Huvudinnehåll

Utforska ett ämne i kunskapsbanken

Meteorologi

Faktapaket: Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

Atmosfären rör sig av bara farten

Bortsett från skiktet närmast marken rör sig luften i den fria atmosfären friktionsfritt av ren tröghet, "av bara farten". Tillförseln av solenergi kompenserar bara för friktions- och strålningsförluster.

Den här artikeln är en del av en artikelserie skriven av Anders Persson som var meteorolog på SMHI. Artikeln publicerades i Månadens Väder och Vatten 1/2005.

I slutet på 1940-talet var den amerikanske meteorologiprofessorn Victor Starr intresserad av att få en övergripande bild över det fundamentala energiutbytet, övergången mellan lägesenergi och rörelseenergi, i den fria atmosfären. Men istället för att ge sig ut och mäta, vilket är svårt, skrev han ner de grundläggande atmosfäriska rörelseekvationerna på en bit papper.

Starrs ekvation

dK/dt är tidsförändringen av rörelseenergin (K) hos ett luftpaket och p är lufttrycket, medan termen divV anger i vilken grad luften strömmar in (konvergens med negativa värden) eller strömmar ut (divergens med positiva värden). Värdena i termen pdivVdxdy summeras först horisontellt, därefter vertikalt.

Den del av energin som atmosfären mottar och inte förlorar genom utstrålning tillbaka mot rymden, ökar atmosfärens lägesenergi genom att varmluften expanderar. Lägesenergin omvandlas sedan till rörelseenergi, dvs. vinden tilltar. Till slut avstannar vinden på grund av friktionen, främst mot marken.

Utan solens energitillförsel skulle all rörelse i atmosfären avstanna inom drygt en vecka. Men friktion är inte enda skälet till att ett luftpakets rörelse stannar av. Inte heller är tillförsel av solenergi enda skälet till att lägesenergin ökar i ett område. Lägesenergin och rörelseenergin kan öka och minska också genom att den ena övergår i den andra.

Som en skateboardåkare

En person som åker skateboard och som ska visualisera energiflöde vid skateboardåkning

Tänk på en pendel eller gunga, eller varför inte en skateboardåkare. När skateboardåkaren är i sin högsta punkt står han still, rörelseenergin är noll, men lägesenergin har sitt högsta värde. När han når sin lägsta punkt är lägesenergin som minst och rörelseenergin når sitt högsta värde.

Utan tillskott av energi utifrån kommer rörelsen så småningom att avstanna på grund av friktionsverkan. Men pendeln, gungan eller skateboardåkaren kan vara i total vila också därför att de av bara farten, svängt eller rullat vidare i ett uppförslut där hastigheten bromsats in.

Såväl för pendeln, gungan och skateboarden som för atmosfären kan detta schematiskt representeras av följande bild:
 

Energins flöde

Tre ekvationer

Starr fick fram tre ekvationer som såg olika ut, men som var inbördes logiskt konsistenta (utbytbara). Den första berättade att när varm luft stiger och kall luft sjunker, ökar rörelseenergin på lägesenergins bekostnad, dvs. vinden tilltar.

Den andra visade att detta sker vid luftrörelser från områden med högre lufttryck och utströmmande (divergerande) luft till områden med lägre lufttryck och inströmmande (konvergerande) luft.
 

Luftens strömning vid hög- och lågtryck

Luft strömmar in mot ett lågtryck och ut från ett högtryck, en vanlig strömningstyp i atmosfären, vid marken den enda förekommande på grund av friktionens inverkan.

Vi betraktar stigande varm luft och sjunkande kall luft som "naturliga" rörelser, men i den fria atmosfären, där friktionen oftast är försumbar, är det omvända nästan lika vanligt. Detta skenbart "onaturliga" skeende står i samband med helt "naturliga" luftrörelser som av bara farten sker från områden med lägre lufttryck till områden med högre lufttryck.

Att luft kan röra sig både från och till högtryck och lågtryck, är viktigt att hålla i minnet när vi studerar hur oväder bildas då temperaturkontraster i den fria atmosfären skärps när kall luft stiger och varm luft sjunker.

Luftens strömmar vid låg och högtryck

I fria atmosfären, där det inte finns någon nämnvärd friktion, är det lika vanligt att luft strömmar ut från lågtryck och in mot högtryck.

Mer i detta faktapaket

  • Meteorologi

    Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    I en artikelserie i SMHIs månatliga tidskrift Väder och Vatten beskrevs luftens och vattnets rörelser från sjöbris till monsun, från tidvatten till...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Norra polcirkeln soligast i världen

    Solen är källan till all energi och allt liv och rörelse på jorden. Om någonstans så märks det i Lappland under somrarna när växtligheten fullständ...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Kall snö strålar värme

    Latituden och årstiden bestämmer hur koncentrerat solljuset blir. Står solen 45° över horisonten fördelas den inkommande solstrålningen på en yta s...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Solen värmer jorden - jorden värmer atmosfären

    Att det är den upphettade jordytan och inte solens strålar som värmer upp atmosfären visar sig bland annat under klara morgnar, då temperaturen kan...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Från sjöbris till monsun

    Genom omblandning fördelas värme mellan de upphettade tropikerna och de avkylda polarregionerna över större områden i atmosfären. Men omblandningen...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Den förunderliga corioliseffekten

    När temperaturskillnader jämnas ut genom att varm luft förs mot kallare nejder, och kall luft mot varmare, sker det inte utan motstånd. Jordrotatio...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Jordrotationens yllemösse-effekt

    Effekten av jordens rotation, den så kallade corioliseffekten, är att varje rörelse böjs av i rät vinkel åt höger på norra halvklotet och åt vänste...

  • Artikelserie från Väder och Vatten om atmosfärens allmänna cirkulation

    Den subtropiska Midgårdsormen

    Som en Midgårdsorm slingrar sig den subtropiska jetströmmen runt jorden på cirka 30° latitud. Det är det kraftigaste och mest omfattande vindsystem...

Relaterade faktapaket

Stormig himmel  med moln

Atmosfärens cirkulation

Havsmiljö

Storskalig oceanografi

En blek sol strålar genom morgondimma.

Strålning