Jedną z pierwszych rzeczy, które prawdopodobnie robisz każdego ranka, jest wyjrzenie przez okno, aby zobaczyć, jaka jest pogoda. Wyjrzenie na zewnątrz i wysłuchanie prognozy pogody na dany dzień pomaga zdecydować, jakie ubrania będziesz nosić, a może nawet co będziesz robić przez cały dzień. To pokazuje, jak ważna jest pogoda w naszym codziennym życiu. Podczas tej lekcji uzyskamy głębsze zrozumienie następujących kwestii:
Ludzie często mylą pogodę z klimatem, ale to nie to samo, chociaż mają wspólne elementy.
| Pogoda | Klimat |
| Reprezentuje codzienne zmiany w atmosferze lub stan atmosfery dowolnego miejsca w krótkim okresie czasu w odniesieniu do jednego lub więcej jej elementów. | Reprezentuje kombinację wielu wzorców pogodowych w określonej lokalizacji, uśrednionych na przestrzeni kilku lat. Na przykład Grenlandia ma zimny klimat pustynny, a klimat Azji Środkowej jest umiarkowany kontynentalny. |
| W dwóch miejscach, nawet w niewielkiej odległości od siebie, mogą występować różne rodzaje pogody w tym samym czasie. | Klimat regionu jest uważany za mniej lub bardziej stały. |
| W niektórych lokalizacjach pogoda zmienia się codziennie lub co godzinę. | Klimat nie zmienia się tak szybko jak pogoda, ponieważ jest kompilacją kilku lat zarejestrowanych warunków pogodowych. |
Zarówno pogoda, jak i klimat mają wspólne elementy, takie jak prędkość i kierunek wiatru, rodzaj i ilość deszczu, poziom wilgotności, ciśnienie powietrza, zachmurzenie i rodzaje chmur oraz temperatura powietrza. W wyniku lekkomyślnych ingerencji człowieka zmienia się zarówno pogoda, jak i klimat.
Każdego dnia pogoda dyktuje, w co się ubierzesz. Na przykład wyglądasz na zewnątrz i widzisz, że jest jasny i słoneczny dzień, więc zakładasz coś lekkiego; lub jeśli pada deszcz, weźmiesz parasol, zanim wyjdziesz na zewnątrz. Codzienne prognozy pogody odgrywają również kluczową rolę w informowaniu nas o nadchodzących trudnych warunkach pogodowych, jeśli takie występują.
Pogoda może być słoneczna, deszczowa, pochmurna, wietrzna, śnieżna lub bezchmurna. Jest częścią naturalnego zjawiska, które utrzymuje równowagę w atmosferze.
Pogoda zmienia się w zależności od wysokości, szerokości geograficznej i regionu oraz różnic ciśnień. Kiedy warunki atmosferyczne są wystarczająco ekstremalne lub intensywne, aby spowodować utratę mienia lub życia, taka pogoda jest określana jako surowa pogoda. Złe warunki pogodowe, takie jak tornada, huragany i zamiecie śnieżne, mogą zakłócić życie wielu ludzi z powodu zniszczeń, jakie powodują.
Istnieje sześć głównych elementów lub składników pogody
Razem te elementy tworzą pogodę w danym miejscu w danym momencie. Naukowcy zajmujący się badaniem pogody nazywani są „meteorologami” – prognozują pogodę na podstawie znajomości procesów zachodzących w atmosferze i zmieniających się pierwiastków.
Przyjrzyjmy się tym sześciu elementom bardziej szczegółowo.
Temperatura mierzy, jak gorąca lub zimna jest atmosfera na co dzień. Temperatura zależy od kąta padania promieni słonecznych; dlatego może się zmieniać wielokrotnie w ciągu dnia. Temperaturę mierzy się termometrem i podaje na dwa sposoby: stopnie Celsjusza i Fahrenheita. Najzimniejsza pogoda zwykle występuje w pobliżu biegunów, podczas gdy najcieplejsza pogoda zwykle występuje w pobliżu równika.
Ciśnienie atmosferyczne to ciężar powietrza w atmosferze. Wznoszenie się ciepłego powietrza i opadanie zimnego powietrza powoduje zmiany ciśnienia atmosferycznego. Ciśnienie atmosferyczne występuje głównie w regionach w pobliżu zbiorników wodnych. Ponieważ regiony przybrzeżne i wyspy znajdują się w pobliżu zbiorników wodnych, często doświadczają silnych sztormów.
Ciśnienie atmosferyczne jest wyrażane w jednostce miary zwanej atmosferą i jest mierzone w milibarach lub calach słupa rtęci. Średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi około jednej atmosfery (około 1013 milibarów lub 29,9 cala).
Ciśnienie atmosferyczne zmienia się wraz z wysokością. Jest wyższy na niższych wysokościach i niższy na wyższych.
Wiatr to powietrze w ruchu. Powstaje w wyniku nierównomiernego nagrzewania się powierzchni ziemi przez słońce. Ponieważ powierzchnia ziemi składa się z różnych formacji lądowych i wodnych, nierównomiernie pochłania ona promieniowanie słoneczne. Do określenia wiatru potrzebne są dwa czynniki: prędkość i kierunek.
| Kierunek wiatru jest opisywany za pomocą kierunku, z którego wieje wiatr. Na przykład wiatr południowy wiałby z południa na północ. Kierunek wiatru jest mierzony na wiele sposobów za pomocą wiatrowskazów, flag i wiatrówek. |
| Prędkość wiatru mierzy się w milach na godzinę lub kilometrach na godzinę. Anemometr jest narzędziem służącym do pomiaru prędkości wiatru. |
Gdy słońce ogrzewa powierzchnię Ziemi, ociepla się również atmosfera. Niektóre części Ziemi otrzymują bezpośrednie promienie słoneczne przez cały rok i są zawsze ciepłe. Inne miejsca otrzymują promienie pośrednie, więc klimat jest chłodniejszy. Ciepłe powietrze, które waży mniej niż zimne, unosi się. Następnie chłodne powietrze napływa i zastępuje wznoszące się ciepłe powietrze. Ten ruch powietrza sprawia, że wieje wiatr.
Wilgotność odnosi się do ilości pary wodnej w powietrzu. Para wodna stanowi tylko niewielką część masy atmosfery. Jednak ta niewielka ilość pary wodnej ma istotny wpływ na pogodę i klimat. Kiedy energia słoneczna nagrzewa powierzchnię Ziemi, woda w oceanach i zbiornikach wodnych odparowuje. Para wodna jest gazem w atmosferze, który pomaga tworzyć chmury, deszcz i śnieg.
Ilość wody w powietrzu jest opisana za pomocą wilgotności względnej. Cieplejsze powietrze zawiera więcej pary wodnej niż chłodne powietrze. Jeśli ilość pary wodnej w powietrzu pozostanie taka sama, ale temperatura spadnie, wilgotność względna wzrośnie. Dzieje się tak, ponieważ zimniejsze powietrze nie może pomieścić tak dużej ilości pary wodnej. Jeśli temperatura jest wystarczająco niska, powietrze osiąga punkt, w którym zatrzymuje najwięcej pary wodnej, jaką może pomieścić. Wilgotność względna dla tej temperatury wynosiłaby 100 procent. Jest to również znane jako temperatura punktu rosy. Nadmiar wody opada w postaci opadów.
W chłodniejsze noce, kiedy temperatura spada do punktu rosy, część pary wodnej zamienia się z powrotem w ciekłą wodę (nazywa się to kondensacją) i osadza się w postaci „rosy” na trawie i szklanych oknach.
Chmura to grupa milionów maleńkich kropelek wody lub kryształków lodu. Chmury tworzą się, gdy powietrze unosi się i ochładza. Kiedy powietrze ochładza się poniżej punktu rosy, tworzą się kropelki wody lub kryształki lodu. Kropelki wody tworzą się, gdy woda skrapla się powyżej 0°C. Kryształy lodu tworzą się, gdy woda skrapla się poniżej 0ºC. Nie wszystkie chmury powodują opady. chmury zwykle sygnalizują łagodną pogodę.
Cząsteczki wody w stanie ciekłym i stałym, które spadają z chmur i docierają do ziemi, nazywane są opadami atmosferycznymi. Jest to bardzo powszechne zjawisko w ziemskiej atmosferze. Opady zawsze pochodzą z chmur, ale nie wszystkie chmury tworzą opady. Dzieje się tak dlatego, że kropelki wody i kryształki lodu znajdujące się w większości chmur są zbyt małe, a zatem nie na tyle ciężkie, aby spaść na powierzchnię Ziemi. Kropla deszczu wystarczająco duża, aby mieć ciężar potrzebny do spadnięcia na Ziemię, jest miliony razy większa niż pojedyncze kropelki wody znajdujące się w większości chmur.
Istnieją cztery główne rodzaje opadów – deszcz, śnieg, deszcz ze śniegiem i grad. Deszcz i śnieg to najpowszechniejsze rodzaje opadów. Deszcz ze śniegiem i grad są mniej powszechne.
| Deszcz | Krople wody w stanie ciekłym, które mają 0,5 lub więcej i spadają z chmur na niebie, nazywane są deszczem. Deszcz często przybiera jedną z dwóch głównych form – ulewy i mżawki.
Małe cząstki chmur uderzają i wiążą się ze sobą, tworząc większe krople. W miarę trwania tego procesu krople stają się coraz większe i większe do tego stopnia, że stają się zbyt ciężkie, aby zawiesić je w powietrzu. W rezultacie grawitacja ściąga je na ziemię. Tak spadają krople deszczu. Wysoko w powietrzu krople deszczu zaczynają spadać w postaci kryształków lodu lub śniegu, ale topią się, gdy schodzą w dół ziemi przez cieplejsze powietrze. |
| Śnieg z deszczem | Deszcz ze śniegiem powstaje, gdy deszcz pada przez warstwę bardzo zimnego powietrza. Jeśli powietrze jest wystarczająco zimne, deszcz zamarza w powietrzu i zamienia się w spadający lód. Deszcz ze śniegiem jest również znany jako granulki lodu, ponieważ składa się z małych i półprzezroczystych kulek lodu. |
| Grad | Grad to duże i nieregularne bryły lodu, które spadają z dużych burz. To stałe opady. W chmurach cumulonimbus tworzy się grad. W przeciwieństwie do opadów deszczu ze śniegiem, które mogą tworzyć się przy każdej pogodzie podczas burzy, grad występuje głównie zimą lub w chłodne dni. Grad składa się głównie z lodu wodnego i ma średnicę od 0,2 cala (5 milimetrów) do 6 cali (15 centymetrów). Są bardzo szkodliwe dla upraw. |
| Śnieg | Śnieg tworzy się, gdy temperatura jest tak niska, że para wodna zamienia się bezpośrednio w ciało stałe. Występuje prawie za każdym razem, gdy pada deszcz. Jednak śnieg często topnieje, zanim dotrze do powierzchni ziemi. Zwykle można go zobaczyć razem z wysokimi, cienkimi i słabymi chmurami Cirrus. Śnieg może padać w postaci pojedynczych kryształków lodu. W wielu przypadkach kryształy łączą się, tworząc większe płatki śniegu. Płatki śniegu pojawiają się w temperaturach poniżej zera. |
Masy powietrza
Masa powietrza to bardzo duża objętość powietrza o względnie stałej temperaturze i wilgotności. Masy powietrza zazwyczaj pokrywają obszary od setek tysięcy do milionów mil kwadratowych.
Masy powietrza tworzą się, gdy ciało powietrza spoczywa na obszarze o stałych cechach powierzchni. Są to tak zwane regiony źródłowe, które są po prostu obszarami geograficznymi o płaskim, jednolitym składzie powierzchni z lekkimi wiatrami powierzchniowymi, z których pochodzi masa powietrza. Na przykład pustynie, równiny i oceany zazwyczaj obejmują bardzo rozległe obszary ze stosunkowo niewielkimi różnicami topograficznymi – są to regiony źródłowe. Obszary te zapewniają stabilną atmosferę, w której nie występują silne wiatry. Na takich obszarach duże masy powietrza mogą gromadzić się bez rozbijania przez góry, skrzyżowania lądu z wodą lub inne elementy powierzchni.
Im dłużej masa powietrza przebywa nad obszarem źródłowym, tym bardziej prawdopodobne jest, że uzyska właściwości powierzchni poniżej.
Istnieją 4 ogólne masy powietrza sklasyfikowane według regionu źródłowego:
| Szerokości geograficzne P | położony na biegunach 60 stopni na północ i południe |
| Tropikalne szerokości geograficzne T | znajduje się w odległości około 25 stopni od równika |
| kontynentalny C | położone na dużych obszarach lądowych – suche |
| marynarz m.in | położone nad oceanami – wilgotne |
Możemy następnie tworzyć kombinacje powyższych, aby opisać różne rodzaje mas powietrza.
Masy zimnego powietrza – większość mroźnej zimy w Stanach Zjednoczonych pochodzi z trzech polarnych mas powietrza:
Ciepłe masy powietrza - Cztery ciepłe masy powietrza wpływają na pogodę w Stanach Zjednoczonych.
Na mapach meteorolodzy używają dwuliterowych symboli do reprezentowania różnych mas powietrza. Pierwsza litera wskazuje zawartość wody w masie powietrza. Druga litera wskazuje jego temperaturę.
Masy powietrza mogą sterować pogodą przez stosunkowo długi okres czasu: od kilku dni do kilku miesięcy. Większość pogody występuje na obrzeżach tych mas powietrza na granicach zwanych frontami.
Przód
Granica, na której spotykają się dwie masy powietrza o różnej temperaturze i wilgotności, nazywa się frontem. Kiedy masy powietrza się spotykają, mniej gęsta masa powietrza unosi się nad gęstszą masą powietrza. Ciepłe powietrze ma mniejszą gęstość niż zimne. Dlatego ciepła masa powietrza będzie generalnie unosić się nad zimną masą powietrza.
Istnieją cztery główne rodzaje frontów:
| Zimne fronty | Zimny front tworzy się, gdy masa zimnego powietrza przemieszcza się pod ciepłą masą powietrza. Zimne powietrze wypycha masę ciepłego powietrza do góry. Zimna masa powietrza zastąpiła ciepłą. Zimne fronty mogą przemieszczać się szybko i przynosić obfite opady. Po przejściu zimnego frontu pogoda jest zwykle chłodniejsza. Dzieje się tak, ponieważ zimna, sucha masa powietrza przemieszcza się za zimnym frontem. |
| Ciepłe fronty | Ciepły front tworzy się, gdy masa ciepłego powietrza napływa nad zimną masę powietrza opuszczającą dany obszar. Ciepłe powietrze zastępuje zimne powietrze, gdy zimne powietrze się oddala. Ciepłe fronty mogą przynieść lekki deszcz. Po nich następuje bezchmurna, ciepła pogoda. |
| Zokludowane fronty | Front okluzji tworzy się, gdy masa ciepłego powietrza zostaje uwięziona między dwiema masami zimnego powietrza. Masy zimnego powietrza poruszają się razem i wypychają ciepłe powietrze z drogi. Okludowane fronty przynoszą niskie temperatury i duże ilości deszczu i śniegu. |
| Fronty biurowe | Front stacjonarny tworzy się, gdy masy powietrza zimnego i ciepłego zbliżają się do siebie. Żadna masa powietrza nie ma wystarczającej energii, aby odepchnąć drugą. Dlatego obie masy powietrza pozostają w tym samym miejscu. Stacjonarne fronty powodują wiele dni pochmurnej, mokrej pogody. |
Powietrze wytwarza ciśnienie. Jednak ciśnienie powietrza nie zawsze jest wszędzie takie samo. Obszary o różnym ciśnieniu mogą powodować zmiany pogody. Obszary te mogą mieć niższe lub wyższe ciśnienie powietrza niż ich otoczenie.
| Cyklon | Antycyklon |
| Cyklon to system wiatrów, które obracają się wokół środka niskiego ciśnienia atmosferycznego. Cyklony są powszechnie znane jako upadki. Są to na ogół wskaźniki deszczu, chmur i innych form złej pogody. Wiatry w cyklonie wieją przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej. | Antycyklon to system wiatrów, które obracają się wokół środka wysokiego ciśnienia atmosferycznego. Antycyklony są powszechnie znane jako wyże. Na ogół są predyktorami dobrej pogody. Wiatry w antycyklonie wieją zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli północnej i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli południowej. |
Pionowe ruchy powietrza są związane zarówno z cyklonami, jak i antycyklonami. W cyklonach powietrze przy ziemi jest wtłaczane do środka cyklonu, gdzie ciśnienie jest najniższe. Następnie zaczyna unosić się w górę, rozszerzając się i ochładzając w tym procesie. To ochłodzenie zwiększa wilgotność unoszącego się powietrza, co powoduje zmętnienie i wysoką wilgotność w cyklonie. W antycyklonach sytuacja jest odwrotna. Powietrze w środku antycyklonu jest wypychane z wysokiego ciśnienia, które tam występuje. Powietrze to jest zastępowane w centrum przez ciąg powietrza skierowany w dół z wyższych wysokości. Gdy powietrze porusza się w dół, jest sprężane i ogrzewane. To ocieplenie zmniejsza wilgotność opadającego powietrza, co skutkuje kilkoma chmurami i niską wilgotnością w antycyklonie.
Burza z piorunami to intensywna burza z silnymi wiatrami, ulewnymi deszczami, błyskawicami i grzmotami. Jest wytwarzany przez chmurę cumulonimbus, zwykle powodującą porywisty wiatr, ulewny deszcz, a czasem grad. Podstawowe warunki potrzebne do powstania burzy to - wilgoć, niestabilne powietrze i siła nośna. Atmosfera jest niestabilna, gdy ciało zimnego powietrza znajduje się nad ciałem ciepłego powietrza. Ciepłe powietrze unosi się i ochładza, mieszając się z chłodnym powietrzem. Kiedy ciepłe powietrze osiąga punkt rosy, para wodna skrapla się i tworzy chmury typu cumulus. Jeśli ciepłe powietrze będzie się unosić, chmury mogą stać się ciemnymi chmurami cumulonimbus. Burze mogą występować przez cały rok i o każdej porze. Ale najbardziej prawdopodobne jest to w miesiącach wiosennych i letnich oraz w godzinach popołudniowych i wieczornych.
Błyskawica to jasny błysk elektryczności wytwarzany przez burzę. Wszystkie burze powodują wyładowania atmosferyczne i są bardzo niebezpieczne. Gdy chmura rośnie, jej części zaczynają wytwarzać ładunki elektryczne. Górne części chmury mają tendencję do naładowania dodatniego. Dolne części mają tendencję do naładowania ujemnego. Kiedy ładunki stają się wystarczająco duże, energia elektryczna przepływa z jednego obszaru do drugiego. Energia elektryczna może również przepływać między chmurami a ziemią. Te prądy elektryczne to błyskawice. Jeśli słyszysz grzmot, grozi ci piorun.
Piorun najczęściej uderza w wysokie obiekty, w tym drzewa, góry i ludzi – wszystko, co wystaje z ziemi.
Mniej niż 1% burz wytwarza tornada. Tornada to gwałtowne kolumny wiatru, które wirują bardzo szybko po zetknięciu z ziemią. Szybko wirująca kolumna powietrza przed dotknięciem ziemi nazywana jest chmurą lejkowatą. Rozciągają się od dna burz do ziemi i mogą mieć wiatry do 300 mil na godzinę. Tornada są mniejsze niż huragany i powstają nad lądem, a nie nad morzem. Czerpią energię z dużych burz. Tornada, które tworzą się nad wodą, nazywane są trąbami wodnymi. Powietrze w środku tornada ma niskie ciśnienie. Kiedy obszar niskiego ciśnienia dotyka ziemi, materiał z ziemi może zostać wessany do tornada.
Cyklony powstające nad ciepłymi oceanami tropikalnymi nazywane są cyklonami tropikalnymi . Są również znane jako tropikalne burze lub tropikalne depresje.
Cyklon tropikalny, którego intensywność drastycznie wzrasta, jest znany jako huragan , gdy występuje na Oceanie Atlantyckim lub w sąsiednich morzach. Na zachodnim Pacyfiku i przyległych morzach huragan jest znany jako tajfun . Aby zostać sklasyfikowanym jako huragan, cyklon tropikalny musi wytwarzać wiatr o prędkości ponad 120 km/h. Większość huraganów powstaje między 5°N a 20°N szerokości geograficznej lub między 5°S a 20°S szerokości geograficznej południowej. Tworzą się nad ciepłymi, tropikalnymi oceanami występującymi na tych szerokościach geograficznych. Na wyższych szerokościach geograficznych woda jest zbyt zimna, aby mogły powstać huragany.
Obrót Ziemi powoduje ciekawe zjawisko na swobodnie poruszających się obiektach na Ziemi. Obiekty na półkuli północnej są odchylane w prawo, podczas gdy obiekty na półkuli południowej są odchylane w lewo. W ten sposób efekt Coriolisa próbuje zmusić wiatry do zmiany kierunku w prawo lub w lewo. Huragan zaczyna się jako grupa burz przemieszczających się nad wodami tropikalnego oceanu. Wiatry wiejące w dwóch różnych kierunkach spotykają się i powodują wirowanie burzy. Ze względu na efekt Coriolisa huragany obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej.
Huragany są zasilane energią słoneczną. Energia słoneczna powoduje parowanie wody oceanicznej. Gdy para wodna unosi się w powietrzu, ochładza się i skrapla.
W centrum huraganu jest oko. Oko jest rdzeniem ciepłego, stosunkowo spokojnego powietrza o niskim ciśnieniu i lekkich wiatrach. W oku występują prądy wznoszące i opadające. Prąd wstępujący to prąd powietrza wznoszący się. Prąd zstępujący to prąd opadającego powietrza.
Wokół oka znajduje się grupa chmur cumulonimbus zwanych ścianą oczną. Chmury te powodują ulewne deszcze i silne wiatry. Wiatr może osiągać prędkość do 300 km/h. Ściana oczna jest najsilniejszą częścią huraganu. Na zewnątrz oka znajdują się spiralne pasma chmur zwane pasmami deszczu . Pasma te powodują również ulewny deszcz i silny wiatr. Okrążają centrum huraganu.
Huragan będzie się nasilał, dopóki znajdzie się nad ciepłymi wodami oceanu. Kiedy huragan przemieszcza się nad zimniejszymi wodami lub nad lądem, burza traci energię. Dlatego huragany nie są powszechne w środku kontynentów. Burze szybko tracą energię, gdy przemieszczają się nad lądem. Huragany przynoszą silne wiatry, ulewne deszcze, powodzie i fale sztormowe znad oceanu, które mogą spowodować straszne zniszczenia.
Przewidywanie warunków pogodowych w ciągu najbliższych kilku dni jest znane jako prognoza pogody. Meteorolodzy sporządzają prognozy pogody na podstawie informacji o warunkach atmosferycznych. Używają szerokiej gamy różnych instrumentów do pomiaru warunków pogodowych.
Istnieją różne rodzaje map pogody:
