Ilmavirtauksen liikkeelle panevana voimana on siis lämpötilaeroista aiheutuva ilmanpaine-ero, jolloin ilmamassa lähtee liikkumaan korkeamman paineen alueelta matalamman paineen alueelle päin. Maan pyörimisliikkeen aiheuttamasta coriolis-voimasta johtuen ilmamassan liikkeen suunta kääntyy muuttuen lopulta paineen isoviivojen eli isobaarien suuntaiseksi.
Geostrofiset tuulet puhaltavat yli 1000 m korkeudella. Ne saavat voimansa suurelle alueelle levinneistä lämpötilaeroista ja siten myös paine-eroista. Koska nämä tuulet puhaltavat korkealla, eivät maanpinnankorkeuserot tai rosoisuudet vaikuta niihin merkittävästi. Geostrofinen tuuli on eri asia kuin maanpinnalla havaittava tuuli, kuten myöhemmästä tekstistä tullaan paremmin huomaamaan.
Huomattavasti yksinkertaistaen voidaan paine-eron aiheuttamaa geostrofista tuulta ja ilmavirtauksen nopeutta VG kuvata seuraavasti [1]:
Coriolisvoima
Liiketilaan saatettu kappale pyrkii jatkamaan suoraviivaista liikettään niin kauan kuin mikään voima ei muuta sitä. Tämä laki on voimassa absoluutisessa koordinaatistossa eli kiintotähtiin nähden.
Maapallon pyörimisliikkeestä johtuen painegradienttituuleen aiheutuu katsoen näennäinen suunnanmuutos, joka voidaan selittää keksijänsä matemaatikko G. de Coriolis´n (1792-1843) mukaan nimetyn coriolisvoiman aiheuttamaksi. Coriolis- voima on näennäisvoima, joka vaikuttaa kohtisuoraan liikettä vastaan. Coriolisvoima riippuu maapallon pyörimisnopeudesta (ω= kulmanopeus = vakio), tuulen nopeudesta ja havaintopaikan leveysasteesta φ. F= 2 ωVsin φ. Täten coriolisvoima on pieni tropiikissa mutta voimakas korkeilla leveysasteilla.
Coriolisvoiman vaikutuksesta johtuen ilma ei virtaa matalapaineen keskusta kohti vaan pohjoisella pallonpuoliskolla kohoava ilmavirtaus liikkuu matalapaineen keskuksen ympäri vastapäivään ja eteläisellä myötäpäivään. Korkeapaineen keskuksessa laskeutuva ilma virtaa päinvastaiseen suuntaan.
Gradienttituuli
Coriolisvoima kasvaa tropiikista napa-alueille päin. Heikon coriolisvoiman alueella ilmakehän paine-erot pääsevät tasoittumaan, eikä voimakkaita matalapaineita synny. Korkeilla leveysasteilla coriolisvoima estää paine-erojen tasoittumisen jolloin voimakkaat matalapaineet ovat mahdollisia. Ollakseen matalapaine painealueen ei tarvitse sinänsä saavuttaa mitään ilmanpaineen arvoa, vaan matalapaine on ympäristöään alemman ilmanpaineen alue.
Matalapaine- ja korkeapainekeskuksia kiertävät paineen isoviivat eli isobaarit ovat yleensä kaarevia. Kaarevia ratoja liikkuviin ilmahiukkasiin vaikuttaa painegradientti- ja coriolis-voiman lisäksi kaarevuussäteen suunnassa keskipakoisvoima. Tasapainotilaa vastaava tuuli on nimeltään gradienttituuli.
Ilmakehän kiertoliike on käytännössä niin monimutkaista, että puhdasta geostrofista tuulta tai gradienttituulta ei yleensä esiinny.
Lähteet:
1. B. Tammelin: Tuulivoimameteorologia, 2006
