Ο καιρός μπορεί να φαίνεται σαν να δημιουργεί εβδομάδες θλιβερό, γκρίζο ψιλόβροχο. Αλλά μπορεί επίσης να κάνει μια πραγματικά εντυπωσιακή - και, συχνά, θανατηφόρα - παράσταση. Αλλά τι εξηγεί αυτά τα εκρηκτικά γεγονότα;

Η ατμόσφαιρα της Γης οδηγείται από τη θέρμανση από τον Sunλιο. Ο καιρός είναι η απάντηση της ατμόσφαιρας στο άνισο σχήμα θερμικής ενέργειας που λαμβάνει. Το ορατό και υπεριώδες φως θερμαίνει τη Γη κατά τη διάρκεια της ημέρας, πιο έντονα σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη, αλλά η Γη εκπέμπει σχεδόν ακριβώς ίση συνολική ποσότητα υπέρυθρης ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις.

Κατά μέσο όρο, η Γη δέχεται 340 W m m^-2 από τον ήλιο. Περίπου το ένα τρίτο αυτής της ενέργειας είναι διάσπαρτα κατευθείαν πίσω στο διάστημα από σύννεφα και πάγο στην επιφάνεια. Η υπόλοιπη ενέργεια, περίπου ισοδύναμη με την τοποθέτηση ενός μικρού θερμαντικού σώματος κάθε 2 μέτρα σε ένα πλέγμα που καλύπτει την επιφάνεια της Γης και τα τρέχει συνεχώς, απορροφάται από την επιφάνεια και την ατμόσφαιρα.

Αλλά η δύναμη του Sunλιου εστιάζεται στην πλευρά της ημέρας και, συγκεκριμένα, κοντά στον Ισημερινό. Κατά μέσο όρο, η ατμόσφαιρα και η επιφάνεια απορροφούν πάνω από 300 W m^-2 στους τροπικούς αλλά λιγότερο από 100 W m^-2 στις Πολικές Περιφέρειες. Η επιφάνεια της Γης στον ισημερινό είναι στραμμένη προς το φως του Sunλιου, αλλά σε μεγάλη γωνία προς αυτήν κοντά στους πόλους όπου η ίδια ισχύς πέφτει σε μεγαλύτερη επιφάνεια.

The Sun: εκεί που ξεκινούν όλα NASA/Goddard/SDO/flickr, CC BY

Η θερμοκρασία της Γης δεν παρουσιάζει ακραίες διακυμάνσεις, που ποικίλλουν λιγότερο από 50 ° C μεταξύ Ισημερινού και μεγάλου γεωγραφικού πλάτους, πολύ λιγότερο από ό, τι σε ένα σώμα όπως π.χ. το φεγγάρι. Αυτό συμβαίνει επειδή η ατμόσφαιρα (και σε ελαφρώς μικρότερο βαθμό οι ωκεανοί) μεταφέρει θερμότητα από θερμότερες σε ψυχρότερες περιοχές. Η ατμοσφαιρική μεταφορά θερμότητας κορυφώνεται στα 5 PW περίπου (5 petaWatt ή 5 × 10¹⁵ W). Για το πλαίσιο, το ο μεγαλύτερος πυρηνικός σταθμός παραγωγής ενέργειας έχει χωρητικότητα 8 GW (8 × 10⁹ W) και η συνολική ισχύς που καταναλώνεται σε όλες τις μορφές από τους ανθρώπους σήμερα είναι αναμενόμενη να είναι 18 TW (1.8 × 10¹³ W), πάνω από 250 φορές λιγότερο.

Αυτή η τεράστια παροχή ενέργειας είναι αυτό που κινεί τη θερμική μηχανή της ατμόσφαιρας και των ωκεανών της Γης, και τις προκύπτουσες κινήσεις του θερμού αέρα σε πιο ψυχρές περιοχές. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, η ενέργεια μετατρέπεται σε πολλές άλλες μορφές και η περιστροφή της Γης έχει βαθιά επίδραση στη μορφή που παίρνει ο καιρός, ειδικά σε μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Εδώ το κύριο μέσο μεταφοράς θερμότητας αλλάζει από τη διαμήκως συμμετρική υπερστροφή Χάντλεϊ Σελς σε κυματοειδείς κινήσεις, η επιφανειακή εκδήλωση των οποίων είναι τα γνωστά καιρικά συστήματα υψηλής και χαμηλής πίεσης.

Jet stream cirrus. LPI/NASA http://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/clouds/slide_2.html 

Τζετ ροές είναι πολύ στενές κορδέλες (λίγα χιλιόμετρα βάθος και ίσως 100 χιλιόμετρα πλάτος) ταχέως κινούμενου αέρα που κυκλώνουν τη Γη και σχηματίζονται στα όρια θερμότερων και ψυχρότερων μαζών αέρα σε περίπου 10 χλμ υψόμετρο. Στον πυρήνα ενός ρεύματος τζετ, οι άνεμοι μπορούν να φτάσουν τα 200 χλμ. Ώρα^-1 και ένα εκπληκτικό 656 χλμ. ώρα^-1 έχει καταγραφεί πάνω από τις Εξωτερικές Εβρίδες τον Δεκέμβριο του 1967. Η τοποθεσία αυτών των εστιασμένων ανέμων είναι ζωτικής σημασίας για τον σχεδιασμό διαδρομών αεροσκαφών και η έξυπνη χρήση είναι ο λόγος για τον οποίο είναι πιο γρήγορο να πετάς από δυτικά προς ανατολικά από το αντίστροφο ταξίδι.

Το ρεύμα τζετ που επηρεάζει περισσότερο τον καιρό μας είναι το βόρειο πολικό ρεύμα που ελίσσεται σε μια διαφορετική διαδρομή και καθοδηγεί τη διέλευση των καιρικών συστημάτων σε όλο τον κόσμο, οδηγώντας πιθανώς σε μια σειρά από καταιγίδες και πλημμύρες. Όταν το ρεύμα τζετ καμπυλώνει νότια, τότε θα πέσει ο κρύος πολικός αέρας, όταν καμπυλώσει προς τα βόρεια, μπορεί να προκύψει ζεστός αέρας και καθιερωμένος καιρός.

Ο τυφώνας Κατρίνα στην κορυφή του Κόλπου του Μεξικού στις 28 Αυγούστου 2005. NASA http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=74693

Τροπικούς κυκλώνες, Περισσότερο γνωστή ως τυφώνες στην Αμερική και τυφώνες στην Άπω Ανατολή, είναι μαζικά καταστροφικά καιρικά φαινόμενα που σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη ξεκινούν ως ασθενέστερα καιρικά συστήματα χαμηλής πίεσης. Τροπικοί κυκλώνες σχηματίζονται σε πολύ ζεστές θάλασσες, συνήθως στα τέλη του καλοκαιριού και το φθινόπωρο σε κάθε ημισφαίριο. Καθώς εντείνονται, οδηγούνται από τη λανθάνουσα απελευθέρωση ενέργειας από τους υδρατμούς, που συμπυκνώνεται σχηματίζοντας τα σύννεφα υψηλής καταιγίδας.

Ταχύτητα ανέμου πάνω από 200 χλμ. Ώρα^-1 έχουν καταγραφεί γύρω από το κέντρο μιας καταιγίδας, αλλά η καταστροφή προκαλείται κυρίως από πλημμύρες ως αποτέλεσμα της αύξησης του ύψους της επιφάνειας της θάλασσας και των έντονων βροχοπτώσεων. Η μέση ετήσια βροχόπτωση στο Ηνωμένο Βασίλειο μπορεί να πέσει σε λιγότερο από δύο ώρες από τα σύννεφα γύρω από το μάτι της καταιγίδας.

Ο κυκλώνας Bhola του 1970 ήταν μία από τις χειρότερες φυσικές καταστροφές όλων των εποχών, σκοτώνοντας μισό εκατομμύριο ανθρώπους στο Μπαγκλαντές και τη Δυτική Βεγγάλη ως αποτέλεσμα τέτοιων πλημμυρών, αλλά ήταν πολύ μακριά από τον ισχυρότερο τροπικό κυκλώνα, βαθμολογώντας σχετικά μέτριο Κατηγορία 3. Οι ισχυρότερες, καταιγίδες 5, περιλαμβάνουν τον τυφώνα Κατρίνα το 2005 με ανέμους άνω των 280 χιλιομέτρων την ώρα^-1.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Occluded_mesocyclone_tornado5_-_NOAA.jpg/flickr, CC BY ανεμοστρόβιλοι είναι μικρότεροι, βίαιοι ανεμοστρόβιλοι που μπορούν να σχηματιστούν κάτω από ένα σύννεφο θύελλας σωλήνων, μια περιοχή έντονης κάθετης μεταφοράς. Ένα σύννεφο χοάνης σχηματίζεται στο κέντρο της δίνης, αν και οι ισχυροί άνεμοι κυκλοφορούν πολύ περισσότερο γύρω του. Οι πιο ακραίοι άνεμοι είναι σχεδόν 500 χλμ. Ώρα^-1, και οδηγούν σε ακραίες ζημιές κατά μήκος της πορείας τους.

Η Τρικρατικός ανεμοστρόβιλος του Μαρτίου 1925, είχε το μεγαλύτερο μήκος διαδρομής που είχε καταγραφεί σε πάνω από 350 χιλιόμετρα και σκότωσε 695 ανθρώπους στην κοιλάδα του ποταμού Μισισιπή, ΗΠΑ. Wasταν μέρος μιας επιδημίας με συνολικό αριθμό θανάτων 747, αλλά ακόμη και αυτό ξεπεράστηκε τον Απρίλιο του 1989 από Ανεμοστρόβιλος Daulatpur – Saturia στο Μπαγκλαντές, όταν περισσότεροι από 1,300 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους και 80,000 έμειναν άστεγοι.

Σφοδρές καταιγίδες εμφανίζονται σε πολλά μέρη του κόσμου και μπορούν να μεταφέρουν άμμο και λεπτότερους κόκκους ορυκτών από τη μία ήπειρο στην άλλη. Στη Βόρεια Αφρική αυτές οι καταιγίδες είναι γνωστές ως χαμπούζ και συχνά ξεκινούν από τους δυνατούς ανέμους που σχετίζονται με καταιγίδες. Παρόμοιες καταιγίδες συμβαίνουν στα πιο ξηρά μέρη της Αμερικής και της Ασίας. Τα Haboobs μπορούν να φτάσουν σε ύψη άνω του 1χλμ, καλύπτοντας χιλιάδες χιλιόμετρα² και διαρκεί για ώρες, η σκόνη που απορροφά το φως του ήλιου, θερμαίνει τον αέρα και εντείνει τους ανέμους στα άκρα της καταιγίδας.

Στη Γη, σταγονίδια νερού θα πυρηνώσουν στους λεπτότερους κόκκους σκόνης, τελικά θα τους απομακρύνουν και θα περιορίσουν την ανάπτυξη μιας καταιγίδας, αλλά στον Άρη, ο οποίος είναι πολύ πιο ξηρός, μερικές καταιγίδες σκόνης μπορούν τελικά να καλύψουν τον πλανήτη.

Ένας διάβολος σκόνης στην Αριζόνα. NASA http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/2005_dust_devil.html

Διάβολοι σκόνης είναι μικρές συναγωγικές δίνες, που γίνονται ορατές από τη σκόνη που σηκώνουν από την επιφάνεια. Οδηγούνται επίσης από θερμική ενέργεια, όπου μια πιο δροσερή ατμόσφαιρα έρχεται σε επαφή με μια ζεστή επιφάνεια. Αυτό είναι πιο συνηθισμένο σε περιοχές που μοιάζουν με ερήμους, αλλά μπορούν να συμβούν ακόμη και σε εύκρατα κλίματα και υπάρχουν ηχογραφήσεις "διαβόλων χιονιού" σε έντονα φωτισμένα βουνά. Στη Γη, μπορεί να φτάσουν 1 χιλιόμετρο ύψος και ίσως 10 μέτρα διάμετρο. στον Άρη έχουν δει σε πολύ μεγαλύτερο εύρος μεγεθών, εκτείνεται έως 20 χιλιόμετρα ύψος και 200 ​​μέτρα πλάτος και εμφανίζονται σε πολλές εικόνες από τροχιά σε τροχιά.

State Farm/flickr, CC BYαστραπή είναι ένα συχνό φαινόμενο στην ατμόσφαιρα της Γης, που συμβαίνει σε περιοχές με ισχυρή κάθετη μεταφορά. Περίπου 2,000 καταιγίδες είναι ενεργό ανά πάσα στιγμή. Ο αέρας στο στενό κέντρο ενός κεραυνού μπορεί να φτάσει σύντομα τους 30,000 ° C, πέντε φορές τη θερμοκρασία της επιφάνειας του Sunλιου. Ο ήχος των βροντών προέρχεται από την ταχεία διαστολή του θερμαινόμενου αέρα και τα δέντρα που χτυπιούνται κυριολεκτικά διαλύονται καθώς το νερό μέσα τους βράζει αμέσως.

Χαλάζι συνδέεται γενικά με καταιγίδες και είναι επίσης ένα ζεστό καιρό, φαινόμενο μεταφοράς. Οι άνθρωποι συχνά θεωρούν το χαλάζι ως χειμερινό γεγονός, αλλά αργά την άνοιξη και το καλοκαίρι είναι η μόνη στιγμή που συμβαίνει το πραγματικό χαλάζι στο Ηνωμένο Βασίλειο. Όταν υπάρχουν ισχυρές αναρροφήσεις αέρα, οι χαλαζοπτώσεις μπορούν να φτάσουν σε πολύ μεγάλα μεγέθη, έως 20 εκατοστά σε διάμετρο και μπορεί να ζυγίζει σχεδόν 1 κιλό. Οι καταιγίδες από χαλάζι μπορεί να είναι πραγματικά θανατηφόρες και δυστυχώς υπάρχουν καταγραφές πολλών εκατοντάδων νεκρών. Iblyσως η πιο θανατηφόρα χαλαζόπτωση που καταγράφηκε σκότωσε περισσότερους από 230 ανθρώπους και 1,600 ζώα στο Ουτάρ Πραντές της Βόρειας Ινδίας τον Απρίλιο του 1888 και υπάρχουν γραπτά αρχεία θανάτων στο Warwickshire της Αγγλίας μέχρι τον Μάιο του 1411.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Stephen Lewis, Senior Lecturer in Physical Sciences, The Open University. Τα ερευνητικά μου ενδιαφέροντα αφορούν τη μοντελοποίηση πλανητικής ατμόσφαιρας, ιδιαίτερα τη σύγκριση συγκριτικών μελετών δυναμικής μετεωρολογίας και κλιματικών διαδικασιών σε διαφορετικούς πλανήτες. Αυτό περιλαμβάνει κυρίως μεγάλα αριθμητικά μοντέλα πλανητικών ατμοσφαιρών.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Η Συνομιλία. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικό βιβλίο:

at

Ευχαριστώ για την επίσκεψη Innerself.com, πού υπάρχουν 20,000 + άρθρα που αλλάζουν τη ζωή που προωθούν «Νέες στάσεις και νέες δυνατότητες». Όλα τα άρθρα μεταφράζονται σε 30+ γλώσσες. Εγγραφείτε στο InnerSelf Magazine, που δημοσιεύεται εβδομαδιαία, και στο Marie T Russell's Daily Inspiration. Περιοδικό InnerSelf εκδίδεται από το 1985.