Vejret

Vejret er luftens temperatur, tryk, vindstyrke, vindretning, fugtighed her og nu.

Klima er gennemsnitsvejret – over 30 år.

Atmosfæren er det område omkring Jorden, hvor der er luft.

Atmosfæren består af gasser, dvs. luftarter, hvilket igen vil sige molekyler, der bevæger sig særlig hurtigt i en lav temperatur. Langt det meste (78 %) er kvælstof (N₂) og ilt (O₂ - 21 %). Derudover er der H₂O, CO₂ og andre stoffer.

De fleste stoffer er i den nederste del, troposfæren. Det er i troposfæren, at vejrfænomenerne hører til. Ovenover troposfæren er stratosfæren, hvor ozonlaget hører til. Ozon er en gasart (O3), der skærmer os mod Solens farlige UV-stråler (ultraviolette stråler).

Solen udsender elektromagnetiske bølger. Nogle af disse elektromagnetiske bølger er UV-stråler, nogle er lys-stråler, nogle er infrarød-stråler osv. Forskellen skyldes bølgernes længde.

De elektromagnetiske bølger har ligesom havets bølger toppe og dale. En bølge går fra én top til den næste. Så man kan tælle antal toppe pr. sekund. Giver strålen mange toppe i løbet af 1 sekund, har vi en kortbølget stråling. Er der mere end 1 sekund før vi måler næste bølge, har vi langbølget stråling.

De stråler, som når Jordens overflade fra Solen, er lys-stråler. Lys er kortbølget. 21 % af dem reflekteres fra overfladen. Resten absorberes (opsluges) af Jorden som varmeenergi (og fordamper). Alle genstande, der har en temperatur, afgiver elektromagnetisk stråling. Jorden afgiver infrarød stråling, som er langbølget. En stor del af de langbølgede stråler opfanges af luftens gasser og sendes tilbage til Jorden. Det kaldes modstråling. Herfra kan de reflekteres væk igen – noget af det bliver til modstråling osv.

Drivhuseffekten er et navn for, at atmosfæren bliver varmere. Det skyldes, at der kommer flere gasser op i luften, så der opstår mere modstråling. Det er især CO2 og metan, man er bekymret for, fordi de laver meget modstråling. CO2 opstår når vi forbrænder fossile brændstoffer, dvs. olie, gas og kul. De fossile brændstoffer er blevet dannet under jorden i løbet af millioner af år. Vi har i løbet af de sidste 100 år afbrændt billiarder af tons olie, gas og kul. Det er så voldsom en ændring, så naturen ikke kan følge med. Indlandsisen på Arktis (nordpolen) og Antarktis (sydpolen) smelter og ørkenen breder sig i de varme lande (https://www.sciencedaily.com/releases/2009/05/090507072830.htm).

Solens indstråling: Solens stråler rammer Jorden forskelligt, fordi Jorden er en kugle, der vender skråt mod Solen. Det betyder, at nogle steder rammer Solen 90 grader ind på Jorden, altså lodret. Står man sådant et sted, står Solen i zenit, dvs. den står lige ovenover ens hoved. Her er der varmest, fordi Solen står lige på. Andre steder spreder strålerne sig over et større område, fordi Jorden krummer mere. Der er lige meget lys, men energien varmer et større område op og derfor bliver der mindre energi pr. m².

Jorden står skråt til Solen og bevæger sig rundt om Solen. Den tid, det tager Jorden at bevæge sig hele vejen rundt om Solen, kaldes for et år. Fordi Jorden står skråt til Solen – ca. 66,5 %, vil Solen ikke ramme lodret ind i det samme sted i løbet året. Den 21.3 og 21.9 rammer Solen Jordens midte, som kaldes Ækvator. Det er det, der kaldes jævndøgn – hvor dag og nat er lige lang. D. 21.6 har vi i Danmark sommersolhverv, dvs. dagen er længst. Her rammer Solen lodret ind i den breddegrad, der kaldes den nordlige vendekreds eller Krebsens vendekreds. I tal er den nordlige vendekreds 23°27 nordlig bredde. Det er på dette tidspunkt, hvor der er sommer på den nordlige halvkugle og dermed vinter på den sydlige halvkugle.

D. 21. 12 er det lige omvendt. Nu rammer Solen lodret ind i den breddegrad, der kaldes den sydlige vendekreds eller Stenbukkens vendekreds. I tal er den sydlige vendekreds 23°27 sydlig bredde. Det er på dette tidspunkt, hvor der er vinter på den nordlige halvkugle og sommer på den sydlige halvkugle. Helt oppe på nordpolen rammer Solen slet ikke jordoverfladen. Så har man polarnat, dvs. nat døgnet rundt. Omvendt om sommeren. Når Jorden drejer rundt, så Danmark f.eks. kommer i skyggen fra Solen, så vil områderne nord for polarcirklen hele tiden være i Solens lys. Så har man sol døgnet rundt, midnatssol.

Indstråling er afhængigt af mange ting:

Albedo: Overfladens farve. Hvis overfladen er hvid, vil solens energi blive reflekteret tilbage 100 procent. Men hvis overfladen er sort – eller mørk – vil overfalden optage det meste af energien.

Sydside og nordside: Sydvendte skråninger modtager mere energi end nordvendte fordi indstrålingen er mere koncentreret på den sydlige side.

Indstrålingen ændrer sig fra time til time, afhængigt af, hvor solen står på himlen. Når solen er højest på himlen, har indstrålingen den højeste vinkel. Om natten er der kun udstråling af varme. Jorden er derfor koldest lige før solen står op.

Strålingsbalance: Jorden som helhed modtager energi fra Solen og afgiver energi til rummet i samme mængde. Ellers ville Jorden blive varmere og varmere (hvis energien ikke kom væk) eller koldere og koldere (hvis Jorden tabte for meget energi til universet). Men der er forskel fra sted til sted. Ved ækvator modtager Jorden mere energi end den slipper. Det skyldes indstrålingen. Solen skinner lodret ned på Jorden her. Omvendt afgiver Jorden mere energi end den modtager i breddegraderne langt væk fra Ækvator. Denne forskel i energi bliver udlignet ved hjælp af vinde og havstrømme.

Kystklima: i Danmark er vintrene forholdsvis milde og somrene forholdsvis kolde. Der er ikke den store udsving mellem sommer og vinter. Grunden er, at vand har en høj varmekapacitet og jord har en lav varmekapacitet. Varmekapacitet er evnen til at oplagre energi. Det tager længere tid at opvarme vand 1° end jord. Det betyder, at det kan være koldt at svømme i havet tidligt om sommeren, selvom jorden er varm, fordi havet endnu ikke er blevet varmt. Til gengæld tager det også længere tid for havet at miste energien. Det tager længere tid for havet at falde med 1°. Derfor er havet varmere end jorden, når vi nærmer os efterår. Vinde sørger for at transportere kulden til de varme områder. På den måde får vi vinde fra havet om vinteren (pålandsvind) og jorden afgiver varme til havet om sommeren (fralandsvind). Og i løbet af dagen får vi pålandsvind om dagen (fordi havet er koldere end jorden) og fralandsvind om natten (fordi jorden nu er varmere). I sidstnævnte tilfælde kaldes pålandsvinden også for søbrise og fralandsvinden for landbrise.

Lufttryk: Luften består af molekyler. Der er flere molekyler lige over jordens overflade end længere oppe. Grunden til det er, at de molekyler, der er foroven, trykker de molekyler, der er forneden, tættere sammen.

De molekyler, der er i rum A, trykker de molekyler sammen, der er i rum B. Det gør de, fordi tyngdekraften trækker dem nedad – men ikke så meget nedad, at de ikke bevæger sig i andre retninger. Alle molekyler bevæger sig (med mindre vi er nede på 0 K, som er det samme som -273° C).

(Et morsomt forsøg med at holde vand oppe i et glas, der vender nedad: www.experimentarium.dk/fysik/det-omvendte-glas/ )

Fordi molekylerne i rum A trykker på molekylerne i rum B, er der større tryk mellem molekylerne i rum B. Vi siger, at der er større lufttryk i rum B end i rum A. Som nævnt støder molekylerne ind i hinanden. Jo mere molekylerne er mast sammen, jo oftere vil de støde ind i hinanden og dermed få mere energi og hastighed. Det medfører, at temperaturen stiger. Så der er varmere i rum B end i rum A. Tilsvarende er der varmere ved jordens overflade end længere oppe. Der er varmere ved havet end oppe på et bjerg.

Lad os vende tilbage til solens opvarmning af jorden. Når jorden varmes op, vil luften lige ovenover også opvarmes. Det vil sætte i gang i luftmolekylerne. De får mere energi og bevæger sig derfor mere. De skubber hinanden mere væk. Luften vil bevæge sig opad, fordi luftmolekylerne skubber opad væk fra den varme jord. Der dannes et lavtryk ved overfladen: der er ikke særlig mange molekyler, der trykker på hinanden.

Sådan en bevægelse kaldes for en konvektion. En konvektion er, når gasser og væsker bevæger sig på grund af temperaturforskelle. I vores eksempel bevæger luften sig, fordi den opvarmes.

Når molekylerne skubbes op ad i atmosfæren, er de længere væk fra overfladen. Hvis vi bruger tegningen fra oven, så har de bevæget sig fra rum B til rum A. Der er mere plads. Molekylerne bliver kølnet af – de skubber ikke så meget til hinanden mere. Dette kaldes for en adiabatisk afkøling. En adiabatisk afkøling betyder, at afkølingen ikke kommer udefra, men sker indbyrdes mellem molekylerne.

Men der kommer flere og flere molekyler nedefra. Der opstår et højtryk i rum A. De mange molekyler med det samme søge væk mod lavtryk i nærheden. Sådant et lavtryk kan være, hvor der er et højtryk nede ved jordoverfladen, fordi jordoverfladen er kold. Men dette højtryk har også molekyler, der søger væk – nemlig mod det lavtryksområde, det hele startede med. Dermed er opstået et vindsystem.

Dette system kan man se omkring Ækvator, hvor luften stiger til vejrs på grund af varmen fra Solen. Luften bliver afkølet i højden og søger væk til 30° nord og 30° sydlig bredde – det er de subtropiske jetstrømme. Ved 30° nord og 30° sydlig bredde er der køligere i forhold til Ækvator. Her dannes de subtropiske højtryk, hvor der nu blæser vinde langs jorden mod Ækvator: NØ-passaten og SØ-passaten. Disse passatvinde mødes i den såkaldte intertropiske konvergenszone, ITK-zonen.

Når man kalder en vind vestenvind, er det fordi den kommer fra vest. NØ-passaten kommer altså fra nord-øst – og SØ-passaten fra SØ. Grunden til, at de ikke kommer fra N eller S skyldes Coriolis-effekten, som gør, at vindene på Jorden afbøjes. Omkring et højtryk blæser vindene i urets retning. Omkring et lavtryk i modsat retning af urets retning.

ITK-zonen ændrer sig fra årstiderne, afhængigt af, hvor solen er i zenit. I januar ligger ITK-zonen syd for Ækvator og i juli nord for Ækvator.

Passatvindene skubber havoverfladen frem og skaber derfor havstrømme.

Vanddamp, skyer og nedbør: Al luft indeholder vanddamp, for al luft indeholder vandmolekyler (H₂O). Men som regel kan man ikke se vandmolekylerne, fordi de bevæger sig. Når tilstrækkelig mange vandmolekyler samler sig, kan der opstå dråber. Der er sket en kondensering eller fortætning. En fortætning kan ske, når vandmolekylerne ikke bevæger sig så hurtigt og derfor lettere samler sig i stedet for kun at ramme hinanden og fare videre.

Er luften varm, kan der være mange vandmolekyler i den uden at der sker en fortætning. Det er, fordi vandmolekylerne bevæger sig så hurtigt, så de ikke samler sig.

Absolut fugtighed er antal gram vandmolekyler pr. m³ luft. Relativ fugtighed er er antal gram vandmolekyler pr. m³ luft, men set i forhold til, hvor meget vand, der kan være i luften ved en bestemt temperatur.

Som det ses af tabellen, så kan luft ved 20° C indeholde højst 17 g/m³ vand (en anden tabel findes her: https://sanctusaura.files.wordpress.com/2010/06/relative-humidity2.jpg). Det er dugpunktet. Over denne temperatur kondenserer vanddamp til vand.

Luften er umættet, hvis den indeholde mindre end det, den kan ved en bestemt temperatur, f.eks. 12 g/m³ ved 20° C. Man måler i procent, så i dette tilfælde vil den relative luftfugtighed være (12/17)*100= 71 %. Hvis den indeholder så meget vand, den overhovedet kan, er den relative luftfugtighed 100 %. Luften er mættet.

Lad os sige, at luften er 20° C og den relative luftfugtighed er 71 % (altså, at der er 12 g vand pr. m³). Temperaturen falder pludselig til 15° C. Men ved 15° C kan luften højst indeholde 12 g vand/m³. Så luftens temperatur er ved dugpunktet. Vi skal forvente, at der dannes vanddråber.

Tropisk luft er varm luft – og meget fugtigt. Luften i Danmark er køligere og derfor mindre fugtigt.

Hvorfor regner det?

Skyer består af masser af små vanddråber. De bliver hængende i luften, fordi de er lette og fordi der under skyerne ofte er en opadgående luftstrøm, en såkaldt opdrift. Men samles for mange vandmolekyler og bliver dråberne for tunge, falder de ned som regn.

Der er 3 hovedårager til, at regn opstår:

Konvektionsnedbør: Luften bevæger sig opad på grund af opvarmning. Højt oppe opstår der et højtryk: der er mange molekyler. Men der er også koldt, fordi vi er længere væk fra jordoverfladen. Der er for mange molekyler i forhold til temperaturen. Dugpunktet nås. Der opstår regn.

Frontregn: Når varm og kold luft mødes, har vi en front. Den varme luft vil søge opad og kondensere og blive til regn.

Stigningsregn: Når en vind rammer et bjerg, vil vinden bevæge sig op langs bjerget. Luften i vinden vil blive kølnet ned, luften kondenseres og der kan komme regn.

Lavtryksvejr: Jordoverfladen opvarmes – der opstår et lavtryk, fordi molekylerne bevæger sig opad. I højden samler de sig, der opstår et højtryk. I højden er der også en afkøling. Derfor opstår en kondensation – der opstår skyer og regn.

Højtryksvejr: Jorden er kold. Luften synker ned og skaber et højtryk. Det kaldes for termisk højtryk. Eller også kommer der store luftmængder i højden, der presser ned mod jorden (dynamisk højtryk). I højtryksområdet stiger temperaturen, fordi molekylerne presses sammen. Dermed skubber de mere til hinanden og der opstår mere varme. Der bliver plads til flere vandmolekyler uden at dugpunktet rammes. Der bliver solrigt og tør luft. Men bemærk: området kan godt være koldt. Højtrykket er relativt til andre områder. Det betyder ikke nødvendigvis, at der er rigtigt varmt.

Sådan opstår sommermonsun og vintermonsun.

Fronter: Når to vejrsystemer møder hinanden, et koldt og et varmt. Det varme vil, fordi det har lavtryk, skubbe sig opover det kolde, eller det kolde vil, fordi det har højtryk, kile sig under det varme. Når varmfronten kommer ind over det kolde, vil der opstå regn, fordi det varme luft presses op. Koldfront afløses omvendt af tør luft, men det kan være svært at se.

Kilder:

http://fysikleksikon.nbi.ku.dk/h/hoj-lav-tryk/

http://vejr.tv2.dk/artikel/id-587629%252525252525252525253Ah%2525252525252525252525C3%2525252525252525252525B8jtryksvejr.html