Oväder i en tekopp?

Ett bortglömt arbete av Albert Einstein från 1920-talet hjälper oss att förstå hur vindens friktion mot marken hjälper till att försvaga ett oväder.

Energitillförseln från solen förhindrar att vatten och luft fryser till is och bevarar deras karaktär av vätska och gas. Den kompenserar också för den ständiga energiförlusten genom utstrålning från och friktion mot mark och hav.

Men det senare är en mycket långsam process. Rörelserna i fria atmosfären och oceanerna sker nämligen till största delen under liten friktion. Hastigheten hos enskilda luftvolymer kan dock avta snabbt beroende på en helt annan process.

När vinden kommer in över områden där tryckgradientkraften är svag drivs luften av den starkare corioliskraften åt höger, mot högre tryck. I denna ”uppförsbacke” bromsas vinden effektivt (se artikeln Atmosfären rör sig av bara farten).

Dock spelar friktionen en viktig men indirekt roll, när den hjälper till att försvaga ett lågtryck. Hur detta sker, utlades av Albert Einstein inför Preussiska Vetenskapsakademin den 7 januari 1926 och sedan i en lättfattlig artikel som publicerades samma höst.

Einstein satte alltid en ära i att förklara så att en vaken lekman skulle kunna förstå: Om inte, så förstår man det inte själv.

Tekoppsliknelsen

Ta en flatbottnad kopp fylld med te med några teblad på botten. Om man nu rör om i koppen kommer tevattnets rörelse att skapa en utåtriktad centrifugalkraft (Ce) som gör att vattnet pressas utåt varvid det samlas mindre vatten i koppens mitt än i dess utkanter. Ytan blir konkav med mer vatten i utkanten av koppen än i mitten.

Detta skapar en inåtriktad tryckgradientkraft (P) som balanserar Ce – nästan. För närmast koppens sidor, och i synnerhet i botten, bromsas vattnet in av friktionen och Ce minskar.

P som nu fått överhanden skapar närmast botten en inåtriktad rörelse som avslöjar sig genom att tebladen samlas i en liten hög i mitten. Vatten-ackumulationen tvingar fram en uppåtgående rörelse, som när den når ytan strömmar ut åt sidorna. Bladen förblir i en hög mitt på botten.

Lågtryck - en jättelik tekopp

Samma sak sker i ett lågtryck, som kan ses som motursroterande "tevatten" i en jättelik tekopp med den skillnaden att den också befinner sig på ett roterande underlag, i detta fall jorden.

Eftersom corioliseffekten avlänkar vinden (tevattnet) åt höger kommer, i marknära skikt, där luften strömmar inåt, detta att medföra ett bidrag till motursströmningen. I nivåerna högre upp, där luften tvingas utåt, medför corioliseffektens avlänkning åt höger däremot en tendens till medurs strömning.

Detta motverkar den förhärskande motursströmningen och leder efterhand till dess inbromsning. "Tekoppseffekten" sprider alltså mycket effektivt friktionens inverkan från skikten närmast botten över hela systemet.