Vejret kan virke som det skaber uger med kedelig, grå regn. Men det kan også give et virkelig sensationelt - og ofte dødbringende - show. Men hvad forklarer disse eksplosive begivenheder?

Jordens atmosfære drives af opvarmning fra solen. Vejr er atmosfæreens reaktion på det ujævne mønster af varmeenergi, det modtager. Synligt og ultraviolet lys varmer Jorden om dagen, stærkere ved lave breddegrader, men Jorden udsender næsten nøjagtig den samlede mængde infrarød stråling i alle retninger.

I gennemsnit modtager Jorden 340 Wm^-2 fra solen. Omkring en tredjedel af denne energi er spredt lige tilbage i rummet af skyer og is på overfladen. Den resterende energi, svarende til at placere en lille radiator hver 2. meter i et gitter, der dækker jordens overflade og kører dem kontinuerligt, absorberes af overfladen og atmosfæren.

Men Solens magt er fokuseret på dagsiden og især nær ækvator. I gennemsnit atmosfæren og overfladen absorbere over 300 W m^-2 i troperne, men mindre end 100 W m^-2 i polare regioner. Jordens overflade ved ækvator vender ud mod solens lys, men i en stor vinkel i nærheden af ​​polerne, hvor samme kraft falder over et større overfladeareal.

Solen: hvor det hele begynder NASA / Goddard / SDO / flickr, CC BY

Jordens temperatur viser ikke ekstreme variationer, der varierer med mindre end 50 ° C mellem ækvator og høje breddegrader, meget mindre end på en krop som f.eks. månen. Dette skyldes, at atmosfæren (og i lidt mindre grad havene) transporterer varme fra varmere til køligere regioner. Atmosfærisk varmetransport topper ved ca. 5 PW (5 petaWatt eller 5 × 10¹⁵ W). For kontekst er største atomkraftværk har en kapacitet på 8 GW (8 × 10⁹ W) og den samlede strøm, der forbruges i alle former af mennesker i dag, er anslået skal være 18 TW (1.8 × 10¹³ W), over 250 gange mindre.

Denne enorme strømforsyning er det, der driver varmemotoren i Jordens atmosfære og oceaner og de deraf følgende bevægelser af varm luft til køligere regioner. Under rejsen transformeres energi til mange andre former, og rotation af jorden har en dybtgående indflydelse på den form, vejret har, især på mellembreddegrader. Her skifter det primære middel til varmetransport fra den langsgående-symmetriske drejning Hadley -celler til bølgelignende bevægelser, hvis overflademanifestation er vores velkendte høj- og lavtryksvejrsystemer.

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

Jetstrømme er meget smalle bånd (nogle få km dybe og måske 100 km brede) med hurtig bevægende luft, der cirkler jorden og dannes på grænsen til varmere og koldere luftmasser i ca. 10 km højde. I kernen af ​​en jetstrøm kan vinden nå 200 km hr^-1 og en forbløffende 656 km time^-1 er registreret over de ydre Hebrider i december 1967. Placeringen af ​​disse fokuserede vinde er afgørende for planlægning af flyruter, og smart brug er grunden til, at det er hurtigere at flyve fra vest til øst end den omvendte rejse.

Den jetstrøm, der mest påvirker vores vejr, er den nordlige polarstrøm der bøjer sig i en varierende rute og styrer passage af vejrsystemer over hele kloden, hvilket potentielt kan føre til en række storme og oversvømmelser. Når jetstrømmen kurver sydpå, bringes kold polar luft ned, når den buer mod nord, kan det resultere i varm luft og afgjort vejr.

Orkanen Katrina ved højeste intensitet i Den Mexicanske Golf den 28. august 2005. NASA http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=74693

Tropiske cykloner, Bedre kendt som orkaner i Amerika , tyfoner i Fjernøsten, er massivt destruktive vejrhændelser, der ved lavere breddegrader begynder som svagere vejrsystemer med lavt tryk. Tropiske cykloner dannes over meget varmt hav, typisk i sensommeren og efteråret på hver halvkugle. Efterhånden som de intensiveres, bliver de drevet af latent energiudslip fra vanddamp, som kondenserer og danner de høje stormskyer.

Vindhastigheder på over 200 km hr^-1 er registreret omkring midten af ​​en storm, men ødelæggelse skyldes hovedsageligt oversvømmelser som et resultat af stigningen i havoverfladens højde og den intense nedbør. Den gennemsnitlige årlige nedbør i Storbritannien kan falde på mindre end to timer fra skyerne omkring stormens øje.

Bhola-cyklonen i 1970 var en af ​​de værste naturkatastrofer nogensinde og dræbte en halv million mennesker i Bangladesh og Vestbengalen i vid udstrækning som et resultat af en sådan oversvømmelse, men det var langt fra den mest magtfulde tropiske cyklon, der vurderede en relativt moderat Kategori 3. De stærkeste storme i kategori 5 inkluderer orkanen Katrina i 2005 med vind på over 280 km / t^-1.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Occluded_mesocyclone_tornado5_-_NOAA.jpg/flickr, CC BY Tornadoer er mindre, voldelige hvirvelvind, der kan dannes under en cumulonimbus stormsky, et område med intens lodret konvektion. En tragtsky dannes i midten af ​​hvirvelen, selvom de stærke vinde cirkulerer meget længere omkring den. De mest ekstreme vinde er næsten 500 km^-1og resultere i ekstreme skader langs deres vej.

Tre-stats tornado af marts 1925 havde den længste stilængde registreret på over 350 km og dræbte 695 mennesker i Mississippi River Valley, USA. Det var en del af et udbrud med en samlet dødstall på 747, men selv det blev overskredet i april 1989 af Daulatpur – Saturia tornado i Bangladesh, da mere end 1,300 mennesker døde, og 80,000 blev hjemløse.

Støv storms forekommer i mange dele af verden og kan transportere sand og finere mineralkorn fra et kontinent til et andet. I Nordafrika kaldes disse storme som haboobs og initieres ofte af de kraftige vinde forbundet med tordenvejr. Lignende storme forekommer i de tørre dele af Amerika og Asien. Haboobs kan nå højder på mere end 1 km og dække tusinder af km² og varer i timevis, det forhøjede støv absorberende sollys, varmer luften og intensiverer vinden ved stormens kant.

På jorden vil vanddråber kimne på de finere støvkorn og til sidst fjerne dem og begrænse væksten af ​​en storm, men på Mars, som er meget tørrere, nogle støvstorme kan til sidst dække planeten.

En støv djævel i Arizona. NASA http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/2005_dust_devil.html

Støv djævler er små konvektive hvirvler, synlige af det støv, de løfter fra overfladen. De drives også af varmeenergi, hvor en køligere atmosfære er i kontakt med en varm overflade. Dette er mest almindeligt i ørkenlignende regioner, men de kan forekomme selv i tempererede klimaer, og der er optagelser af "snedjævler" på stærkt oplyste bjergsider. På jorden kan de nå 1 km højt og måske 10 meter i diameter; på Mars er de set over en meget bredere vifte af størrelser, strækker sig op til 20 km høj og 200 meter på tværs og vises i mange billeder fra kredsede rumfartøjer.

State Farm / flickr, CC BYLightning er et almindeligt fænomen i Jordens atmosfære, der forekommer i områder med stærk lodret konvektion. Omkring 2,000 tordenvejr er aktiv når som helst. Luft i det smalle centrum af en lynkanal kan kort nå 30,000 ° C, fem gange temperaturen på solens overflade. Tordenlyden kommer fra den hurtige ekspansion af den opvarmede luft, og træer, der rammes, blæses bogstaveligt talt, da vand i dem straks koger.

Hagl er generelt forbundet med tordenvejr og er også et varmt vejr, konvektivt fænomen. Folk betragter ofte hagl som en vinterbegivenhed, men det sene forår og sommer er den eneste gang, sand sand hagl forekommer i Storbritannien. Når der er stærke luftudtræk, kan haglsten nå meget store størrelser, op til 20 cm i diameter og kan veje næsten 1 kg. Haglstorme kan være virkelig dødelige, og desværre er der registreringer af mange hundrede dødsfald. Muligvis dræbte den dødbringende haglstorm, der blev registreret, mere end 230 mennesker og 1,600 husdyr i Uttar Pradesh, det nordlige Indien i april 1888, og der er skrevet optegnelser over dødsfald i Warwickshire, England så langt tilbage som i maj 1411.

Om forfatteren

Stephen Lewis, lektor i fysiske videnskaber, Det åbne universitet. Mine forskningsinteresser er inden for modellering af planetarisk atmosfære, især involverende sammenlignende studier af dynamisk meteorologi og klimaprocesser på forskellige planeter. Dette involverer hovedsageligt store numeriske modeller af planetariske atmosfærer.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relateret bog:

at

Tak for besøget InnerSelf.com, hvor der er 20,000 + livsændrende artikler, der promoverer "Nye holdninger og nye muligheder." Alle artikler er oversat til 30+ sprog. Tilmeld til InnerSelf Magazine, der udgives ugentligt, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine er udkommet siden 1985.