Die treibende Kraft für Wind ist die Druckgradientkraft. Wenn der Druck von einem Ort zum anderen unterschiedlich ist, besteht ein Druckunterschied. Wenn eine Druckdifferenz vorliegt, liegt ein Druckgradient vor. Der Druckgradient wird normalerweise durch die Nähe von Isobaren (Linien konstanten Drucks) auf einer Oberflächenwetterkarte angezeigt. Wo mehrere Linien auf der Karte dicht gepackt sind, existiert ein großer Druckgradient, wo die Linien auseinander gespreizt sind, existiert weniger ein Gradient. Grundsätzlich existiert an einem Ort mehr Luft als an einem anderen. Die Atmosphäre versucht immer, Ungleichgewichte auszugleichen. Ein Ungleichgewicht im Druck bewirkt, dass Winde wehen, wenn die Atmosphäre versucht, die Druckdifferenz auszugleichen. Dies tritt am häufigsten auf, wenn ein starker Bereich mit niedrigem Druck über einen Bereich verläuft. Die Druckdifferenz zwischen dem niedrigen und dem benachbarten Hochdruck erzeugt starke Winde.

Druckunterschiede treten normalerweise als Folge von Unterschieden auf. Große Heizunterschiede zwischen Äquator und Polen erzeugen die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre. Die allgemeine Zirkulation von Winden rund um den Globus wird in Lektion 7 besprochen. Die meiste Wärme ist in der Nähe des Äquators enthalten, wo die meiste Erwärmung stattfindet. Steigende Luftbewegung ist hier eine allgemeine Regel als Reaktion auf die überschüssige Wärme. An den Polen verursachen kältere Temperaturen sinkende Bewegungen. Dieser Unterschied in der Wärme treibt die allgemeine Zirkulation an.

Dieses Strömungsmuster beschreibt die allgemeine Bewegung der Luft. Die „wärmste“ Region ist der Äquator, der für die Sonne am normalsten ist, nicht weil er näher an der Sonne liegt, sondern weil er in Bezug auf die Sonnenstrahlung fast flach ist. Die Pole stehen in einem Winkel, wodurch die Sonnenstrahlung in steilen Winkeln auf den Nordpol und den Südpol trifft. Je normaler die Oberfläche zur Sonne ist, desto heller und wärmer wird eine Region. Die größte Erwärmung ist um den Äquator (Abb. 4.22). Wolken können eine gewisse Variation erzeugen; Gelegentlich wird es irgendwo außer am Äquator eine stärkere Erwärmung geben. Aber im Durchschnitt in der Nähe der Pole ist die Erwärmung minimal und in der Nähe des Äquators maximal. Dies erklärt die allgemeine Zirkulation der Winde auf dem Planeten.

Abb. 4.22 Parallele Strahlen, die auf die Erde treffen, breiten sich mehr zu den Polen als zum Äquator aus. Die Strahlen, die normaler oder vertikaler sind, erwärmen den Äquator effizienter als näher an den Polen. Dies verursacht einen allgemeinen Temperaturunterschied zwischen Äquator und Polen und treibt die Zirkulation der Atmosphäre an.

Die Heizdifferenzen erzeugen wiederum Druckdifferenzen. Die kalte Luft, die an der Stange sinkt, würde tendenziell einen höheren Druck erzeugen, wenn kalte Luft auf den Boden sinkt. Bei aufsteigender Luft würde ein niedriger Druck auftreten, da die Luft vom Boden weg beschleunigt wird. Die Druckunterschiede führen dazu, dass Winde wehen und versuchen, die Druckunterschiede auszugleichen.

Diese Druckunterschiede werden anhand von Druckgradienten beobachtet. Die Druckdifferenz erzeugt eine Kraft, die als Druckgradientenkraft (PGF) bezeichnet wird. Es ist definiert als:

Gleichung 4.9

wobei P der Druck und Z der horizontale Abstand ist.

Die Stärke der Druckgradientenkraft kann durch Erhöhen der Druckdifferenz (DP) oder Verringern des Abstands (DZ) der Druckänderung geändert werden.Wenn eine Druckgradientkraft vorhanden ist, versucht der Wind, die Kraft auszugleichen, indem er sich direkt von hohem zu niedrigem Druck bewegt (Abb. 4.23).

Die Oberflächenkarte (Abb. 4.24) zeigt ein hervorragendes Beispiel für die obige Beziehung. Der PGF ist im Nordosten der Vereinigten Staaten im Bereich des niedrigen Drucks ziemlich stark, während die südzentralen Vereinigten Staaten einen relativ schwachen Druckgradienten aufweisen.

Abb. 4.24 Oberflächenwetterkarte mit Wind, Isobaren und Nieder- und Hochdruck dargestellt. Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.

Die Oberflächenkarte zeigt die Oberflächenwinde und -richtungen auf den Widerhaken und den Isobaren an, Linien mit konstantem Druck. Beachten Sie, wie dicht die Isobaren vor der Ostküste gepackt sind. Es besteht ein starkes Druckgefälle und es wehen starke Winde. Winde sind südlich bei 25-30 Knoten (jeder volle Widerhaken repräsentiert 10 Knoten und jeder halbe Widerhaken, fünf Knoten). Wenn man über Südkansas schaut, gibt es wenig Druckgradienten; Der Wind reagiert hier mit 5-10 Knoten Wind.