Trykkgradient

Trykkgradient er ein fysisk storleik som skildrar kor raskt trykket i ei væske endrar seg i ei viss retning. Ofte blir det brukt om jordatmosfæren, og blir uttrykt som trykk per lengde. SI eininga er pascal per meter (Pa/m).

Matematisk skildring

Trykket blir uttrykt som p og verkar i eit tredimensjonalt rom.

p=p(x,y,z)

der x, y og z er koordinatar i rommet. Trykkgradienten er då ein vektor definert som

\nabla p={\begin{pmatrix}{\frac {\partial p}{\partial x}},{\frac {\partial p}{\partial y}},{\frac {\partial p}{\partial z}}\end{pmatrix}}

Fysisk tolking

Strengt tatt er trykkgradienten ein lokal eigenskap til luft eller ei væske. I atmosfæren er trykkgradienten ein vektor som i hovudsak peiker nedover, fordi trykket endrar seg raskt med høgda og er størst ved bakken. Ein typisk storleik på den vertikale trykkgradienten i troposfæren er om lag 9 Pa/m (eller 90 hPa/km).

Trykkgradienten har ofte ein liten, men svært viktig horisontal komponent. Denne er i hovudsak årsaka til at vind oppstår. Nær jordoverflata vil den horisontale trykkgradienten typisk peike mot høgare trykk (antisyklonar), og retninga og styrken på gradienten er avhengig av vêrsituasjonen. På midlare breidder er den typiske horisontale trykkgradienten på om lag 10^-2 Pa/m (eller 10 Pa/km), men ein kan ha større verdiar i samband med frontar

Trykkgradientkraft

Trykkgradientkrafta er krafta som vanlegvis fører til at lufta strøymer frå høgtrykk mot lågtrykk i atmosfæren og skapar vind. Trykkgradientkrafta refererer vanlegvis til den horisontale luftrørsla.

Trykkgradientkrafta verkar rettvinkla på isobarar i retning frå høgt mot lågt trykk. Større trykkskilnadar over ei viss strekning fører til større trykkgradientkraft og dermed kraftigare vind.

Trykkgradientkrafta er derimot ikkje berre den einaste krafta som får ein luftpakke til å flytte seg. Hadde den vore det, ville låg- og høgtrykksområda etter kvart ha forsvunne. Andre krefter som verkar på ein luftpakke i rørsle, er friksjon frå overflata, corioliskrafta og sentrifugalkrafta. I storskala atmosfærisk straum bruker corioliskrafta og trykkgradientkrafta å vere i balanse, og dette fører til vind som blæs parallelt med isobarane. Denne balansen vert kalla geostrofisk balanse. Friksjon nær overflata fører derimot til at denne balansen sjeldan er heilt oppfylt, noko som gjer at vindretninga får ein liten komponent inn mot lågtrykksenteret.

Merk at trykkgradientkrafta peikar frå høgt mot lågt trykk, men at sjølve trykkgradienten peikar i motsett veg.

Dagleg påverknad og helse

Lydbølgjer og sjokkbølgjer er dynamiske fenomen som kan skape svært store trykkgradientar, men desse er som regel kortvarige. Øyret vårt kan fange opp og tolke lydbølgjer, og er på den måten eit svært nøyaktig og sensitivt organ som kan måle trykkgradientar. Store trykkgradientar kan skade høyrselen. Trykket i seg sjølv er som regel ufarleg. Dykkarar kan til dømes gå djupt under vatn (og på den måten føle svært store trykk) utan å bli skada.

Sjå òg

Referansar

Edward N. Lorenz (1967) The nature and theory of the general circulation of atmosphere, World Meteorological Organization, Publication No. 218, Geneva, Switzerland.
Robert G. Fleagle and Joost A. Businger (1980) An Introduction to Atmospheric Physics, Second Edition, Academic Press, International Geophysics Series, Volume 25, ISBN 0-12-260355-9.
John M. Wallace and Peter V. Hobbs (2006) Atmospheric Science: An Introductory Survey, Second Edition, Academic Press, International Geophysics Series, ISBN 0-12-732951-X.