Loftþrýstingsvillan

Talað er um „mikilvægi loftþrýstings“ í kennslubók í veðurfræði, The Atmosphere:

Ekki er hægt að leggja nægilega mikla áherslu á mikilvægi loftþrýstings á veður jarðarinnar. Eins og þið brátt munuð sjá, þá skapar mismunur á loftþrýstingi hnattræna vinda sem skipuleggjast í kerfi sem ‚færa okkur veðrið‘. (The Atmosphere: An Introduction to Meteorology: Frederick K. Utgens, Edward J. Tarbuck, Pearscon Prenice Hall, 10. útg., 2007, bls. 175).

Ekki er hægt að leggja nægilega mikla áherslu á loftþrýsting vegna þess að þaðan kemur veður jarðarinnar! Ef í rauninni hægt er að svara eftirfarandi grundvallar spurningu á réttan hátt, mun það opinbera hinn sanna uppruna veðurs:

Hvaðan koma hæðir og lægðir á jörðinni?

Áður en við höldum lengra skulum við muna eftir veðurfræðilegri yfirlýsingunni sem minnst var á áður, að „veðurspá er enn ónákvæm vísindi“. Ef veðurfræðingar myndu raunverulega skilja uppruna loftþrýstikerfa, sem þeir vita að þau „færa okkur veðrið“, þá myndi veðurspá ekki vera svona ónákvæm vísindi. Þess vegna ættum við setja spurningamerki við núverandi útgáfu nútíma vísinda á uppruna loftþrýstikerfa:

Loftþrýstingur á tilteknum stað á jörðinni er orsakaður af þyngd loftsúlunnar fyrir ofan þann stað, eins og hann er mældur með mælitæki sem heitir loftvog. (Weather, A Visual Guide: Bruce Buckley, Edward J. Hopkins, Richard Whitaker, Firefly Books Ltd., 2004, bls. 30).

Samkvæmt þessari skilgreiningu, er orsökin fyrir loftþrýstingi afleiðing þyngdarkrafta, sem krefjast „lækkunar á lofti“ yfir hæðum og „hækkunar á lofti“ yfir lægðum. Vefsíða bandarísku veðurstofunnar (NOAA) sýnir teikningu og góða lýsingu á sígandi lofti yfir hæð:

Hvað um loftið sem dreifir sér nálægt hæð? Þegar loftið streymir burt frá hæðinni, verður loft að ofan að koma í þess stað.

Vefsíðan heldur áfram með því að lýsa rísandi lofti yfir lægðum:

Hvað gerist með vinda sem stefna saman nálægt lægðum? Eiginleiki sem nefndur er samfelldni massa segir að massi getur hvorki myndast né eyðst á gefnu svæði. Þannig að loft getur ekki „staflað sér upp“ á gefnum stað. Það hlýtur að fara eitthvert, þannig að það neyðist til að rísa.

Slíkar skilgreiningar á hreyfingu lofts milli hæða og lægða eru óbifanlegar og rótfastar í gegnum alla veðurfræðina, en hafa menn mælt þetta?

Grundvallar spurning: Hafa rannsóknir sýnt að loft „sígur“ í hæðum og „rís“ í lægðum?

Rannsóknir UM hafa leitt í ljós niðurstöður sem komu á óvart – það virðist enginn hafa mælt þetta. Í rauninni vita þeir sem þekkja sig nægilega mikið til í veðurkerfum að hugmyndin um sígandi loft í hæðum og rísandi í lægðum gefur ekkert vit, vegna þess að:

Loft berst í burtu frá svæðum hás loftþrýstings og að svæðum lágs loftþrýstings.

Enn fremur hreyfist loft frá hæðum til lægða í allar áttir. Hvaða gangverk myndi valda lofti til að koma úr öllum áttum og hreyfast að lofti með háan þrýsting? Við fundum ekkert slíkt, né höfum við nokkurn tímann séð útskýringu fyrir slíka hegðun andrúmsloftsins. Það er forvitnilegt að vita hvers vegna loft hreyfist burt frá hæðum („H“ á veðurkortum), og trúa því þó að einhvern veginn sé loft samtímis, að því er virðist, að hreyfast að hæðum, þar sem það getur „staflað sér upp“. Þegar allt kemur til alls, hafa þeir jú sagt að „loft getur ekki staflað sér upp á gefnum stað.“ Með öðrum orðum, veðurfræðingar geta ekki útskýrt kerfi loftþrýstings vegna þess að hinn raunverulegi uppruni slíkra kerfa helst óþekktur.

Ein leið til að gera sér í hugarlund um víxlverkun milli hæða og lægða er sýnd í myndinni hér að neðan. Ílát er fyllt með bláum og rauðum blöðrum. Stærri rauðu blöðrurnar tákna svæði með háum loftþrýstingi, en þær þenjast út og þrýstingurinn eykst vegna þess að þær eru hitaðar upp. Smærri bláu blöðrurnar dragast saman, en þrýstingurinn í þeim lækkar vegna þess að þær eru kældar. Upphituðu blöðrurnar þenjast út í allar áttir en köldu blöðrurnar dragast saman að sama skapi. Þegar upphitun og kólnun á sér stað, þenjast blöðrurnar út eða dragast saman og víxlverka þær á fyrirsjáanlegan hátt, þ.e. blöðrurnar sem þenjast út gera það á kostnað þeirra sem dragast saman. Hæðir og lægðir í andrúmsloftinu eru að gera það sama. Ferlið er grundvallað á einfaldri eðlisfræði upphitunar og kólnunar lofttegunda.

Kjörgaslögmálið segir að PV ~ T (þrýstingur sinnum rúmmál er í réttu hlutfalli við hitastig loftsins) og er almenn stærðfræðileg jafna sem lýsir breytingu á loftþrýstingi vegna vaskjávarma. Ef við hækkum hitastigið í gasi, þá mun þrýstingur og rúmmál aukast. Ef hitastigið lækkar, þá mun þrýstingur og rúmmál minnka. Þetta mun vera sýnt í kafla um loft-vatn líkanið með því að hita upp blöðru með örlitlu vatni í með því að nota örbylgjuofn. Rúmmál og þrýstingur blöðrunnar jókst (í allar áttir), vegna hækkunar í hitastigi.

Veðurfræðin neyddist til að snúa sér að órökréttum ferlum til að lýsa hæðum og lægðum, einfaldlega vegna þess að þeir sáu aðeins eina hitauppsprettu í andrúmsloftinu. Að líta á sólina sem einu hitauppsprettuna þýddi að hunsa eða gera lítið úr greinilegum vandamálum. Sólin er ekki hin eina sanna hitauppspretta. Hún sem skín alltaf á helminginn af jörðinni í senn, getur ekki verið aðal orkuuppspretta á bak við hæðir og lægðir.

Ský eru eini möguleikinn til að minnka hitastig frá sólinni, en skýjahulur fylgja ekki endilega köldum lægðum. Reyndar er það þannig, eins og við munum sjá brátt, að sum ský myndast í hæðum! Ský og stormar hneigjast til að flæða til svæða með lágan loftþrýsting vegna þess að loft er að þjappast saman. Enn fremur auðveldar lár þrýstingur fyrir þéttingu og skýjamyndunar, en breytingin á loftþrýstingi sýnir enga beina tenginu við sólarljós.