La fuerza motriz del viento es la fuerza del gradiente de presión. Cuando la presión es diferente de un lugar a otro, existe una diferencia de presión. Cuando existe una diferencia de presión, existe un gradiente de presión. El gradiente de presión generalmente se indica por la proximidad de isobares (líneas de presión constante) en un mapa meteorológico de superficie. Cuando varias líneas están apretadas en el mapa, existe un gran gradiente de presión, donde las líneas están separadas, existe menos gradiente. En un sentido básico, hay más aire en un lugar que en otro. La atmósfera siempre está tratando de equilibrar los desequilibrios. Un desequilibrio en la presión hace que soplen vientos a medida que la atmósfera intenta igualar la diferencia de presión. Esto se experimenta más comúnmente cuando un área fuerte de baja presión pasa sobre un área. La diferencia de presión entre la presión baja y la alta adyacente produce vientos fuertes.

Las diferencias de presión generalmente ocurren como resultado de diferencias de calentamiento. Las diferencias de calentamiento a gran escala entre el ecuador y los polos producen la circulación general de la atmósfera. La circulación general de vientos alrededor del mundo se discutirá en la Lección 7. La mayor parte del calor se encuentra cerca del ecuador, donde se produce la mayor parte del calentamiento. El movimiento ascendente del aire es una regla general aquí en respuesta al exceso de calor. En los polos, las temperaturas más frías causan movimiento de hundimiento. Esta diferencia de calor impulsa la circulación general.

Este patrón de flujo describe el movimiento general del aire. La región «más cálida» es el ecuador, siendo la más normal para el sol, no porque esté más cerca del sol, sino porque es casi plana con respecto a la radiación del sol. Los Polos están en un ángulo, haciendo que la radiación del sol golpee el Polo Norte y el Polo Sur en ángulos pronunciados. Cuanto más normal sea la superficie para el sol, más brillante y cálida será una región. El mayor calentamiento se produce alrededor del ecuador (Fig. 4.22). Las nubes pueden crear cierta variación; ocasionalmente habrá un mayor calentamiento en algún lugar además del ecuador. Pero en promedio, cerca de los polos, el calentamiento es mínimo y cerca del ecuador a un máximo. Esto explica la circulación general de los vientos en el planeta.

Fig. 4.22 Los rayos paralelos que golpean la Tierra se extienden más hacia los polos que hacia el ecuador. Los rayos, siendo más normales o más verticales, calientan el ecuador de manera más eficiente que cerca de los polos. Esto causa una diferencia de temperatura general entre el ecuador y los polos e impulsa la circulación de la atmósfera.

Las diferencias de calentamiento a su vez crean diferencias de presión. El aire frío que se hunde en el polo tendería a producir una presión más alta con el aire frío que se hunde en el suelo. La presión baja ocurriría con el aire en ascenso a medida que el aire se aleja del suelo. Las diferencias de presión causar vientos, tratando de igualar las diferencias de presión.

Estas diferencias de presión se observan observando los gradientes de presión. La diferencia de presión produce una fuerza llamada fuerza de gradiente de presión (PGF). Se define como:

la Ecuación 4.9

donde P es la presión y Z es la distancia horizontal.

La fuerza del gradiente de presión se puede cambiar aumentando la diferencia de presión (DP) o reduciendo la distancia (DZ) del cambio de presión.Cuando existe una fuerza de gradiente de presión, el viento intentará equilibrar la fuerza moviéndose directamente de presión alta a baja (Fig. 4.23).

El mapa de superficie (Fig. 4.24) muestra un excelente ejemplo de la relación anterior. El FGP es bastante fuerte alrededor del área de baja presión en el noreste de los Estados Unidos, mientras que el centro-sur de los Estados Unidos tiene un gradiente de presión relativamente débil.

Fig. 4.24 Mapa meteorológico de superficie con vientos, isóbaras y presión baja y alta representadas. Haga clic en la imagen para ver la versión más grande.

El mapa de superficie indica los vientos superficiales y la dirección en las púas y las isobaras, líneas de presión constante. Fíjate en lo apretados que están los isobares de la costa Este. Existe un fuerte gradiente de presión y soplan fuertes vientos. Los vientos son del sur a 25-30 nudos (cada púa completa representa 10 nudos y cada media púa, cinco nudos). Mirando hacia el sur de Kansas, existe poco gradiente de presión; el viento responde con vientos de 5 a 10 nudos aquí.