Gió

Gió là những luồng không khí chuyển động trên quy mô lớn. Trên bề mặt của Trái đất, gió bao gồm một khối lớn không khí chuyển động. Trong không gian vũ trụ, gió mặt trời là sự chuyển động của các chất khí hoặc các hạt tích điện từ Mặt Trời vào không gian, trong khi gió hành tinh là sự thoát khí của nguyên tố hóa học nhẹ chuyển từ bầu khí quyển của một hành tinh vào không gian. Gió thường được phân loại theo quy mô về không gian, tốc độ, lực tạo ra gió, các khu vực gió xảy ra, và tác động của chúng. Những cơn gió mạnh nhất được quan sát trên một hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta xảy ra trên sao Hải Vương và sao Thổ. Gió có những khía cạnh khác nhau, một là vận tốc của gió; hai là áp suất dòng khí; ba là tổng năng lượng của gió.
Trong khí tượng học, cơn gió thường được gọi theo sức mạnh của nó, và hướng gió thổi. Sự tăng tốc đột ngột của gió được gọi là cơn gió mạnh. Sự tăng tốc kéo dài (khoảng một phút) của các cơn gió mạnh được gọi là gió giật. Gió với khoảng thời gian kéo dài hơn có những cái tên khác nhau kết hợp với tốc độ trung bình của gió, chẳng hạn như gió nhẹ (breeze), gió mạnh (gale), bão (storm), cơn bão (hurricane), và cơn bão lớn (typhoon). Gió xảy ra trên các phạm vi khác nhau, từ cơn bão kéo dài hàng chục phút, cho đến gió địa phương được hình thành do sự nung nóng của bề mặt đất liền kéo dài khoảng vài giờ, cho đến gió toàn cầu do sự khác biệt trong sự hấp thụ năng lượng mặt trời giữa các vùng khí hậu trên trái đất. Hai nguyên nhân chính của gió hoàn lưu khí quyển quy mô lớn là sự khác biệt nhiệt độ giữa xích đạo và các cực, và vòng quay của Trái đất (hiệu ứng Coriolis). Trong vùng nhiệt đới, hoàn lưu nhiệt thấp trên địa hình bình nguyên và cao nguyên có thể tạo ra lưu thông gió mùa. Tại các khu vực ven biển các chu kỳ gió thổi từ biển vào đất liền và ngược lại có thể được coi là gió địa phương; ở các khu vực có địa hình biến động, gió núi và gió thung lũng là những gió địa phương.
Trong nền văn minh của con người, gió đã tạo cảm hứng cho thần thoại, ảnh hưởng đến các sự kiện lịch sử, mở rộng phạm vi của các phương tiện giao thông và chiến tranh, và cung cấp nguồn năng lượng cho cơ khí, điện và giải trí. Gió đã tạo năng lượng cho các chuyển động của tàu thuyền trên các đại dương của Trái đất. Khí cầu khí nóng sử dụng gió để có các chuyến đi ngắn, và các chuyến bay có năng lượng riêng sử dụng gió để tăng lực nâng và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Các vùng gió giật gây ra bởi hiện tượng thời tiết khác nhau có thể dẫn đến tình huống nguy hiểm cho máy bay. Khi những cơn gió trở nên mạnh mẽ, cây xanh và công trình nhân tạo bị hư hỏng hoặc bị phá hủy.
Gió có thể tạo hình dạng cho địa hình, thông qua một loạt các quá trình trầm tích gió như sự hình thành của các loại đất màu mỡ, như đất phù sa, và cả sự xói mòn của đất. Nhờ gió, bụi từ sa mạc lớn có thể được di chuyển một khoảng cách rất lớn từ khu vực gốc của nó; gió được tăng tốc bởi địa hình gồ ghề và kết hợp với các đám bụi đã được đặt tên theo khu vực ở các bộ phận khác nhau của thế giới vì tác dụng đáng kể của chúng trên các vùng đất đó. Gió ảnh hưởng đến sự lây lan của cháy rừng. Gió phân tán hạt giống từ các loài thực vật khác nhau, tạo điều kiện cho sự tồn tại và phát tán của các loài cây, cũng như số lượng côn trùng biết bay. Khi kết hợp với không khí lạnh, gió có tác động tiêu cực đối với vật nuôi. Gió ảnh hưởng đến thực phẩm dự trữ của các loài động vật, cũng như cách thức săn bắn và chiến lược phòng thủ của chúng.

Đo lường

Hướng gió thường được biểu diễn theo hướng mà nó bắt đầu, ví dụ, một cơn gió bắc thổi từ bắc đến nam. Dự báo thời tiết dùng mũi tên để chỉ hướng gió. Tại sân bay, cờ gió dùng để chỉ hướng gió, và cũng có thể được sử dụng để ước tính tốc độ gió bằng góc nâng của cờ. Tốc độ gió được đo bằng phong tốc kế, phổ biến nhất là sử dụng cốc xoay hoặc cánh quạt. Khi phải đo với tần số cao (chẳng hạn như trong nghiên cứu), gió có thể được đo bằng tốc độ lan truyền của tín hiệu siêu âm hoặc bằng tác động của gió trên điện trở của một dây kim loại nung nóng. Một loại máy đo gió sử dụng ống pitot tận dụng lợi thế của sự khác biệt áp suất giữa ống bên trong và ống ngoài được tiếp xúc với gió để xác định áp lực động, số liệu này được sử dụng để tính toán tốc độ gió.
Tốc độ gió duy trì trên toàn cầu được báo cáo ở độ cao 10 mét (33 ft) và được tính trung bình trong 10 phút. Hoa Kỳ báo cáo gió trong khoảng 1 phút với các cơn bão nhiệt đới, và trung bình 2 phút trong khi quan sát thời tiết. Tại Ấn Độ báo cáo gió trong khoảng thời gian trung bình 3 phút. Khoảng thời gian trung bình lấy mẫu gió quan trọng vì vận tốc của một cơn gió duy trì một phút thường lớn hơn 14% so với cơn gió duy trì trong mười phút. Một sự bùng phát ngắn của gió tốc độ cao được gọi là một gust, một định nghĩa kỹ thuật của một gust là: tốc độ gió cao nhất vượt quá tốc độ gió thấp nhất đo được trong một thời gian mười phút khoảng 10 nút (19 km/h). Một squall là cơn gió có tốc độ gió tăng gấp đôi trên một ngưỡng nhất định, kéo dài trong một phút hoặc hơn.

Công suất turbine gió lý thuyết

Tổng công suất gió chỉ có thể đạt được khi vận tốc gió giảm xuống không. Trong turbine gió thực tế điều này không thể xảy ra, vì lượng không khí đi vào cũng phải đi ra khỏi turbine. Cần phải tính đến mối quan hệ giữa vận tốc gió đi vào và đi ra. Sử dụng khái niệm ống dòng chảy, công suất gió thu được tối đa bởi một turbine gió là 59% tổng công suất gió lý thuyết (xem định luật Betz).

Công suất turbine gió thực tế

Những tổn thất như là ma sát và lực kéo rô tơ turbine, tổn thất hộp số, tổn thất máy phát và biến áp, giảm công suất tạo ra bởi một turbine gió. Mối quan hệ cơ bản mà công suất tuabin xấp xỉ tỷ lệ với lỹu thừa bậc ba của vận tốc vẫn đúng.

Lịch sử

Là một lực tự nhiên, gió thường được hóa thành thần gió hoặc là một năng lực siêu nhiên trong nhiều văn hóa. Vayu là thần gió Hindu. Thần gió Hy Lạp bao gồm Boreas, Notus, Eurus, và Zephyrus. Aeolus, trong nhiều cách truyền đạt khác nhau là người cai quản hoặc người giữ bốn loại gió, ông còn được mô tả là Astraeus, vị thần bóng tối có con là bốn loại gió với Nữ thần bình minh. Hy Lạp cổ đại cũng quan sát sự thay đổi theo mùa của gió, bằng chứng là Tháp Gió ở Athens. Venti là thần gió La Mã. Fūjin là thần gió Nhật Bản và là một trong những vị thần đạo lớn tuổi nhất. Theo truyền thuyết, ông ấy có mặt lúc thế giới hình thành và cho gió ra khỏi túi của ông để làm sạch thế giới sương mù. Trong thần thoại Bắc Âu, Njord là thần gió. Cũng có bốn dvärgar (người lùn Bắc Âu), lần lượt là Norðri, Suðri, Austri và Vestri, và bốn con hươu đực của Yggdrasil, nhân hóa cho bốn loại gió, song song với bốn thần gió Hy Lạp. Stribog là tên của thần gió, bầu trời và không khí Slav. Người ta cho rằng ông ấy là tổ tiên (ông) của gió theo tám hướng.

Giao thông vận tải

Có nhiều loại thuyền buồm khác nhau, nhưng chúng đều có chung những đặc điểm cơ bản. Ngoại trừ đối với thuyền rô tơ sở dụng hiệu ứng Magnus, mỗi thuyền buồm đều có một thân tàu, dây buồm và ít nhất một cột buồm để giữ buồm cung cấp năng lượng từ gió cho thuyền. Các chuyến đi biển bằng thuyền buồm có thể kéo dài hàng tháng, và một hiểm họa phổ biến là thuyền chững lại vì thiếu gió, hoặc bị thổi lệch hướng bởi bão lớn hoặc gió mà không thổi về hướng mong muốn. Một trận bão lớn có thể dẫn đến đắm tàu và mất lái. Thuyền buồm cũng có thể mang theo đồ đạc chứa trong khoang, nên họ có thể lên kế hoạch cho chuyến đi biển dài một cách kỹ lưỡng để có lương thực thích hợp, bao gồm cả nước ngọt.
Đối với máy bay khí động lực học, gió ảnh hưởng đến tốc độ máy bay trên đường băng, và trong trường hợp các phương tiện nhẹ-hơn-không-khí, gió có thể đóng một vai trò đáng kể hoặc độc nhất trong việc dị chuyển và theo dõi mặt đất. Vận tốc của gió bề mặt thường là yếu tố cơ bản quyết định hướng vận hành chuyến bay tại sân bay, và đường băng trường bay được xếp thành hàng theo hướng gió phổ biến của khu vực. Trong khi cất cánh với gió xuôi có thể có thể cần thiết trong một số trường hợp nhất định, gió ngược thường là lý tưởng. Gió xuôi làm tăng khoảng cách cất cánh cần thiết và giảm građien tăng độ cao.

Giải trí

Gió xuất hiện nổi bật trong một số môn thể thao phổ biến, bao gồm hang gliding, bay khinh khí cầu, thả diều, bay diều tuyết, lướt ván diều, lướt sóng diều, dù lượn, đua thuyền buồm, và lướt gió.

Vai trò trong thế giới tự nhiên

Tại khí hậu khô, nguồn xói mòn chính là do gió.

Dịch chuyển bụi sa mạc

Khoảng giữa hè (tháng 7 ở bán cầu bắc), gió mậu dịch di chuyển về phía tây ở phía nam rãnh cận nhiệt đới di chuyển về phía bắc mở rộng về phía tây bắc từ vùng Caribbe đến đông nam Bắc Mỹ. Khi bụi từ Sahara dịch chuyển quanh ngoại bên phía nam của rãnh trong vành đai gió mậu dịch di chuyển trên mặt đất, lượng mưa bị kìm lại và bầu trời thay đổi từ màu xanh da trời sang trắng, dẫn đến hoàng hôn đỏ hơn. Sự hiện diện của nó tác động xấu đến chất lượng không khí bằng việc thêm các hạt trôi nổi trên không. Hơn 50% lượng bụi châu Phi tới Hoa Kỳ ảnh hưởng đến Florida. Kể từ năm 1970, bùng nổ bụi đã trở nên trầm trọng hơn do các thời kỳ hạn hán ở châu Phi. Có một lượng lớn bụi chuyển đến Caribbe và Florida từ năm này qua năm khác. Hiện tượng bụi này có liên quan sự giảm số lượng rạn san hô dọc Caribbe và Florida, chủ yếu kể từ những năm 1970. Những chùm bụi tương tự bắt nguồn từ sa mạc Gobi, chúng kết hợp với các chất gây ô nhiễm, lan tỏa khoảng cách lớn theo gió, về hướng đông, đến Bắc Mỹ.
Có nhiều tên địa phương cho các loại gió gắn liền với bão cát và bụi. Gió Calima mang bụi trên gió đông nam đến quần đảo Canary. Gió Harmattan mang bụi trong mùa đông về vịnh Guinea. Gió Sirocco mang bụi từ châu Phi đến nam Âu do dịch chuyển của xoáy thuận ngoài vùng nhiệt đới qua Địa Trung Hải. Hệ thống bão mùa xuân di chuyển qua đông biển Địa Trung Hải mang bụi qua Ai Cập và bán đảo Ả Rập, nó được biết đến tại địa phương là Khamsin. Gió Shamal tạo ra bởi frông lạnh nâng bụi vào khí quyển một lần kéo dài vài ngày qua các quốc gia Vịnh Ba Tư.

Tác dụng vào động vật

Gia súc và cừu dễ bị lạnh do sự kết hợp giữa gió và nhiệt độ lạnh, khi gió vượt quá 40 kilômét một giờ (25 mph), khiến lông và lớp len phủ của chúng trở nên không hiệu quả. Mặc dù chim cánh cụt sử dụng cả lớp mỡ và lông vũ để giúp bảo vệ bản thân khỏi cái lạnh do cả nước và không khí, chân chèo và chân của chúng ít miễn dịch với cái lạnh hơn. Ở những nơi khí hậu lạnh nhất như châu Nam Cực, cánh cụt hoàng đế có biểu hiện rúc vào nhau để tồn tại với gió và cái lạnh, liên tục thay đổi thành viên ở bên ngoài của nhóm, giúp giảm 50% sự mất nhiệt. Côn trùng bay, một tiểu nhánh của động vật Chân khớp, bị cuốn đi bởi gió, trong khi chim được hưởng lợi từ gió, kể cả bay hoặc lượn. Như vậy, các họa tiết đường nét trong hình ảnh từ radar thời tiết, gắn liền với gió hội tụ, cho kết quả chủ yếu là côn trùng. Chim di trú, thường xảy ra qua đêm ở độ cao thấp nhất 7.000 foot (2.100 m) của khí quyển Trái Đất, làm hỏng dữ liệu thu được từ radar thời tiết, đặc biệt là WSR-88D, bằng cách tăng kết quả gió từ 15 hải lý một giờ (28 km/h) đến 30 hải lý một giờ (56 km/h).

Tạo ra âm thanh

Gió tạo ra âm thanh. Sự dịch chuyển của không khí khiến dịch chuyển các vật tự nhiên, như lá hay cỏ. Những vật này sẽ tạo ra âm thanh nếu chúng chạm vào nhau. Kể cả gió nhẹ sẽ tạo ra tiếng ồn môi trường mức độ nhẹ. Nếu gió thổi mạnh hơn, nó có thể tạo ra âm thanh với tần số khác nhau. Điều này có thể tạo ra bởi gió thổi trên lỗ hổng, hoặc bởi các xoáy khí được tạo ra phía dưới một vật thể. Đặc biệt trên nhà cao tầng, nhiều phần cấu trúc có thể gây ra tiếng ồn khó chịu tại một số điều kiện gió. Ví dụ là ban công, lỗ thông gió, lỗ mái nhà hoặc dây cáp.

Tác hại

Tác hại của gió là một đợt gió từ cấp 7 và nhiều hơn nữa sẽ khiến cho những người đi bộ ngoài đường phải rất khó khăn vì phải cản lại sức gió, ở những cơn gió từ cấp 9 trở lên có thể khiến cho tốc các mái nhà. Còn ở vòi rồng thì tác hại của nó gấp nhiều lần các tác hại vừa rồi, một cơn vòi rồng có thể sẽ khiến một ngôi nhà tung ra khỏi móng, phá hủy giao thông thậm chí là chết người, gây thiệt hại rất nhiều.

Trên các hành tinh khác

Gió mạnh 300 kilômét một giờ (190 mph) tại những đám mây cao trên sao Kim xoay quanh hành tinh này mỗi bốn đến năm ngày Trái Đất. Khi các cực của sao Hỏa được ánh nắng Mặt Trời chiếu vào sau mùa đông, CO₂ đông lạnh thăng hoa, tạo ra lượng gió đáng kể quét qua các cực nhanh tới 400 kilômét một giờ (250 mph), sau đó chúng vận chuyển một lượng lớn bụi và nước bốc hơi qua phong cảnh của nó. Các loại gió sao Hỏa khác tạo ra các sự kiện dọn sạch và lốc cát.