Tuul

Tuul on looduslikel põhjustel Maa pinna suhtes horisontaalselt liikuv õhk.
Maal peetakse tuuleks atmosfääri õhurõhu ebaühtlasest jaotusest tekkinud õhu liikumist. Spetsiifilisema meteoroloogilise tähenduse kohaselt on tuul õhk, mis liigub baarilise gradientjõu olemasolul paralleelselt Maa pinnaga. Kosmoses esinev nii öelda päikesetuul ja planeetide vaheline tuul ei ole siin meteoroloogilises mõistes käsitletavad. Tuult klassifitseeritakse selle kiiruse, põhjustajate, asukoha ja ilmingute põhjal. Kõige tugevamad tuuled meie päikesesüsteemis esinevad Neptuunil ja Saturnil.
Meteoroloogias kasutatakse tuule iseloomustamiseks selle tugevust ja suunda kust tuul puhub. Lühiajalisi tuule kiiruse tõusmisi nimetatakse puhanguteks ning pikemalt (umbes üks minut) kestvaid tuule kiiruse tõusmisi nimetatakse pagideks. Sõltuvalt tuule tugevusest hinnatakse tuult: nõrk, keskmine, kõva tuul ja torm. Kaks kõige põhilisemat tegurit, mis põhjustavad atmosfääri tsirkulatsiooni on õhumasside erinev soojenemise kiirus Maa ekvaatoril ja poolustel ning planeedi pöörlemine (Coriolisi efekt).
Tuul on inimtegevuses erilisel kohal. Tuul on loonud transpordiviise ning rikastanud energia saamise võimalusi. Tuule abil seilavad purjelaevad üle Maa veteväljade. Samuti kasutatakse õhupallide juhtimiseks ära horisontaalset õhu liikumist. Tugevad tuuled aga võivad tekitada looduses suuri kahjustusi ning hävitada inimese materiaalset vara.
Tuuled võivad kujundada maastiku erinevaid pinnavorme. Tuul tekitab pinnase erosiooni. Tuule erosiooniga moodustavad edasikantavad pinnaseosakesed uusi maastike ning viljakaid pindu, näiteks lösse. Tuul võib kõrbetes liigutada tohutuid koguseid liiva ühest paigast teise. Tuule positiivseks omaduseks looduses on tuullevi, mis võimaldab taimedel paljuneda ja levida. Teisalt võib tuul teha palju kahju metsatulekahju korral. Samuti on tuulel madalate õhutemperatuuride juures negatiivne mõju karjapidamisele ning metsloomadele. Tuul mõjutab ka metsloomade jahtimisviise.
Põhjus.
Tuul on põhjustatud rõhkude erinevusest atmosfääris. Rõhkude erinevusest paikkonniti, hakkab õhk liikuma kõrgema rõhuga alalt madalama rõhuga alale. Kaks põhilist asjaolu, mis põhjustavad globaalseid õhumasside liikumisi, on ekvaatori ja pooluste erinev soojenemise kiirus ning planeedi pöörlemine, mis omakorda tekitab Coriolisi efekti. Kõrgemal puhuvate suuremate õhumasside tuuled lähenevad alati geostroofilisele tasakaalule, kuid hõõre Maa pinna lähedal (u 1,5 km kõrguseni) aeglustab tuule kiirust alumistes kihtides sedavõrd, et tuule suund maapinna kohal erineb isobaari suunast ligi 60 kraadi. Seega maapinna lähedal ei saa olla geostroofilist tuult.
Geostroofiline tuul tekib siis kui baariline gradientjõud ja sellele vastassuunaliselt mõjuv Coriolisi jõud on tasakaalus. Maa pöörlemise kallutav jõud ehk Coriolisi jõud tekib sellest, et esialgse liikumissuuna saanud õhumass (ka veemass) püüab inertsi mõjul jätkata samasuunalist liikumist ruumis, kuid Maa pöörlemisest tingitult on maapinna koordinaadid ajas muutunud ning ongi tekkinud kõrvalekalle õhurõhu gradientjõu algsest suunast, mis paneb õhumassi liikuma kõrgema rõhu piirkonnast madalama rõhu piirkonna suunas. Nende jõudude koosmõjul kujuneb välja geostroofiline ehk baariline tuul, mis tähendab ühtlast ja sirgjoonelist liikumist piki isobaare, st tuul puhub piki samarõhujooni (põhjapoolkeral gradientjõu suunast paremale). Geostroofilise tuule juurdekasv suurtel kõrgustel ehk termiline tuul on temperatuuri horisontaalse gradiendiga risti.
Kuna baariliste süsteemide keeristes, tsüklonis ja antitsüklonis on isobaarid kõverjoonelised, siis mõjutab tuule suunda ka tsntrifugaaljõud. Tsüklonis kattub see Goriolisi jõu suunaga, antitsüklonis baarilise gradiendi suunaga. Seega samasuure gradiendi korral on tuule tugevus isobaarilisel suunal tsüklonis väiksem ja antitsüklonis suurem. Hõõrdumise puudumisel gradientjõu, kesktõukejõu ja Goriolisi jõust põhjustatud õhu liikumist nimetatakse gradienttuuleks.
Mõõtmine.
Meteoroloogilise tuule suuna all mõistetakse suunda, kust tuul puhub. Seda võib väljendada kaarte kraadides või ilmakaartes. Näiteks lõunatuul puhub lõunast põhja. Vabalt 360 kraadi pöörlev tuulelipp on tuule suuna mõõtmise vahendiks. Lennujaamades kasutatakse tuule suuna määramiseks põhiliselt tuulesokke, mille rippumise nurga järgi saab määrata ka ligikaudse tuule kiiruse. Tuule kiiruse mõõtmiseks kasutatakse anemomeetreid, millel enamasti on selleks kas propeller või õõnsate poolkera-kopakestega rootor.
Püsivaid tuuli mõõdetakse üldiselt kümne meetri kõrgusel maapinnast ning iga kümne minuti kohta arvutatakse keskmine kiirus. Ameerika Ühendriikides esitatakse iga kahe minuti kohta arvutatud tuulte keskmise kiiruse aruanne. Samas Indias tehakse seda kolmeminutilise perioodi kohta. Lühema aja kohta arvutatud tuule keskmine kiirus on suurema väärtusega, kuna võimaldab vaatlejal tuule kiiruse muutumist paremini jälgida.
Kohalikud tuuled.
Mere- ja maabriis.
Rannikualadel on kohalike tuulte kujundamises suur osa mere- ja maabriisidel. Briis tekib maapinna ja vee erinevast soojusmahtuvusest tingitud erinevast soojenemise kiirusest. Kuna veel on suurem erisoojus kui maal, siis tõuseb hommikul õhutemperatuur maapinna kohal kiiremini kui veepinna kohal. Maapinna kohal hakkab soojem kergem (väiksema erikaaluga) õhk tõusma, selle asemele voolab aga jahedam (suurema tihedusega) raskem õhk veekogu kohalt, tekitades sellega jaheda briisi. Öösel on vastupidi. Vee aeglase jahtumiskiiruse tõttu hakkab jahtunud maa pealt, kus on suurem õhurõhk, puhuma tuul veekogu poole.
Briis esineb enamasti vaid väikese baarilise gradiendiga alal, kus tuul on piisavalt nõrk. Mõõduka või tugeva tuule puhul briisi ei arene, välja arvatud juhul kui maismaa ja veekogu kohal on eriti suur õhutemperatuuri erinevus. Mõõduka tuule puhul võib ka tekkida briisi ja esialgse tuulesuuna segu. Lisaks on briisi tekkeks vaja selget ilma, kuna pilved takistavad õhu temperatuurierinevuse tekkimist.
Ajalugu.
Mitmetes kultuurides on tuult iseloomustatud kui midagi üleloomulikku või peetud seda üheks või mitmeks tuulejumalaks. Näiteks Kreeka mütoloogia tuulejumalad on Boreas, Notos, Euros ja Zephyrios. Antiikkreeklased vaatlesid tuulte aastaajalist muutust Tuulte Tornis, mis asub Ateenas. Rooma tuulte jumalaks on Venti. Jaapani tuulte jumal Fūjin on üks vanimaid Shinto jumalaid. Legendi järgi lasi ta maailma loomisel oma kotist välja tuuled, et puhastada maailm udust. Jaapani sõna kamikaze (神風) tähendab 'jumalikku tuult' ning usutakse, et see on jumalate tehtud kingitus. Teadaolevalt kasutati seda terminit esimest korda kahe järjestikuse taifuuni nimetamiseks, mis päästsid Jaapani aastatel 1274 ja 1281 toimunud Mongoli laevastiku rünnaku käest. Tuulemurru esinemissagedus suurenes Eestis 20. sajandi alguses märkimisväärselt.
Tuule kasutusalad.
Transport.
Purjelaevu on mitmesuguseid, kuid neil kõigil on põhilised omadused, mille poolest nad sarnanevad. Kui välja arvata purjemasti asemel, püstiste, tuule energial pöörlevate silindritega (Flettneri rootoriga) laevad, kus kasutatakse edasiliikumiseks ära Magnuse ilmingut, siis on igal purjelaeval kere, taglastus ning vähemalt üks mast, mis hoiab üleval purjesid. Reis üle ookeani võib purjekal kesta kuid. Reisi ajalise pikenemise põhjuseks on tihti tuulevaikus, torm või vastutuul, mis ei lase vajalikus suunas kõige otsemal kursil liikuda. Tugev torm võib põhjustada laeva huku.
Tuul mõjutab oluliselt ka õhus püsivate objektide lennukiirust ja -suunda (maapinna suhtes]. Tuule suund ja kiirus on põhilisteks mõjutajateks, mis määravad lennuväljal toimuvaid operatsioone. Lennunduses on navigatsioonilistel arvutustel kasutusel mõiste "navigatsiooniline tuul" ehk suund, kuhu tuul puhub. Samuti on lennuvälja rajad ehitatud valitsevatele tugevamate tuulte suunas. Lennuki ohutuks õhkutõusuks on eelistatud vastutuul, kuna taganttuul pikendab õhkutõusuks vajaliku raja ja distantsi pikkust, mis omakorda võib tekitada ohtlikke olukordi.
Energiaallikas.
Esimesed praktilised vertikaalse teljega tuuleveskid ehitati 7. sajandil pKr ajaloolises Afganistani piirkonnas Sistanis. Veskitel oli siis 6–12 riidest purje ja neid kasutati tööstuses teravilja jahvatamiseks. Horisontaalse teljega tuuleveskid võeti kasutusele alles 1180. aastate alguses loode Euroopas. Paljud nendest on alles tänapäevalgi. Esimese tuuleturbiiniga elektrit tootva generaatori ehitas 1887. aastal Šoti õpetlane James Blyth.
Tuule roll looduses.
Erosioon.
Ariidses kliimas on põhiliseks erosiooni tekitavaks elemendiks tuul. Tuul tekitab erosiooni kahel viisil. Tuulekanne ehk deflatsioon põhjustab väikeste osakeste lendumise ja uude kohta transportimise. Teiseks, tuulest kantud osakeste lendumine vastu mingit takistust (näiteks kivi) tekitab hõõrdumisega sellise takistuse kulumise. Tuuleerosioon esineb tavaliselt lagedatel, vaid vähese või puuduliku taimkattega aladel, kus vihma sajab harva. Näiteks liivaluidete moodustumisel rannas või kõrbes.
Mõju taimedele ja loomadele.
Anemohooriaks ehk tuulleviks nimetatakse ühte primitiivsemat seemnete levimise viisi. Olenevalt taime liigist võib juba õrna tuule korral seeme hõljuda õhus või kanduda mööda maad. Klassikaliseks näiteks võib tuua võilille. Võilille seemne külge ühendatud sulgjas pappus aitab sellel õhus püsida ja läbida pikki vahemaid. Kuid tuulel on ka taimede kasvule ja levikule piirav mõju. Rannikaladel, kus puhub tihti tugev tuul, on puud tunduvalt lühemad kui sisemaal. Tugevas
tuules murduvad puud ning puhutakse minema õhukesed mullakihid, kuhu taimed kinnituda võiksid.
Külma ja tugeva tuule koosmõjul on veise- või lambakarjal karvkattest vähe kasu. Keiserpingviinid Antarktikas kogunevad külma ja tuule üleelamiseks tihedalt kobaratesse, kus pidevalt vahetatakse välimisi pingviine välja sisemiste vastu. See aitab soojuse kadu vähendada kuni 50%. Lisaks jahutavale toimele kanduvad tuulega paremini kaasa ka lõhnad ja helid. Ülestuult asuvat saaklooma või kiskjat on parem haista ja kuulda ning allatuult halvem. Näiteks vapiti ehk kanada hirv võib vastutuult asuvat kiskjat haista juba 800 meetri kauguselt.