Det globale vindsystemet

Kompetansemål i Geofag 2 (LK20)

Elevene skal kunne

• gjøre rede for strålingsbalanse, strålingsfordeling og strålingspådriv og bruke disse til å forstå den globale sirkulasjonen i atmosfæren

(Udir, u.å.-b)

Kjerneelementer som dekkes i dette kapitlet:

• Jordsystemer i tid og rom: «Kjerneelementet jordsystemer handler om delsystemer som geosfæren, atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren og biosfæren» (Udir, u.å.-a). Den globale sirkulasjonen er prosesser i atmosfæren, og de veksler med havet.

• Modeller og modellering: «Modeller brukes til å undersøke, forklare og presentere geofaglige prosesser og fenomener» (Udir, u.å.-a). Tre-celle-modellen og figuren av innstrålingen er slike modeller.

Hva driver det globale vindsystemet?

I kapitlet om høytrykk og lavtrykk så du at temperaturforskjeller skaper trykkforskjeller, og at trykkforskjeller setter lufta i bevegelse. Her ser vi på hele planeten.

Sola varmer ikke jorda jevnt. Fordi jorda er en kule, varmes tropene mer enn polområdene. Atmosfæren og havet flytter varme fra ekvator mot polene. Sammen kalles den sirkulasjonen jordas varmemotor (NASA, u.å.).

I tropene er det et energioverskudd: mer sollys blir absorbert enn varme som stråles ut. I polområdene er det et energiunderskudd: mer varme stråles ut enn sollys som blir absorbert. På midlere breddegrader er det om lag balanse (NASA, u.å.). Uten transport ville tropene blitt for varme og polene for kalde. Når selve balansen endres, for eksempel fordi det blir mer CO₂ i lufta, kalles endringen et strålingspådriv (Store norske leksikon, u.å.-i). Hva det betyr for klimaet, tar vi i klimakapitlet.

Jordaksen heller om lag 23,4 grader. Derfor er ikke ubalansen lik hele året, og vi får årstider (NASA, u.å.). Snø og is kaster mye av lyset tilbake. Det kalles høy albedo, og det forsterker underskuddet mot polene.

Hvordan havet bærer sin del av varmen, tar vi i kapitlet om havstrømmer.

Figuren viser hvorfor samme solstråle varmer mer ved ekvator enn mot polene: strålen treffer et større areal når vinkelen slakner.

Hva tror du?

Sahara ligger nesten på samme breddegrad som deler av Florida og Sør-Kina, som er grønne og fuktige. Hvorfor tror du det er så tørt akkurat rundt 30°? Svar før du leser videre – vi kommer tilbake til det i delen om tørken rundt 30°.

Fra én celle til tre

I 1735 foreslo George Hadley én sirkulasjon på hver halvkule: lufta stiger ved ekvator, går mot polen i høyden, synker, og vender tilbake langs bakken (NOAA, u.å.-a).

Det ville holdt hvis jorda sto stille. Jorda roterer. Luft som går mot polen i høyden, beholder farten mot øst og blir vestavind i forhold til bakken. Det er corioliseffekten (NOAA, u.å.-c). Hvorfor den dreier, står i kapitlet om corioliseffekten.

Én sløyfe til polen går ikke. Vi får tre celler på hver halvkule (NOAA, u.å.-a):

Høytrykksbeltene ligger nær 30° og over polene. Lavtrykksbeltene ligger ved ekvator og nær 50–60° (NOAA, u.å.-a).

Venstre rute er Hadleys stillestående jord. Høyre rute er tre celler etter at rotasjonen har dreid den øvre strømmen.

Tverrsnittet viser det samme fra siden: lufta stiger ved ekvator og nær 50–60°, og synker nær 30° og over polen.

Den intertropiske konvergenssonen

Den sterkeste motoren sitter i tropene. Der møtes passatene i den intertropiske konvergenssonen, ofte forkortet ITCZ (NOAA, u.å.-b).

Navnet sier hva som skjer. Intertropisk betyr i det varme beltet rundt ekvator. Konvergens betyr at nordøstpassaten og sørøstpassaten strømmer sammen. Sone betyr et belte, ikke en strek. Beltet vises som et bånd av skyer, byger og av og til torden rundt jorda (NOAA, u.å.-b; Store norske leksikon, u.å.-b).

Når de to passatene møtes, har lufta én vei: opp. Er lufta fuktig, kondenserer vanndampen, og det dannes skyer (Store norske leksikon, u.å.-b). Kondensasjonen frigjør latent varme, så lufta i skyen holder seg lettere enn lufta rundt. Ved havflaten blir vinden svak og skiftende, fordi lufta stiger i stedet for å strømme sidelengs. Dette stillebeltet i Hadley-cellen har vært vanskelig for seilskutene (Store norske leksikon, u.å.-a).

Til venstre: oppdrift, skyer og regn i konvergenssonen. Til høyre: luft som har regnet fra seg, synker nær 30° og vender tilbake som passat.

Hvorfor det er tørt rundt 30°

I høyden over konvergenssonen er lufta tørr. Den har sluppet nedbøren. Den strømmer mot polen og synker nær 30°. Det kalles subsidens.

Når lufta synker, presses den sammen og varmes opp. Den relative fuktigheten faller, og skyene løses opp. Ved bakken ligger høytrykk, med klarvær og tørke (NOAA, u.å.-a).

Derfor ligger mange ørkener langs 30°, blant annet i Nord-Afrika, sørvest i Nord-Amerika og i Australia (NOAA, u.å.-a). Hadley-cellen gjør subtropene tørre, som i Nord-Afrika, mens regnskogen ligger nær ekvator, som i Amazonas, Indonesia og Kongo (Store norske leksikon, u.å.-a). Sahara er tørr fordi lufta synker, ikke fordi det «mangler elver». Det er svaret på «Hva tror du?».

Konvergenssonen flytter seg

Konvergenssonen ligger ikke fast på ekvator. Den følger sola: nordover i nordlig sommer og sørover i nordlig vinter. Derfor har tropene våte og tørre årstider (NOAA, u.å.-b; Store norske leksikon, u.å.-b).

Nær ekvator krysser sola to ganger i året, i mars og september, og det blir to regntider. Lenger fra ekvator smelter de to regntidene sammen til én. Klimaet blir mer monsunpreget, med én regntid og én tørketid (Store norske leksikon, u.å.-b). Mellom om lag 10° og 20° gir det savanne.

Monsun er vind som skifter retning med årstiden. Land varmes raskere enn hav. Om våren og forsommeren stiger varm luft over land, trykket ved bakken faller, og fuktig luft strømmer inn fra havet. Asia har den sterkeste monsunen. Om sommeren blåser fuktig luft inn over India og gir regntid (Store norske leksikon, u.å.-d; NOAA, u.å.-b).

Vindene ved bakken

Lufta som sank nær 30°, må strømme bort langs bakken. Noe går mot ekvator, noe mot polene. Corioliseffekten dreier begge. Vinden har navn etter retningen den kommer fra.

Passatvindene

Fra høytrykket nær 30° inn mot konvergenssonen. På den nordlige halvkule er den framherskende retningen nordøst. På den sørlige halvkule er den sørøst (Store norske leksikon, u.å.-c; NOAA, u.å.-a). I januar dekker nordøstpassaten mesteparten av beltet fra om lag 0° til 30° nord. I juli ligger beltet lenger nord (Store norske leksikon, u.å.-c).

Vestavindsbeltet

Fra om lag 30° mot lavtrykket nær 50–60°. På den nordlige halvkule dreies lufta mot høyre, så vinden kommer fra vest og går mot øst. Norge ligger i dette beltet. Ferrel-cellen er termisk indirekte. Den drives ikke av oppvarming, men holdes i gang av de vandrende lavtrykkene og høytrykkene ved midlere breddegrader. Vestavinden ved bakken kommer av at corioliseffekten dreier lufta som strømmer mot polen (NOAA, u.å.-a; American Meteorological Society [AMS], u.å.).

De polare østavindene

Kald luft synker over polene og strømmer ut langs bakken. På den nordlige halvkule dreies den mot høyre og blir en kald, tørr østavind. Polarhøytrykket er ikke et like fast belte som høytrykket nær 30° (NOAA, u.å.-a).

Fra 30° trekkes lufta både mot ekvator og mot 60°. Coriolis dreier begge mot høyre på den nordlige halvkule, så passaten og vestavinden får motsatt retning.

Klimabeltene

Reiser du fra ekvator mot Nordpolen, skifter landskapet i et fast mønster. Beltene følger der lufta i gjennomsnitt stiger eller synker.

Der lufta stiger, blir det skyer og nedbør. Der den synker, tørker landskapet (NOAA, u.å.-a; Store norske leksikon, u.å.-a).

Polarfronten og været i Norge

Polarfronten er grensen mellom kald luft fra høye breddegrader og varm luft fra subtropene. På den nordlige halvkule ligger den vanligvis mellom 40° og 70°. Den bukter seg mot øst, med varmfront i forkant av bølgen og kaldfront i bakkant. Langs fronten går vandrende lavtrykk, og de gir mye av nedbøren i den tempererte sonen (Store norske leksikon, u.å.-h).

Over grensen mellom varm og kald luft ligger jetstrømmen. Polarjeten ligger mellom om lag 50° og 60° på begge halvkuler. Den bukter seg, skifter bredde og kan dele seg (NOAA, u.å.-c). Hvordan rygger og tråg styrer lavtrykkene, tar vi i kapitlet om jetstrømmer.

Norge ligger i vestavindsbeltet. Lavtrykk som dannes over Atlanteren, følger den øvre vinden inn mot kysten. På veien har lufta tatt opp vanndamp. Klimaet i Norge er mildere enn breddegraden skulle tilsi, fordi havstrømmer og vind frakter varme hit (Store norske leksikon, u.å.-e).

Nedbøren følger vinden og terrenget. Innenfor vestkysten forsterkes bygene når lufta heves mot fjellene. Der er det soner med over 2000 mm i året, stedvis over 3000 mm. I regnskyggen øst for Breheimen faller det til dels under 300 mm (Store norske leksikon, u.å.-e). I Ottadalen faller det under 300 mm i året, mens det på Jostedalsbreen, få mil unna, faller omkring 3000 mm (Store norske leksikon, u.å.-e; u.å.-f).

Orografisk nedbør er nedbør som løses ut fordi terrenget tvinger fuktig luft til å stige. Lufta avkjøles. Når den blir mettet, kondenserer vanndampen, og det kan falle nedbør på luvsiden. På lesiden synker lufta, varmes opp og er tørrere, fordi mye av vannet er lagt igjen i fjellet. Skyene løses opp (Store norske leksikon, u.å.-g). Regningen for hvor mange grader lufta varmes eller avkjøles per 100 meter, står i kapitlene om høytrykk og lavtrykk og lokale værsystemer.

Polarfronten er kollisjonssonen. Fjellene avgjør hvor den fuktige vestavinden slipper regnet.

Slik henger det sammen

1. Energikilden. Ujevn innstråling gir overskudd i tropene og underskudd ved polene (NASA, u.å.).
2. Rotasjonen. Én celle holder ikke. Vi får tre celler på hver halvkule (NOAA, u.å.-a).
3. Klimabeltene. Stigende luft gir lavtrykk og regn. Synkende luft gir høytrykk og tørke.
4. Norge. Vestavindsbeltet og polarfronten sender fuktige lavtrykk mot kysten. Fjellene gir orografisk nedbør i vest og regnskygge i øst (Store norske leksikon, u.å.-e; Store norske leksikon, u.å.-g).

Bruk modellen til å koble breddegrad, trykk, vindretning og loddrett luftstrøm i tre-celle-systemet.

Tre vanlige misforståelser

1. Cellene er ikke tre lukkede rør som går likt hver dag. De er et tidsmiddel. Over Norge ser du sjelden jevn Ferrel-sirkulasjon. Her dominerer vandrende lavtrykk langs polarfronten (Store norske leksikon, u.å.-h).
2. Sahara er ikke ørken fordi det mangler vann i bakken. Ørkenen følger nedsynking nær 30°. Synkende luft tørker ut skyene (NOAA, u.å.-a).
3. Konvergenssonen ligger ikke alltid på ekvatorlinjen. Den følger sola mot nord i nordlig sommer og mot sør i nordlig vinter, og kan trekkes langt inn over varme kontinenter som monsun (NOAA, u.å.-b; Store norske leksikon, u.å.-d).

Viktige begreper

Strålingsbalanse: Forskjellen mellom absorbert solinnstråling og utgående varmestråling. Overskudd i tropene, underskudd ved polene (NASA, u.å.).

Den intertropiske konvergenssonen (ITCZ): Lavtrykksbeltet der passatene møtes og fuktig luft tvinges til værs (NOAA, u.å.-b).

Subsidens: Storskala nedsynking av luft. Nær 30° varmes den synkende lufta, skyene løses opp, og de store ørkenene ligger her (NOAA, u.å.-a).

Passatvinder: Stødige overflatevinder mot konvergenssonen. Nordøstpassat i nord og sørøstpassat i sør (Store norske leksikon, u.å.-c).

Vestavindsbeltet: Vindbeltet der coriolis dreier lufta slik at den kommer fra vest, mellom om lag 30° og 60°. Her ligger Norge (NOAA, u.å.-a).

Polarfronten: Grenseflaten mellom kald polarluft og varm subtropisk luft, vanligvis mellom 40° og 70°. Her dannes lavtrykk (Store norske leksikon, u.å.-h).

Orografisk nedbør: Nedbør når fuktig vind tvinges opp av fjell på luvsiden. På lesiden: regnskygge (Store norske leksikon, u.å.-f; Store norske leksikon, u.å.-g).

Sammendrag

Test deg selv