Kan vi förstå atmosfärens rörelser?

Visst kan vi förstå atmosfären bara vi inser att många av dess spelregler skiljer sig från våra dagliga erfarenheter av rörelser.

Det är enkelt att förstå att varm luft stiger och kall luft sjunker, att luften av tyngdkraften strömmar från områden med högre lufttryck till lägre, samt att friktionen försöker bromsa in all rörelse.

Mindre självklart är att solen till ringa del värmer luften direkt, utan värmer jordytan som sedan i sin tur värmer luften (se Solen värmer jorden - jorden värmer atmosfären). Det följer inte heller enkelt ur vår vardagserfarenhet att vatten som fryser till is avger värme och att samma värmemängd behövs för att smälta isen.

Ånga som kondenserar till moln eller regndroppar avger av samma skäl värme, vilken utgör en extra värmekälla när lågtrycket intensifieras (se De nyckfulla sommarlågtrycken).

Jordrotation och friktion

Riktigt främmande för vår erfarenhet är hur jordrotationen påverkar luftens strömning (se Den förunderliga "corioliseffekten"). Genom att söka driva in all rörelse i relativt små cirklar gör jordrotationen det i praktiken svårt för luftmassor att förflytta sig några ansenliga sträckor.

Man kan betrakta den allmänna cirkulationen som resultatet av en evig kamp mellan tyngdkraftens strävan att utjämna temperatur- och lufttryckskontraster och jordrotationens strävan att upprätthålla kontrasterna genom att driva luften tillbaka till utgångspunkten (se Varför lutar fronter?).

Ja, effekten av jordrotationen är mer förbluffande än så. Som vi ser i artikeln om Golfströmmen och Rossbyvågor ger jordrotationen dessutom all rörelse en dragning västerut.

I sina rörelser österut bromsas därför högtrycks- och lågtrycksvirvlar kraftigare ju större virvlarna är. Detta förklarar bl.a. varför stora låg- och högtrycksområden kan bli liggande på samma plats i flera dagar, medan små flyttar sig snabbt österut.

Vi lever dagligen med friktion och det har lärt oss att ingen rörelse fortgår om den inte underhålls. Men ovanför en kilometers höjd rör sig luften utan att påverkas av någon nämnvärd friktion.

Därför kan den lätt, av bara farten, röra sig i ”uppförsbacke” från lågt lufttryck till högt, nästan lika ofta som den rör sig från högt till lågt. Av samma skäl stiger kall luft och sjunker varm luft nästan lika ofta som varm luft stiger och kall luft sjunker (se Svårförståeliga lågtryck).

Andra spelregler

Man skulle kunna tro att atmosfärens rörelser är omöjliga att förstå eftersom de till stor del beskrivs av så kallade icke-linjära differentialekvationer som bara superdatorer kan lösa. Detta är nog sant ifall vi med ”förstå” menar att förutsäga hur lufthavet kommer att röra sig.

Man kan ändå förstå atmosfären på samma sätt som man kan förstå en fotbollsmatch utan att därför kunna säga vem som gör mål om fem minuter. Våra fotbollsregler tycker vi är enkla och självklara, men de leder oss till viss förvirring om vi försöker tillämpa dem på en match i ishockey.

Atmosfären är på samma sätt möjlig att förstå om vi bara överger föreställningen att den ska följa exakt samma ”spelregler” som styr vårt vardagsliv.