Tuul

Alates õrnadest tuuledest kuni globaalsete hoovusteni

Tuul on sisuliselt õhu liikumine üle Maa pinna, mis tuleneb peamiselt õhurõhu põhilistest erinevustest. Need rõhu erinevused on suures osas tingitud meie planeedi ebaühtlasest päikesekuumusest.  

Päikeseenergia ei neeldu ühtlaselt kogu Maal. Ekvaatori lähedal asuvad piirkonnad saavad rohkem otsest päikesevalgust ja seega rohkem soojust kui polaarpiirkonnad. See erinev soojenemine põhjustab erinevusi õhutemperatuuris ja -tiheduses. 

Soe õhk on vähem tihe ja tõuseb üles, tekitades madalama õhurõhuga piirkondi. Seevastu külmem õhk on tihedam ja vajub alla, mille tulemuseks on kõrgema rõhu piirkonnad. Selle tasakaalu tasakaalustamiseks voolab õhk loomulikult kõrge rõhuga piirkond adest madala rõhuga piirkondadesse, ja seda liikumist me tajume tuuledena.  

Maa pöörlemine mängib ka olulist rolli tuulemustrite mõjutamisel Coriolise efekti kaudu. See efekt põhjustab õhu (ja muude vedelike) liikumist põhjapoolkeral paremale ja lõunapoolkeral vasakule. See kõrvalekalle on oluline suurte tuulesüsteemide kujundamisel.  

Tuulekaalud: Kohalikest puhangutest kuni planeetidevahelise voolamiseni

Tuul esineb väga erinevates mõõtkavades, alates väikest piirkonda mõjutavatest põgusatest puhangutest kuni tohutute globaalsete hoovusteni, mis õhku ümber planeedi ringlema panevad.

• Mikroskaala tuuled: Need on kõige väiksemad ja lühiajalisemad tuuled, mis kestavad sekunditest kuni minutiteni ja mõjutavad vähem kui kilomeetri suuruseid alasid. Näidetena võib tuua puhanguid, tolmupilvi ja termilisi puhanguid.  
• Mesoskaala tuuled: Need tuuled tegutsevad veidi suuremal skaalal, alates mõnest kilomeetrist kuni paarisaja kilomeetrini, ja võivad kesta minutit kuni tundide kaupa. Sellesse kategooriasse kuuluvad meretuuled, maismaatuuled, mäe- ja orkutuuled, äikesetormid ja tornaadod.
• Sünoptilise ulatusega tuuled: Need on suured ilmasüsteemid, mis hõlmavad sadu või isegi tuhandeid kilomeetreid ja kestavad päevi. Madalrõhusüsteemid(tsüklonid) ja kõrgrõhusüsteemid (antitsüklonid) on näited sünoptilise ulatusega nähtustest, mis mõjutavad olulisi tuuleharjumusi.  
• Ülemaailmse ulatusega tuuled: Need on suurimad ja püsivaimad tuulikud, mis hõlmavad kogu planeeti ja mõjutavad globaalset kliimat. Need on osa Maa üldisest atmosfääri tsirkulatsioonist.  

Globaalne atmosfääriringlus: Maa tuulevööd

Maa ebaühtlane kuumenemine ja Coriolise efekt loovad koos laiaulatusliku õhuringluse mustri, mida tuntakse globaalse atmosfääri tsirkulatsioonina. Seda tsirkulatsiooni iseloomustavad mitmed valitsevad tuulevööndid ja rõhuvööndid:  

• Hadley rakud: Need rakud asuvad mõlemal pool ekvaatorit (umbes 0° kuni 30° laiuskraadi) ja hõlmavad sooja, niisket õhku, mis tõuseb ekvaatori lähedal (luues madalrõhuvööndi, mida nimetatakse intertroopiliseks konvergentsivööndiks või ITCZ), voolab polaarselt suurtel kõrgustel, vajub 30° laiuskraadi ümber (luues subtroopilised kõrgrõhuvööndid) ja pöördub tagasi ekvaatori poole kui passiivsed tuuled. Coriolise efekti tõttu puhuvad pasadatuuled põhjapoolkeral kirdest ja lõunapoolkeral kagust.  
• Ferrel rakud: Need keskmistel laiuskraadidel (umbes 30° kuni 60° laiuskraadi) paiknevad rakud on vähem selgelt määratletud kui Hadley või polaarsed rakud ja neid juhib rohkem naaberrakkude liikumine. Ferreli raku õhk voolab maapinnal üldiselt polaarsuunas ja kõrgemal ekvaatorisuunas. Selles tsoonis valitsevad läänetuuled, mis puhuvad läänest ida suunas.  
• Polaarelemendid: Kõrgetel laiuskraadidel (umbes 60° laiuskraadi kaugusel poolustest) leiduvad need rakud hõlmavad külma, tiheda õhu vajumist poolustel (luues polaarseid kõrgrõhuvööndeid), voolamist ekvaatori suunas maapinnal polaarsete idakaarteena ja tõusmist umbes 60° laiuskraadi juures (luues subpolaarseid madalrõhuvööndeid), enne kui taandub kõrgematel kõrgustel poolustesse.  

Need tsirkulatsioonirakud ja tuulevööndid mängivad olulist rolli soojuse ja niiskuse ümberjaotamisel kogu maailmas, mõjutades piirkondlikku kliimat.  

Reaktiivvoolud: Õhujõed õhus

Ülemaailmsete tsirkulatsioonimudelite sees, eriti atmosfääri tsirkulatsioonirakkude piiridel, asuvad reaktiivvoolud. Need on kitsad, kiiresti voolavad õhuvoolud, mis asuvad atmosfääri ülaosas, tavaliselt 6-15 kilomeetri kõrgusel maapinnast. 

Reaktiivvoolud tekivad õhumasside vaheliste märkimisväärsete temperatuurierinevuste ja Maa pöörlemise mõju tõttu. Kaks peamist kiirgusvoolu on polaarne kiirgusvool ja subtroopiline kiirgusvool. Jettvoolud mõjutavad tugevalt ilmastikumustreid, suunates ilmasüsteeme, intensiivistades tormi ning transportides soojust ja niiskust. 

Nende asukoht ja tugevus võivad muutuda hooajaliselt ja isegi iga päev, mõjutades kõike alates tugevate äikesetormide tekkest kuni lennuliinide lendude kestuseni.  

Kohalikud tuuled: Geograafia mõju

Kuigi globaalsed tsirkulatsioonimustrid määravad suurtel aladel valitsevad tuuled, võivad kohalikud geograafilised eripärad ja päevased temperatuurivahetused luua kohalikke tuulesüsteeme, mis on suuremate mustrite üleval. Näited on järgmised:  

• Meretuuled ja maismaatuuled: Need tekivad rannikualadel maa ja vee erineva soojenemise ja jahutamise tõttu. Päeval soojeneb maa kiiremini kui meri, tekitades madalrõhuala maismaa kohal. Merelt tulev jahedam õhk voolab sisemaale, tekitades meretuule. Öösel jahtub maa kiiremini kui meri, mille tulemusel tekib kõrgem rõhk maa kohal ja õhk voolab maalt merele, tekitades maismaa tuule.  
• Mägede ja orgude tuuled: Mägistes piirkondades soojenevad nõlvad päeva jooksul kiiremini kui orupõhi, mistõttu õhk tõuseb mööda nõlvu (oru tuuled). Öösel jahtuvad nõlvad kiiremini ja tihedam õhk voolab alla orgu (mägituul).  
• Katabaatilised ja anaboolsed tuuled: Katabaatilised tuuled on allavoolu tuuled, mis tekivad siis, kui külm ja tihe õhk voolab gravitatsiooni mõjul allavoolu, mida sageli leidub piirkondades, kus on jääkihid või liustikud. Anabaatilised tuuled on ülespoole suunatud tuuled, mis tekivad nõlvade kuumenemisest.  
• Konkreetselt nimetatud tuuled: Näiteks Chinook (soe ja kuiv tuul Kallimägede lee poolel), Bora (külm ja kuiv loodetuul Aadria mere piirkonnas) ja Mistral (külm ja tugev põhjatuul Lõuna-Prantsusmaal).  

Tuule mõõtmine: Kiirus ja suund

Tuult iseloomustab selle kiirus ja suund. Tuule kiirust mõõdetakse tavaliselt ühikutes nagu kilomeetrid tunnis (km/h), miilid tunnis (mph), meetrid sekundis (m/s) või sõlmed. Beauforti tuule tugevuse skaala on empiiriline skaala, mis seob tuule kiiruse merel või maismaal täheldatud tingimustega, andes tuule tugevuse kvalitatiivse mõõtme, mis ulatub tuulevaikusest (Beauforti jõud 0) kuni orkaanijõuni (Beauforti jõud 12 ja rohkem).  

Tuule suund on suund, kust tuul puhub, ja seda näidatakse tavaliselt kompassi abil (nt põhjatuul puhub põhjast). Tuule suuna määramiseks kasutatakse tavaliselt tuule labidat.  

Tuule- ja ilmaprognoosid

Tuul on ilmaprognooside kriitiline element. Meteoroloogid analüüsivad hoolikalt tuulemustreid erinevatel kõrgustel, et ennustada ilmasüsteemide liikumist ja arengut. Peamised mõisted, mida nad kasutavad, on järgmised:  

• Lähenemine: See toimub siis, kui õhk voolab sissepoole keskse punkti või joone suunas. Madalalähedane konvergents sunnib õhku tõusma, mis võib põhjustada pilvede ja sademete tekkimist. See on oluline tegur äikesetormide ja tsüklonite tekkimisel.  
• Erinevus: See on konvergentsi vastand, kus õhk voolab keskpunktist või -joonest välja. Ülemiste tasemete divergents võib tõmmata õhku altpoolt ülespoole, suurendades madalate tasemete konvergentsi ja soodustades tormide tekkimist.  
• Tuulelõikus: See tähendab tuule kiiruse või suuna muutumist lühikese vahemaa jooksul kas horisontaalselt või vertikaalselt. Vertikaalne tuulepuhang on eriti oluline tugevate äikesetormide ja tornaadode tekkimisel, kuna see võib tekitada tormi sees pöörlemist.  
• Reaktiivvoolud: Nagu varem mainitud, suunavad reaktiivvoolud ilmasüsteeme. Meteoroloogid jälgivad reaktiivvoolude asukohta ja intensiivsust, et prognoosida, kuhu tormid liiguvad ja kui kiiresti nad arenevad.  

Nende ja muude tuulega seotud nähtuste mõistmise kaudu saavad meteoroloogid täpsemaid prognoose tulevaste ilmastikutingimuste, sealhulgas võimalike raskete ilmastikunähtuste kohta.

Tuul ja kliimamuutused

Kliimamuutused mõjutavad juba praegu ülemaailmseid tuuleharjumusi ja need muutused jätkuvad eeldatavasti ka tulevikus. 

Muutused temperatuurigradiendis, eriti soojeneva Arktika ja keskmiste laiuskraadide vahel, võivad mõjutada polaarse joa tugevust ja käitumist, mis võib viia mõnes piirkonnas sagedasemate ja intensiivsemate äärmuslike ilmastikunähtuste tekkimiseni. 

Samuti on tõendeid, mis viitavad muutustele troopilistes pasktuultes ja muudes suuremahulistes tsirkulatsioonimustrites. Need muutused tuule režiimides mõjutavad globaalset soojusjaotust, ookeanivoolusid ja piirkondlikku kliimat.  

Tuul ja inimtegevus

Inimeste tsivilisatsioon on tuult juba ammu kasutanud ja sellega võidelnud.  

• Tuuleenergia: Viimastel aastakümnetel on tuuleenergiast saanud oluline taastuvelektri allikas. Tuuleturbiinid muudavad tuule kineetilise energia elektrienergiaks, pakkudes puhast alternatiivi fossiilkütustele. Tuuleparkide paigutus ja tõhusus sõltuvad suuresti kohalike ja piirkondlike tuulevarude mõistmisest.  
• Põllumajandus: Tuul võib avaldada nii positiivset kui ka negatiivset mõju põllumajandusele. Leebe tuul võib aidata tolmeldamisele kaasa ja vältida külma, samas kui tugev tuul võib põhjustada pinnase erosiooni, kahjustada põllukultuure ja põhjustada niiskuskadu.  
• Lennundus: Tuul on lennunduses kriitiline tegur, nagu on arutatud joatorude puhul. Piloodid arvestavad tuule kiirust ja suunda lennu planeerimisel, kütuse tõhususe ja reisijate mugavuse tagamiseks. Tuulepuhangud lennujaamade läheduses on oluline ohutusprobleem.  
• Arhitektuur ja projekteerimine: Hooned ja konstruktsioonid peavad olema projekteeritud nii, et nad peavad vastu tuulekoormusele. Arhitektid ja insenerid võtavad hoonete, sildade ja muu infrastruktuuri projekteerimisel arvesse valitsevaid tuuleolusid ja võimalikke äärmuslikke tuuleolukordi.  

Ohtlikud tuuled

Kuigi tuul on sageli õrn jõud, võib ta siiski ka märkimisväärseid ohte põhjustada:

• Orkaanid ja taifuunid: Need on intensiivsed troopilised tsüklonid, mida iseloomustavad äärmiselt tugevad tuuled, mis ringlevad ümber madalrõhukeskuse. Nad võivad põhjustada ulatuslikke purustusi tuulekahjude, tugevate vihmahoogude ja tormituulega.  
• Tornadod: Tornadod on äikesetormist maapinnale ulatuvad, vägivaldselt pöörlevad õhumassid, mis on võimelised kohalikul teel tohutut hävitustööd tegema.  
• Derechos: Need on laialt levinud, pikaajalised tuulestormid, mis on seotud kiiresti liikuvate äikesetormidega, mis tekitavad kahjustavaid sirgjoonelisi tuuleid suurel alal.  
• Allapöörded ja mikropuhangud: Äikesetormide tugevad allatuuled, mis maapinnale jõudes levivad horisontaalselt, põhjustades kahjustavaid tuuli.  
• Tuuletõmbed: Nagu prognoosimisel mainitud, võib tugev tuulepuhang olla õhusõidukitele ohtlik, eriti õhkutõusmise ja maandumise ajal.  

Ajalooline ja kultuuriline tähtsus

Läbi ajaloo on tuuled olnud eri piirkondades kultuurilise ja ajaloolise tähtsusega. Kohalikud tuuled, nagu soe ja kuiv Sirocco Vahemere piirkonnas või Santa Ana tuuled Californias, on sageli seotud kohaliku folkloori ja kunstiga ning mõjutavad isegi igapäevaelu ja meeleolu. Need tuuled on midagi enamat kui lihtsalt meteoroloogilised nähtused; nad on osa nende paikade identiteedist ja ajaloost, kus nad puhuvad.  

Kokkuvõtteks võib öelda, et tuul on keeruline ja oluline atmosfäärinähtus, millel on kaugeleulatuv mõju meie planeedile ja meie elule. Tuule mõistmine, alates õhuliikumisest, mis jahutab meid soojal päeval, kuni võimsate hoovusteni, mis juhivad globaalseid ilmasüsteeme ja tormide potentsiaalselt hävitavaid jõude, on Maa kliima mõistmiseks ja meie keskkonnas orienteerumiseks hädavajalik.