Väder

Väder är tillståndet eller en växling i tillstånd i en atmosfär vid ett givet tillfälle eller under en kortare tidsrymd. Speciellt avses de tillstånd som påverkar människor och andra levande organismer. Exempel på sådana tillstånd är temperatur, nederbörd, vind och åska. Exempel på väder i meningen växlingar i tillståndet är uppklarnande (minskad molnighet) och varannandagsväder (när vädret växlar mellan två olika lägen för varje dag). Vanligtvis avser man jordens väder, det vill säga tillståndet i jordens atmosfär, men det finns även väder på andra planeter med atmosfär. Läran om väder kallas meteorologi.

Väder avser tillstånd, eller aktiviteten hos fenomen, under korta tidsperioder (timmar eller dagar). Väderlek avser vädret under ett par dagar upp till två veckor. Gränsen mellan väder och väderlek är varierande. Väderlek omfattar den tid över vilken de flesta prognoser om vädret ställs. Klimat avser statistiska egenskaper hos vädret över längre tidsperioder. Enkelt uttryckt kan man säga att klimat är vädrets historia.

Tidigare hade ordet väder i svenskan en starkare koppling till luft och vind. Denna betydelse lever kvar i ord som väderstreck (vindriktning, efter ordet streck), väderkvarn, yrväder och munväder (luft fylld av prat). Ordet har senare kommit att omfatta även andra fenomen i atomsfären och fått den betydelse den har idag.

Viktiga tillstånd i atmosfären

Följande avsnitt täcker in de viktigaste tillstånden i atmosfären som utgör väder.

Strålning

Den elektromagnetiska strålningen från solen, solstrålningen, brukar benämnas kortvågig strålning inom meteorologin och har på jordytan en våglängd i intervallet 0,29-3 µm. Den sammanlagda solstrålningen, direkt eller diffus, som träffar en yta, benämns globalstrålning och kan mätas med en så kallad pyranometer. Variationer i solstrålningens intensitet beror bland annat på molnighet och solstrålarnas vinkel mot jordytan på den aktuella platsen och vid den aktuella tiden.

Även jorden strålar och ger upphov till så kallad terrest strålning, vilket huvudsakligen är strålning med våglängder i intervallet 3-100 µm. Det finns även en infallande strålning i samma våglängdsområde. Detta område benämns i meteorologin som långvågig strålning och mäts med en så kallad pyrgeometer. Den långvågiga strålningen varierar inte mellan dag och natt eller mellan olika årstider. Däremot finns en variation beroende på molnigheten, med förhållandet att molnighet ger högre långvågig strålning jämfört med klart väder.

Strålning är extremt viktig för mänskligheten ur många aspekter. Exempelvis för den energi vi får genom solstrålningen, som förutsättning för fotosyntesen samt för det ljus som den ger, vilket gör att vi kan uppfatta omgivningen.

Temperatur

Atmosfärens temperatur (på jorden: lufttemperaturen) är ett av de mest studerade och omtalade väderfenomenen. Temperatur är ett mått på rörelserna hos molekylerna och den styrs till stor del av solstrålningen. Vår upplevelse av värme och kyla beror dock inte enbart på temperaturen, utan även av vindens kyleffekt samt strålning och luftfuktighet.

Förutom solstrålning varierar temperaturen med höjd över havet. På högre höjd är lufttrycket lägre vilket leder till fallande temperatur. Å andra sidan kan det även vara kallare i svackor, vilket beror på att den tyngre kallare luften "rinner ner" och samlas i svackan. En annan faktor som påverkar temperaturen är närheten till hav, som har en utjämnande verkan på temperaturen. Även vinden kan påverka temperaturen genom att den kan förflytta kall eller varm luft.

Tryck

Trycket i atmosfären (på jorden: lufttrycket) är tyngden per ytenhet av de gaser som finns i den tänkta pelaren ovanför ytan. Trycket mäts med en barometer och inom meteorologin används vanligen enheten hPa. Medellufttrycket på jorden vid havsnivån är 1013,2 hPa. Trycket minskar med höjden över havet eftersom mängden luft ovanför minskar. Lufttrycket är dock inte konstant vid en viss höjd över havet, utan beror i hög grad på förekomsten av högtrycksområden respektive lågtrycksområden som bildas av uppvärmning av atmosfären från solstrålningen.

Vind

Människan har utnyttjat vinden i långa tider. Här en väderkvarn i Sønderho, Fanø, Danmark.

Vind är storskaliga rörelser i atmosfären. Vindar skapas av horisontella skillnader i atmosfärstrycket och kan röra sig i alla riktningar - horisontellt, vertikalt och i virvlar. På jorden har för trakten typiska och årligen återkommande vindar av speciell typ har ofta givits speciella namn, som exempelvis Harmattan, Monsun och Sirocco. Vindhastigheten mäts med en anemometer och anges vanligen i meter per sekund (m/s). Vindstyrka mäter vindens effekter snarare än den aktuella vindhastigheten och kan anges enligt Beauforts skala. Vindriktning mäts med en vindflöjel. Enkel vindmätning kan även ske med en vindstrut som snabbt ger en känsla för vindhastighet och vindriktning.

Vinden har en utjämnande verkan både på tryck och temperatur. Vinden är intressant för möjligheten att utvinna energi ur vindkraften genom exempelvis väderkvarnar och vindkraftverk. Kraftiga vindar kan vara förödande genom stormar, orkaner och intensiva virvelvindar, tromber.

Fuktighet

Fuktighet är ett mått på mängden eller andelen vattenånga som finns i atmosfären. Fuktigheten kan anges antingen som absolut eller relativ fuktighet. När det gäller absolut fuktighet, anges den faktiska mängden vattenånga i exempelvis g/m³. Relativ fuktighet anges andelen vattenånga i förhållande till den maximalt möjliga ångmängden vid aktuell temperatur, i procent. Den maximala mängden vattenånga som luften kan innehålla (100% relativ luftfuktighet) beror på temperaturen. Exempelvis vid +14 grader Celsius är det 12 g/m³ men vid +24 grader är det 22 g/m³. För att mäta fuktigheten används en hygrometer eller en psykrometer.

På jorden skapas luftfuktigheten genom direkt avdunstning från bland annat vattensamlingar, is och marken. Detta kallas för evaporation. Växter avger även vattenånga genom transpiration.

Moln

Moln är iakttagbara ansamlingar av mycket små vattendroppar eller iskristaller i jordens eller någon annan himlakropps atmosfär. Dimma är moln som når markytan och där sikten är mindre än 1 kilometer. Är sikten mellan 1 kilometer och 1 mil talar man istället om (fukt)dis.

Moln kan förekomma i många olika former och även färger. Det finns ett klassificeringssytem som delar upp moln beroende på höjdläge och utseende.

Molnigheten är intressant för människor då den begränsar solstrålningen på marken och leder ibland till nederbörd. Dimma har alltid utgjort problem för människor i trafik både till sjöss och på land.

Nederbörd

Vid låga temperaturer kan fukt i luften kristalliseras på marken och föremål, sk dimfrost. Dimfrost på tältstag vid Pårteobservatoriet.

Nederbörd är ett meteorologiskt samlingsnamn för olika former av materia som faller från himlen. På jorden är det framförallt nerfall av vatten som avses. Vattennederbörd förekommer bland annat i form av regn, snö och hagel. Ofta anges mängden nederbörd i millimeter, vilket då syftar till hur högt vattnet (i flytande form) skulle nå ovan marken ifall det inte sjönk undan. 1 millimeter nederbörd är samma sak som 1 liter/m². För att nederbörd ska bildas krävs luftfuktighet, kondensationskärnor och avkylning. Tre viktiga typer av nederbörd är orografisk nederbörd, frontal nederbörd och konvektiv nederbörd.

På andra planeter förekommer nederbörd av annan materia än vatten. Exempelvis tror man att det regnar metan på Titan.

Nederbörden på jorden har avgörande inflytande på allt levande då den har stor betydelse för tillgången av vatten. Samtidigt som regn ibland kan rädda en gröda, kan den en annan gång vara helt förödande. Att prognosticera nederbörd och tekniska hjälpmedel för att styra vattentillgång har blivit mycket viktigt.

Åska

Åska är ljudet från blixtar som är elektriska urladdningar i atmosfären. Dessa elektriska urladdningar alstrar mycket stor värme under bråkdelar av en sekund. Denna värme gör att luftens molekyler sätts i rörelse. Detta upplever vi som åskans karakteristiska ljud (Åskknallar, åskdunder, åskmuller). Åska förekommer ofta i samband med cumulonimbusmoln.

Blixtar kan leda till bränder och kan vid direkt träff vara dödande för människor.

Ovanliga väderfenomen

Bland ovanligare väderfenomen finns bland annat stoftvirvlar, tromber, S:t Elmseld, halofenomen och fata morgana.

Grundläggande mekanism

Det är solens strålar som skapar väder.

Allt väder skapas av solens strålning. Det gäller jorden såväl som andra planeter och månar i solsystemet med atmosfär. Grunden är de temperaturskillnader som uppstår genom att solen värmer upp vissa platser mer än andra. Vädret påverkas sedan av andra faktorer, som exempelvis ytbeskaffenhet på himlakroppens yta eller Corioliskraften.

Vädersystem har olika storlek och man brukar dela in dem i tre storlekar. Planetära vädersystem uppstår genom att vissa områden på den aktuella himlakroppen får mer solenergi per ytenhet än andra. På jorden gäller det förhållande för områden nära ekvatorn jämför med områden närmare polerna. Exempel på vädersystem i denna skala är monsun och passadvindar. Hadleycellerna är också inblandade i dessa planetära vädersystem.

Till storskaliga vädersystem hör högtrycks- och lågtryckssystem. En skillnad i temperatur leder till tryckskillnader. En varm yta värmer luften ovanför den, varvid luften utvidgas och stiger, vilket leder till att lufttrycket just där minskar. På andra närliggande, kallare platser är lufttrycket större och från dessa platser strömmar luften mot det lägre trycket och en vind uppstår. En så kallad lufttrycksgradient beskriver mot vilken riktning och i vilken takt lufttrycket skiljer sig mest och det är längs denna gradient som vinden blåser. Rotationen hos en planet medför skapandet av en storskalig vindrotation av på grund av Corioliskraften.

I den minsta skalan, så kallade mesoskaliga vädersystem, beror vädret framförallt på olika ytunderlag på olika ställen på den aktuella planeten. Det kan till exempel vara hav, skogar, islandskap och städer som har olika fysiska egenskaper, som reflektionsförmåga (albedo), jämnhet eller fuktinnehåll, och därför fångar in olika mycket solenergi. Väder i denna skala inkluderar sjöbris och åska.

På jorden ger den stora temperaturkontrasten mellan polerna och luften närmare ekvatorn på jorden upphov till jetströmmarna. Vädret mellan latitud 10-70 styrs mycket av instabiliteten hos jetströmmarna och beror på så kallad baroklinisk instabilitet.

På grund av vinkeln mellan jordens rotationsaxel och en linje vinkelrät mot jordbanans plan, den så kallade axellutningen eller oblikviteten, träffar solstrålarna jordytan med olika vinkel på olika tider av året. I juni är axeln lutad mot solen på norra halvklotet, vilket gör att solstrålarna träffar jordytan mer direkt än i december. Detta orsakar årstider. De så kallade Milankovic-cyklerna bestämmer hur solenergin träffar olika delar av jorden över långa tidsrymder, vilket påverkar klimatet.

Solen styr även indirekt nederbörden. Om luften värms upp över vatten så att även vattnet blir uppvärmt, börjar vattnet stiga som ånga. När ångan nått en höjd där den kan kondenseras bildas moln. Molnen blir alltmer mättade med ånga. Till slut måste de tömmas på vatten, vilket når jordytan i olika nederbördsformer beroende på den lokala temperaturen.

Väderobservationer

En mätstation för mätning av vädervariabler.

Vädret kan observeras mer eller mindre vetenskapligt. Vid väderobservationer används väderstationer där värdena hos ett antal vädervariabler noteras. De vanligaste vädervariablerna är

Det är även vanligt att väderobservationer inkluderar tillstånd i havet som exempelvis

Standardiserade sätt att rapportera väderobservationer är bland annat SYNOP och METAR.

Vädret på planeten Jorden

På jorden förekommer väderfenomen som vind, moln, regn, snö, dimma och sandstormar. Vädret ansvarar även för naturkatastrofer som tromber eller tropiska cykloner. Nästan all väderfenomen sker i troposfären. Det förekommer även väder i stratosfären som kan påverka vädret i troposfären, men man har inte så mycket kunskaper om dessa mekanismer ännu.

Jordens atmosfär är ett kaotiskt system, där en liten ändring i en del av systemet kan med tiden leda till stora effekter på systemet som helhet. Detta brukas kallas fjärilseffekten, vilket anspelar på idén att en fjärils fladdrande på en plats kan leda till en orkan någon annanstans på Jorden. Att atmosfären utgör ett kaotiskt system gör det svårt att göra noggranna prediktioner av vädret mer än några dagar i förväg.

Påverkan på landskapet

Ett flertal väderfenomen kan leda till omformning av landskapet. Temperaturskillnader, nederbörd och vindnötning bidrar till vittring som bryter ner bergarter. Vittringen kan ske mekaniskt eller kemiskt. Vind och nederbörd kan även leda till erosion i vilket jord och berg förflyttas.

Påverkan på människans historia

Orkanen Katrina lade hela staden New Orleans under vatten.

Väder har spelat en stor och ibland avgörande roll i världens historia. Förutom klimatförändringar som drivit eller gett möjligheter för förflyttning av människogrupper (exempelvis ökenspridning i mellanöstern och skapandet av landtungor under istider) har extremt väder direkt inverkat på historiens gång. Exempelvis klarade sig Japan undan två invasionsförsök av stora flottor med mongoler ledda av Kublai Khan, år 1274 och 1281, då tropiska cykloner, kallade Kamikaze, förstörde stora delar av flottorna. Ett annat exempel är orkanen Katrina 2005 som lade hela staden New Orleans under vatten och tvingade samtliga invånare att tillfälligt fly staden.

Även om vädret drastiskt kan påverka människan, kan det även på verkan mänskligheten på enklare sätt. Exempelvis påverkas människans immunförsvar av extrem värme eller kyla.

Väderprognoser

Att göra väderleksprognoser innebär att man tillämpar vetenskaplig kunskap för att förutsäga atmosfärens tillstånd i framtiden. Innan man utvecklade vetenskapliga prognosmetoder fanns en utbredd användning av så kallade vädermärken för att förklara och förutsäga vädret i framtiden. Ett exempel är "Om Anders braskar ska julen slaska", vilket innebär att om det är kallt den 30 november, då Anders har namnsdag, så blir det varmt väder till jul. En del av dessa gamla vädermärken är sanna. Exempelvis har studier visat att cirka en av nio vädermärken i den svenska bondepraktikan är sanna. Idag görs väderprognoser genom att samla data som beskriver aktuellt tillstånd i atmosfären (särskilt temperatur, luftfuktighet och vind) och använder beräkningsvetenskap för att avgöra hur atmosfären väntas ändra sig. En stor svårighet med väderprognoser, särskilt långa sådana, är dess kaotiska egenskap, känd under namnet fjärilseffekten, vilket syftar på att en liten ändring (en fjärils vingslag i Mexiko) kan få mycket stora konsekvenser (en storm i södra Sverige). Man räknar med att det finns en teoretisk gräns på cirka två veckor, längre prognoser än så går inte att göra med någon större noggrannhet.

Människans förändring av vädret

Önskan att styra vädret har funnit länge hos människan. Regndans var en dansceremoni i syfte att frambringa regn och få en bra skörd. Varianter av regndanser har funnit i forntida Egypten såväl som hos indianerna. Operation "Popeye" var en försök från USA:s försvarsmakt under vietnamkriget att förlänga monsunen. Det mest lyckade försöket att påverka vädret har varit att sprida ämnen över moln för att frambringa regn. Man har bland annat använt silverjodid och torris. Försök har gjorts i USA, Kina och Ryssland, men det är oklart huruvida försöken varit lyckade eller ej. Andra försök till att styra vädret är bland annat att minska dimma (bland annat vid flygplatser), lindra orkaner och att minska nederbörd av hagel.

Dessa typer av väderförändringar är ett hot mot exempelvis olika ekosystem, naturresurser, matproduktion, ekonomisk utveckling och hälsa.

Väderextremer

På jorden varierar temperaturen vanligen mellan ±40 °C. Men spännvidden mellan olika klimat på jorden gör att det uppmätts extrema temperaturer långt utanför detta intervall. Högsta uppmätta temperatur i skuggan är 56,7 °C i Death Valley, USA 10 juli 1913. Det har uppmätts 57,8 °C i El Azizia, Libyen den 13 september 1922, men denna mätning anses ej vara pålitlig.

Lägsta uppmätta temperatur är -89,2 °C vid forskningsstationen Vostok, Antarktis den 21 juli 1983.

Högsta uppmätta lufttrycket på jorden är 1085,6 millibar i Tosontsengel–Khövsgöl-provinsen, Mongoliet den 19 december 2001. Lägsta uppmätta luftryck vid havsnivån är 870 millibar i ögat på tyfonen Tip väster om Guam, Stilla havet den 12 oktober 1979.

Högsta uppmätta vindhastighet alla kategorier är 480 km/h ± 32 km/h i en F5-tornado vid Oklahoma City, USA den 3 maj 1999.

Den största noterade nederbördsmängden under 24 timmar är 1 870 mm på ön Réunion i Indiska Oceanen den 17–18 mars 1952.

Utomjordiskt väder

Stora röda fläcken på Jupiter är ett väderfenomen i form av ett anticykloniskt stormsystem.

När man studerat vädret på andra planeter har det hjälpt att förstå hur vädret fungerar på jorden. Vädret på andra planeter följer samma fysikaliska principer som vädret på jorden, men sker i annan skala och i atmosfärer med annan kemisk sammansättning. Exempelvis har forskningsprojektet Cassini–Huygens har upptäckt att Titan har moln som bildats av metan eller etan och vars nederbörd består av flytande metan och andra kolföreningar. Jordens atmosfär består av sex latitudinella cirkulationceller, tre i varje hemisfär (se Hadleycell). Detta kan jämföras med Jupiters randiga utseende som avslöjar minst ett dussin celler. Titan har en enda cell som täcker hela dess yta och Venus verkar inte ha några celler alls.

Jupiters kända stora röda fläck är ett anticykloniskt stormsystem som bevisligen har existerat i över 300 år. På andra gasjättar medför avsaknaden av yta att vindarna kan uppnå enorma hastigheter. Vindbyar på upp emot 400 m/s har uppmätts på Neptunus, vilket har förbryllat astronomer. Allt väder beror ursprungligen på solenergin, men mängden solenergi som når Neptunus är bara 1/900 av den som jorden tar emot. Ändå är intensiteten av detta väderfenomen mycket större än på jorden. Den högsta kända vindhastigheten på en planet finns på HD 189733b, som ej ligger i solsystemet. Här tror man det finns en östlig vind på mer än 2.500 m/s.

