa wysokość nad poziomem morza, bo wtedy słup powietrza naciskającego na jednostkę powierzchni jest mniejszy.
Ciśnienie mierzy się na ogół w hPa i uważa się, że normalna jego wartość wynosi 1013 hPa. W najwyższym miejscu na świecie jest trzykrotnie niższa.
Powietrze zawsze zmierza od wysokiego do niskiego ciśnienia, ale nie jest to najkrótsza droga, ponieważ na poruszające się cząstki działa siła Coriolisa, będąca następstwem ruchu obrotowego. To z jej powodu cząstki odchylają się w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej.
Mechanizm wyżu i niżu barycznego:

Przykładem wiatrów stałych są pasaty i antypasaty w strefie międzyzwrotnikowej.
W pobliżu równika powietrze jest mocno nagrzewane przez promienie słoneczne i jako lżejsze unosi się do góry. Wznosząc się, dochodzi do jego schłodzenia, a po osiągnięciu punktu rosy, następuje skroplenie i opad. W pobliżu zwrotnika te opady są nazywane zenitalnymi. Nazwa jest związana z zenitalnym położeniem Słońca w momencie górowania nad tymi miejscami. Schłodzone powietrze rozchodzi się w górnych warstwach troposfery w stronę zwrotników jako antypasaty. Staje się coraz cięższe i w konsekwencji zaczyna opadać w pobliżu zwrotników. Opadając nagrzewa się suchoadiabatycznie, skutecznie uniemożliwiając wznoszenie się powietrza znad powierzchni Ziemi. Z tego powodu w strefie zwrotnikowej deszcze prawie nie występują.
Gromadzące się powietrze nad zwrotnikami tworzy układ wysokiego ciśnienia, a wznoszące się powietrze nad równikiem, pozostawia układ niskiego ciśnienia, dlatego dalsze ogniwo tego mechanizmu można łatwo przewidzieć.
Przy powierzchni Ziemi powstają pasaty - stałe wiatry wiejące od zwrotnikowych wyżów do równikowego niżu.
Takie krążenie powietrza w strefie międzyzwrotnikowej doprowadziło do powstania po obu stronach równika komórek Hadley'a. W strefie umiarkowanej wyróżnia się jeszcze komórki Ferrela i w pobliżu biegunów - komórki okołobiegunowe. Wszystkie powstały w następstwie tworzących się układów niskiego i wysokiego ciśnienia.

W każdym miejscu na Ziemi zaznacza się jednak działająca siła Coriolisa. w jej następstwie pasaty, antypasaty i inne prądy powietrzne przyjmują określone, zmodyfikowane kierunki. Na półkuli północnej kierunek pasatów jest północno-wschodni (kierunek wiatrów jest określany jako: skąd wieje?), a na półkuli południowej jako południowo-wschodni. Antypasaty na półkuli północnej mają kierunek południowo-zachodni i na półkuli południowej: północno-zachodni.

Na wysokościach ponad 10 km nad podzwrotnikowymi i umiarkowanymi szerokościami geograficznymi, wieją bardzo silne, nawet do 500 km/h, prądy strumieniowe, z zachodu na wschód. Zasila je zarówno powietrze z antypasatów, jak i powietrze z wyższych szerokości geograficznych.

Krążenie monsunowe jest przykładem wiatrów sezonowych, którego przyczyną jest nierównomierne nagrzewanie się lądu i morza.
Monsun to wiatr wiejący w lecie znad morza na ląd, a w zimie odwrotnie. W lecie nad kontynentami tworzą się ośrodki niskiego ciśnienia, a nad morzami panuje wysokie ciśnienie. Na lądy napływa wówczas powietrze przynoszące obfite opady i nieznaczne ochłodzenie. W zimie, przeciwnie, nad lądem tworzy się wyż, a powietrze odpływa w kierunku morza, przynosząc pogodę słoneczną w niższych szerokościach geograficznych. Monsun wieje np. w Południowo-Wschodniej Azji czy we Wschodniej Afryce.

Bardziej lokalnym i również sezonowym układem krążenia powietrza są bryzy, których mechanizm jest analogiczny, jak w przypadku monsunu, tylko jego cykl nie nawiązuje do pór roku, lecz do rytmu dobowego.
Bryza to wiatr wiejący nad brzegiem morza lub nad dużym jeziorem. W dzień nad lądem tworzy się niż baryczny, a nad morzem wyż baryczny. Wiatr wieje z morza na ląd. W nocy nad morzem tworzy się niż, a nad lądem wyż, co powoduje zmianę kierunku wiania wiatru. Wieje on znad lądu w kierunku morza.

Również rzeźba górska wywołuje znaczne zmiany w charakterze wiatrów. Często dochodzi do ich zagęszczenia pod wpływem przemieszczania w coraz węższych dolinach. Ponadto po stronie dowietrznej powietrze wznoszące się do góry oziębia się wilgotnoadiabatycznie, co prowadzi do skroplenia pary wodnej i intensywnego opadu. Po stronie zawietrznej powietrze ześlizgując się w dół, ogrzewa się suchoadiabatycznie, a tym samym jest coraz cieplejsze, suchsze i bardziej porywiste. Taki rodzaj wiatru jest nazywany w Alpach - fenem. W Tatrach to jest wiatr halny, a w Górach Skalistych – chinookiem. Wiatr taki przyczynia się na wiosnę do gwałtownego topnienia lodu, ale nie doprowadza do powodzi, bo jest bardzo suchy.

Zdarza się też, że z gór napływa zimne powietrze, a nie ciepłe, jak w przypadku fenu. Jest to bora. Bora dociera np. do ciepłych wybrzeży Atlantyku z głębi Półwyspu Bałkańskiego, przedzierając się przez Góry Dynarskie. Powietrze wewnątrz półwyspu jest silnie przechłodzone, a jeśli dociera wyżej niż szczyty gór, przelewa się w kierunku wybrzeża. Nie zdąży się już tak ogrzać jak fen.

Mistral, to również przykład wiatru lokalnego wiejącego z gór, gdzie masy powietrza spływają sponad ośnieżonych i zlodowaconych Alp. Mistral koncentruje się w dolinie Rodanu, gdy u wybrzeży Hiszpanii formuje się wyż, a nad Zatoką Liońską – niż baryczny.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Wyjaśnij różnicę między konwekcją, a wiatrem.
2. Podaj przykłady wiatrów stałych i sezonowych.
3. Wyjaśnij, kiedy ma miejsce, gdzie występuje i czym się charakteryzuje monsun letni?
4. Na czym polega różnica między monsunem i bryzą? Jakie zachodzą między nimi podobieństwa?
5. Jakie znasz inne określenia dla fenu? Dla których miejsc na Ziemi są one charakterystyczne?
Na lepszą ocenę:
1. Podaj przykłady chłodnych, górskich wiatrów i wyjaśnij, w jaki sposób powstają. Wskaż na mapie, gdzie mogą występować?
2. Wyjaśnij mechanizm działania wyżu i niżu barycznego.
3. Dlaczego zimą turyści obawiają się wiatru halnego?
4. Dlaczego w strefie zwrotnikowej opady występują sporadycznie?
5. Określ kierunek wiania pasatów na półkuli północnej i antypasatów na półkuli południowej.
6. Narysuj mechanizm wyżu i niżu barycznego na półkuli południowej.

Zapis lekcji:
1. Wiatr i konwekcja.
2. Mechanizm wyżu i niżu barycznego.
3. Krążenie powietrza w strefie międzyzwrotnikowej.
4. Komórki cyrkulacyjne.
5. Rodzaje wiatrów sezonowych i lokalnych.