Thời tiết có vẻ như tạo ra những tuần mưa phùn, xám xịt. Nhưng nó cũng có thể đưa vào một chương trình thực sự giật gân - và, thường xuyên, gây chết người -. Nhưng điều gì giải thích cho những sự kiện bùng nổ này?

Bầu khí quyển của Trái đất được điều khiển bằng cách sưởi ấm từ Mặt trời. Thời tiết là phản ứng của khí quyển với mô hình năng lượng nhiệt không đồng đều mà nó nhận được. Ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím làm ấm Trái đất vào ban ngày, mạnh hơn ở vĩ độ thấp, nhưng Trái đất phát ra tổng lượng bức xạ hồng ngoại gần như chính xác theo mọi hướng.

Trung bình, Trái đất nhận được 340 W m^-2 từ mặt trời. Khoảng một phần ba năng lượng này là rải rác thẳng vào không gian bởi những đám mây và băng trên bề mặt. Năng lượng còn lại, gần tương đương với việc đặt một bộ tản nhiệt nhỏ mỗi 2m trong một mạng bao phủ bề mặt Trái đất và chạy chúng liên tục, được hấp thụ bởi bề mặt và bầu khí quyển.

Nhưng sức mạnh của Mặt trời tập trung vào phía ban ngày và đặc biệt là gần Xích đạo. Trung bình, bầu không khí và bề mặt hấp thụ qua 300 W m^-2 ở vùng nhiệt đới nhưng ít hơn 100 W m^-2 ở vùng cực. Bề mặt Trái đất ở xích đạo nằm đối diện với ánh sáng của Mặt trời, nhưng ở một góc lớn với nó gần các cực nơi cùng một sức mạnh rơi trên diện tích bề mặt lớn hơn.

Mặt trời: nơi tất cả bắt đầu NASA / Goddard / SDO / flickr, CC BY

Nhiệt độ của Trái đất không thể hiện các biến đổi cực đoan, thay đổi ít hơn 50 ° C giữa Xích đạo và vĩ độ cao, ít hơn nhiều so với trên cơ thể như mặt trăng. Điều này là do bầu khí quyển (và ở mức độ thấp hơn một chút các đại dương) vận chuyển nhiệt từ vùng ấm hơn sang vùng lạnh hơn. Các đỉnh vận chuyển nhiệt khí quyển ở khoảng 5 PW (5 petaWatts hoặc 5 × 10¹⁵ W). Đối với bối cảnh, nhà máy điện hạt nhân lớn nhất có công suất 8 GW (8 × 10⁹ W) và tổng công suất tiêu thụ dưới mọi hình thức của con người ngày nay là ước tính là 18 TW (1.8 × 10¹³ W), ít hơn 250 lần.

Nguồn cung cấp năng lượng khổng lồ này là thứ thúc đẩy động cơ nhiệt của khí quyển và đại dương Trái đất, và kết quả là chuyển động của không khí ấm đến các vùng lạnh hơn. Trong suốt hành trình, năng lượng được chuyển thành nhiều dạng khác và vòng quay của Trái đất có ảnh hưởng sâu sắc đến dạng thời tiết, đặc biệt là ở vĩ độ trung bình. Ở đây, phương tiện vận chuyển nhiệt chính thay đổi từ sự quay vòng đối xứng theo chiều dọc Tế bào Hadley đối với các chuyển động giống như sóng, biểu hiện bề mặt của chúng là các hệ thống thời tiết áp suất cao và áp suất thấp quen thuộc của chúng ta.

Dòng máy bay phản lực. LPI / NASA http://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/clouds/slide_2.html 

Luồng máy bay phản lực là những dải băng rất hẹp (sâu vài km và có thể rộng 100km) không khí chuyển động nhanh vòng quanh Trái đất và hình thành trên ranh giới của các khối không khí nóng hơn và lạnh hơn ở độ cao khoảng 10 km. Trong lõi của luồng phản lực, gió có thể đạt tới 200 km hr^-1 và một 656 km hr tuyệt vời^-1 đã được ghi nhận trên Hebrides bên ngoài vào tháng 12 1967. Vị trí của những cơn gió tập trung này rất quan trọng để lên kế hoạch cho các tuyến máy bay và sử dụng thông minh là lý do tại sao nó bay nhanh hơn từ tây sang đông so với hành trình ngược lại.

Luồng máy bay phản lực ảnh hưởng nhất đến thời tiết của chúng ta là dòng máy bay phản lực cực bắc mà uốn khúc trong một tuyến đường khác nhau và hướng dẫn sự đi qua của các hệ thống thời tiết trên toàn cầu, có khả năng dẫn đến một loạt các cơn bão và lũ lụt. Khi dòng máy bay phản lực cong về phía nam thì không khí lạnh cực sẽ được đưa xuống, khi nó cong về phía bắc, không khí ấm áp và thời tiết ổn định có thể xảy ra.

Bão Katrina ở cường độ cực đại ở Vịnh Mexico trên 28 tháng 8 2005. NASA http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=74693

Bão nhiệt đới, Tốt hơn được gọi là bão ở châu Mỹ và bão ở Viễn Đông, là những sự kiện thời tiết hủy diệt ồ ạt mà ở vĩ độ thấp hơn, bắt đầu như các hệ thống thời tiết áp suất thấp, yếu hơn. Bão nhiệt đới hình thành trên vùng biển rất ấm áp, điển hình là vào cuối mùa hè và mùa thu ở mỗi bán cầu. Khi chúng tăng cường, chúng trở nên bị thúc đẩy bởi sự giải phóng năng lượng tiềm ẩn từ hơi nước, ngưng tụ để tạo thành những đám mây bão cao.

Tốc độ gió trên 200 km giờ^-1 đã được ghi nhận xung quanh tâm bão, nhưng sự tàn phá chủ yếu là do lũ lụt do sự gia tăng chiều cao mặt nước biển và lượng mưa lớn. Lượng mưa trung bình hàng năm của Vương quốc Anh có thể rơi trong vòng chưa đầy hai giờ từ những đám mây xung quanh mắt bão.

Lốc xoáy 1970 Bhola là một trong những thảm họa thiên nhiên tồi tệ nhất mọi thời đại, giết chết nửa triệu người ở Bangladesh và Tây Bengal phần lớn do lũ lụt như vậy, nhưng nó khác xa với cơn bão nhiệt đới mạnh nhất, đánh giá tương đối vừa phải Loại 3. Các cơn bão mạnh nhất, loại 5, bao gồm cơn bão Katrina ở 2005 với sức gió trên 280 km giờ^-1.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Occluded_mesocyclone_tornado5_-_NOAA.jpg/flickr, CC BY lốc xoáy là những cơn lốc nhỏ hơn, dữ dội có thể hình thành bên dưới đám mây bão cumulonimbus, một khu vực đối lưu thẳng đứng dữ dội. Một đám mây hình thành ở trung tâm của cơn lốc, mặc dù những cơn gió mạnh lưu thông xa hơn xung quanh nó. Gió cực đoan nhất là gần 500 km hr^-1và dẫn đến thiệt hại nặng nề dọc theo con đường của họ.

Sản phẩm Lốc xoáy Tri-State của tháng 3 1925, có chiều dài con đường dài nhất được ghi nhận tại hơn 350km và giết chết người 695 ở Thung lũng sông Mississippi, Hoa Kỳ. Đó là một phần của đợt bùng phát với số người chết kết hợp là 747, nhưng thậm chí nó đã vượt quá vào tháng 4 1989 bởi Lốc xoáy Daulatpur Kétia ở Bangladesh, khi nhiều hơn 1,300 người chết và 80,000 bị mất nhà cửa.

Bão bụi xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới và có thể vận chuyển cát và các hạt khoáng chất mịn hơn từ lục địa này sang lục địa khác. Ở Bắc Phi, những cơn bão này được gọi là haboobs và thường được bắt đầu bởi những cơn gió cao liên quan đến giông bão. Những cơn bão tương tự xảy ra ở những vùng khô hơn ở châu Mỹ và châu Á. Haboobs có thể đạt tới độ cao hơn 1km, trải dài hàng ngàn km² và kéo dài trong nhiều giờ, bụi gác hấp thụ ánh sáng mặt trời, làm nóng không khí và tăng cường gió ở rìa bão.

Trên trái đất, các giọt nước sẽ tạo mầm trên các hạt bụi mịn hơn, cuối cùng loại bỏ chúng và hạn chế sự phát triển của một cơn bão, nhưng trên Sao Hỏa, nơi khô hơn nhiều, một số bão bụi cuối cùng có thể bao phủ hành tinh.

Một con quỷ bụi ở Arizona. NASA http://www.nasa.gov/vision/universe/sologistsystem/2005_dust_devil.html

Quỷ bụi là những xoáy nhỏ đối lưu, được nhìn thấy bởi bụi mà chúng nhấc lên khỏi bề mặt. Chúng cũng được điều khiển bởi năng lượng nhiệt, trong đó bầu không khí mát hơn tiếp xúc với bề mặt ấm áp. Điều này là phổ biến nhất ở các khu vực giống như sa mạc, nhưng chúng có thể xảy ra ngay cả ở vùng khí hậu ôn đới và có những bản ghi âm của quỷ tuyết tuyết trên các sườn núi được chiếu sáng rực rỡ. Trên trái đất, chúng có thể đạt tới 1km cao và có lẽ đường kính 10; trên sao Hỏa họ đã được nhìn thấy trên một phạm vi kích thước rộng hơn nhiều, mở rộng lên tới 20km cao và mét mét xuyên qua và xuất hiện trong nhiều hình ảnh từ tàu vũ trụ quay quanh.

Trang trại nhà nước / flickr, CC BYtia chớp là một hiện tượng phổ biến trong bầu khí quyển của Trái đất, xảy ra ở những vùng đối lưu thẳng đứng mạnh mẽ. Giới thiệu về giông bão 2,000 là hoạt động bất cứ lúc nào. Không khí trong trung tâm hẹp của kênh sét có thể nhanh chóng đạt đến 30,000 ° C, gấp năm lần nhiệt độ của bề mặt Mặt trời. Âm thanh sấm sét phát ra từ sự giãn nở nhanh chóng của không khí nóng và cây cối bị đánh bật ra theo nghĩa đen khi nước trong chúng sôi lên ngay lập tức.

Kêu thường liên quan đến giông bão và cũng là một thời tiết ấm áp, hiện tượng đối lưu. Mọi người thường coi mưa đá là một sự kiện mùa đông, nhưng cuối mùa xuân và mùa hè là lần duy nhất mưa đá thực sự xảy ra ở Anh. Khi có những luồng khí mạnh, mưa đá có thể đạt kích cỡ rất lớn, đường kính lên tới 20cm và có thể nặng gần như 1 kg. Bão mưa đá có thể thực sự nguy hiểm và đáng buồn là có hàng trăm người chết. Có thể trận mưa đá kinh hoàng nhất được ghi nhận đã giết chết nhiều hơn người 230 và gia súc 1,600 ở Uttar Pradesh, miền Bắc Ấn Độ vào tháng 4 1888, và có những ghi chép về những trường hợp tử vong ở Warwickshire, Anh từ tận tháng 5 1411.

Giới thiệu về Tác giả

Stephen Lewis, Giảng viên cao cấp về Khoa học Vật lý, Đại học Mở. Sở thích nghiên cứu của tôi là mô hình khí quyển hành tinh, đặc biệt liên quan đến các nghiên cứu so sánh về khí tượng động và quá trình khí hậu trên các hành tinh khác nhau. Điều này chủ yếu liên quan đến các mô hình số lớn của khí quyển hành tinh.

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan:

at

Cảm ơn đã ghé thăm Nội địa.com, ở đâu có 20,000 + những bài báo thay đổi cuộc sống quảng bá "Thái độ mới và những khả năng mới". Tất cả các bài viết được dịch sang Hơn 30 ngôn ngữ. Theo dõi đến Tạp chí Nội tâm, xuất bản hàng tuần và Cảm hứng hàng ngày của Marie T Russell. Tạp chí InsideSelf đã được xuất bản từ năm 1985.