Cơn gió

Gió hay còn gọi là phong (Chữ Hán: 风, Tiếng Anh: wind) là những luồng không khí di chuyển trên quy mô rộng lớn. Trên bề mặt Trái Đất, gió là những khối không khí lớn đang di chuyển. Trong không gian vũ trụ, gió Mặt Trời là sự di chuyển của khí và các hạt tích điện từ Mặt Trời vào không gian, trong khi gió lưu vực là sự thoát khí của các nguyên tố nhẹ từ bầu khí quyển của hành tinh ra ngoài không gian. Gió được phân loại dựa trên quy mô không gian, tốc độ, lực tạo ra gió, khu vực gió xảy ra và tác động của chúng. Những cơn gió mạnh nhất trong hệ mặt trời được quan sát trên Sao Hải Vương và Sao Thổ. Gió có nhiều khía cạnh khác nhau, như tốc độ gió, áp suất dòng khí và tổng năng lượng gió.

Trong khí tượng học, cơn gió thường được đặt tên theo sức mạnh và hướng của nó. Sự tăng tốc đột ngột của gió gọi là cơn gió mạnh. Sự tăng tốc kéo dài (khoảng một phút) của gió mạnh được gọi là gió giật. Những cơn gió kéo dài hơn có các tên khác nhau kết hợp với tốc độ trung bình của gió, như gió nhẹ, gió mạnh, bão, xoáy thuận nhiệt đới và bão cuồng phong. Gió xuất hiện trên nhiều phạm vi khác nhau, từ cơn bão kéo dài hàng chục phút đến gió địa phương do sự nung nóng của mặt đất kéo dài vài giờ, và gió toàn cầu do sự khác biệt trong hấp thụ năng lượng mặt trời giữa các vùng khí hậu. Hai nguyên nhân chính của gió hoàn lưu khí quyển quy mô lớn là sự chênh lệch nhiệt độ giữa xích đạo và các cực, cùng với vòng quay của Trái Đất (hiệu ứng Coriolis). Trong vùng nhiệt đới, hoàn lưu nhiệt thấp trên đồng bằng và cao nguyên có thể tạo ra gió mùa. Ở các khu vực ven biển, chu kỳ gió từ biển vào đất liền và ngược lại có thể coi là gió địa phương; ở các khu vực có địa hình biến động, gió núi và gió thung lũng là các gió địa phương.

Trong nền văn minh nhân loại, gió đã truyền cảm hứng cho thần thoại, ảnh hưởng đến sự kiện lịch sử, mở rộng phạm vi của giao thông và chiến tranh, và cung cấp nguồn năng lượng cho cơ khí, điện và giải trí. Gió đã cung cấp năng lượng cho các tàu thuyền di chuyển trên đại dương của Trái Đất. Khí cầu khí nóng sử dụng gió cho các chuyến đi ngắn, và các chuyến bay tự động sử dụng gió để tăng lực nâng và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Các vùng gió giật gây ra bởi các hiện tượng thời tiết khác nhau có thể tạo ra tình huống nguy hiểm cho máy bay. Khi gió trở nên mạnh, cây xanh và công trình nhân tạo có thể bị hư hại hoặc phá hủy.

Gió có khả năng tạo hình cho địa hình qua các quá trình trầm tích gió như hình thành các loại đất màu mỡ như đất phù sa, cũng như sự xói mòn đất. Gió có thể di chuyển bụi từ các sa mạc lớn một khoảng cách rất xa từ nơi xuất phát; 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 phần khác nhau của thế giới do tác động đáng kể của chúng ở 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, hỗ trợ sự tồn tại và phát tán của các loài cây cũng như các côn trùng bay. Khi kết hợp với không khí lạnh, gió có thể gây tác động tiêu cực đối với vật nuôi. Gió ảnh hưởng đến thực phẩm dự trữ của động vật, cũng như phương thức săn bắn và chiến lược phòng thủ của chúng.

Nguyên nhân hình thành

Gió hình thành do sự chênh lệch áp suất khí quyển. Khi có sự khác biệt về áp suất khí quyển, không khí di chuyển từ khu vực áp suất cao đến khu vực áp suất thấp hơn, tạo ra những cơn gió với tốc độ khác nhau. Trên hành tinh đang quay, không khí bị lệch hướng bởi hiệu ứng Coriolis, trừ ở xích đạo. Toàn cầu, hai yếu tố chính thúc đẩy mô hình gió quy mô lớn (hoàn lưu khí quyển) là sự khác biệt nhiệt độ giữa xích đạo và các cực (do sự khác biệt trong hấp thụ năng lượng mặt trời) và sự quay của hành tinh. Ngoài các vùng nhiệt đới và ở độ cao, gió quy mô lớn thường đạt cân bằng. Gần bề mặt Trái Đất, ma sát làm giảm tốc độ gió. Ma sát bề mặt cũng gây ra những cơn gió thổi vào các khu vực áp suất thấp nhiều hơn. Một lý thuyết mới gây tranh cãi cho rằng gradient khí quyển do sự ngưng tụ nước từ rừng tạo ra chu kỳ phản hồi tích cực khi rừng hút không khí ẩm từ biển.

Gió được xác định thông qua điểm cân bằng lực lượng vật lý trong phân tích cấu trúc gió. Điều này rất hữu ích để đơn giản hóa các phương trình chuyển động của khí quyển và để đối chiếu định lượng về sự phân bố gió theo chiều ngang và dọc. Các thành phần gió geostrophic là kết quả của sự cân bằng giữa lực Coriolis và lực chênh áp. Chúng chảy song song với đường đẳng áp và gần giống với dòng chảy ở lớp biên khí quyển ở vĩ độ trung bình. Gió nhiệt là sự khác biệt trong gió geostrophic giữa hai mức áp suất trong khí quyển, tồn tại trong khí quyển với gradient nhiệt độ nằm ngang. Các thành phần gió không phải geostrophic là sự khác biệt giữa gió thực tế và gió geostrophic, chịu trách nhiệm cho sự “lấp đầy” không khí bằng các lốc xoáy theo thời gian. Gió gradient tương tự như gió geostrophic nhưng bao gồm cả lực ly tâm (hoặc gia tốc hướng tâm).

Phương pháp đo lường

Hướng gió thường được mô tả dựa trên điểm xuất phát của nó, ví dụ, một cơn gió bắc thổi từ bắc về nam. Dự báo thời tiết sử dụng các mũi tên để chỉ định hướng gió. Tại các sân bay, cờ gió được dùng để chỉ hướng và có thể ước lượng tốc độ gió qua góc nâng của cờ. Tốc độ gió được đo bằng phong tốc kế, với thiết bị phổ biến nhất là cốc xoay hoặc cánh quạt. Đối với các đo lường tần số cao như trong nghiên cứu, gió có thể được đo bằng tốc độ lan truyền của tín hiệu siêu âm hoặc ảnh hưởng của gió lên điện trở của một dây kim loại nung nóng. Một loại máy đo gió sử dụng ống Pitot khai thác sự khác biệt áp suất giữa ống bên trong và bên ngoài tiếp xúc với gió để xác định áp lực động, từ đó tính toán tốc độ gió.

Tốc độ gió toàn cầu được báo cáo ở độ cao 10 mét (33 ft) và tính trung bình trong 10 phút. Ở Hoa Kỳ, gió được báo cáo trong khoảng thời gian 1 phút với các xoáy thuận nhiệt đới và trung bình 2 phút trong các quan sát thời tiết. Ở Ấn Độ, gió được báo cáo trung bình trong 3 phút. Khoảng thời gian trung bình lấy mẫu gió rất quan trọng vì tốc độ của gió duy trì trong một phút thường cao hơn 14% so với gió duy trì trong mười phút. Một cơn gió mạnh ngắn gọi là gust, với định nghĩa kỹ thuật là: tốc độ gió cao nhất vượt quá tốc độ gió thấp nhất đo được trong 10 phút khoảng 10 nút (19 km/h). Một squall là cơn gió có tốc độ gió tăng gấp đôi so với ngưỡng nhất định, kéo dài ít nhất một phút.

Để xác định gió ở độ cao, các thiết bị đo gió sử dụng GPS, điều hướng radio hoặc định vị radar. Có thể theo dõi chuyển động của bóng thám không từ mặt đất bằng máy kinh vĩ. Các kỹ thuật viễn thám gió như SODAR, Doppler Lidar và radar có thể đo sự dịch chuyển Doppler của bức xạ điện từ bị phân tán hoặc phản xạ từ các sol khí hay phân tử lơ lửng. Máy đo bức xạ kết hợp với radar cũng có thể đo độ nhám bề mặt của đại dương từ không gian hoặc máy bay. Hình ảnh vệ tinh địa tĩnh có thể được sử dụng để ước lượng gió trong toàn bộ bầu khí quyển dựa trên sự di chuyển của các đám mây từ hình ảnh này sang hình ảnh tiếp theo. Kỹ thuật gió là ngành nghiên cứu ảnh hưởng của gió đến môi trường xây dựng như tòa nhà, cầu và các cấu trúc nhân tạo khác.

Thang đo cường độ gió

Thang đo Beaufort

Thang đo sức gió Beaufort, được phát triển bởi Francis Beaufort, cung cấp các mô tả thực nghiệm về tốc độ gió dựa trên quan sát các điều kiện biển. Ban đầu, thang này có 13 mức nhưng đã được mở rộng thành 17 mức vào những năm 1940. Thang đo sử dụng các thuật ngữ phổ biến để phân loại gió theo tốc độ trung bình, như gió nhẹ, gió mạnh, gió bão, và gió bão cực mạnh. Trong thang Beaufort, gió mạnh được định nghĩa trong khoảng từ 28 hải lý/giờ (52 km/h) đến 55 hải lý/giờ (102 km/h), với các mức độ như gió mạnh trung bình, gió mạnh hơn, và gió rất mạnh. Một cơn bão được xác định có gió từ 56 hải lý/giờ (104 km/h) đến 63 hải lý/giờ (117 km/h). Thuật ngữ khí xoáy thuận nhiệt đới có thể có ý nghĩa khác nhau tùy theo từng khu vực. Đa số các khu vực đại dương sử dụng tốc độ gió trung bình để phân loại khí xoáy thuận nhiệt đới. Dưới đây là bảng phân loại do các Trung tâm Khí hậu học chuyên môn hóa theo vùng trên toàn cầu cung cấp:

Thang đo Fujita cải tiến

Thang đo Fujita cải tiến (EF) đánh giá cường độ của lốc xoáy tại Hoa Kỳ dựa trên mức độ phá hủy mà lốc xoáy gây ra, chia thành 6 cấp:

Mô hình trạm quan trắc

Mô hình trạm quan trắc được thể hiện trên bản đồ thời tiết bằng thanh gió, giúp diễn tả cả hướng lẫn tốc độ gió. Tốc độ gió được biểu thị qua các 'cờ' ở cuối thanh.

• Nửa cái cờ biểu thị gió 5 hải lý mỗi giờ (9,3 km/h).
• Một cái cờ biểu thị gió 10 hải lý mỗi giờ (19 km/h).
• Mỗi hình tam giác biểu thị gió 50 hải lý mỗi giờ (93 km/h).

Gió được thể hiện thổi từ đầu của thanh gió vào trong. Ví dụ, một cơn gió đông bắc sẽ được biểu diễn bằng một đường thẳng với cờ chỉ tốc độ hướng về phía đông bắc. Khi đã được phác họa trên bản đồ, có thể phân tích đường đẳng lưu tốc (đường nối các điểm có cùng tốc độ gió). Đường đẳng lưu tốc rất hữu ích trong việc xác định vị trí của dòng phản lực trên đồ thị hằng số áp suất cao và thường có giá trị lớn hơn hoặc bằng 300 hPa.

Năng lượng gió

Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động. Động năng của một khối khí có khối lượng m với vận tốc v được tính bằng ½ m v. Để xác định khối lượng khí đi qua một diện tích A vuông góc với hướng chuyển động của nó, ta nhân thể tích khí qua diện tích đó sau thời gian t với khối lượng riêng của khí ρ, ta có m = A v t ρ. Như vậy, ta có thể tính tổng năng lượng gió:

$E=\frac{1}{2}\mathrm{\rho <!--\; \rho \; -->}A{v}^{3}t$

Khi đạo hàm theo thời gian để tìm tốc độ thay đổi của năng lượng, ta có tổng công suất gió được tính như sau:

$P=dE/dt=\frac{1}{2}\mathrm{\rho <!--\; \rho \; -->}A{v}^3$

Năng lượng gió do đó tỷ lệ thuận với vận tốc gió được nâng lên lũy thừa ba.

Công suất lý thuyết của turbine gió

Công suất gió tối đa chỉ có thể đạt được khi vận tốc gió giảm xuống bằng không. Tuy nhiên, trong thực tế, điều này không khả thi vì không khí vào turbine cũng cần phải thoát ra. Do đó, cần phải xem xét mối liên hệ giữa tốc độ gió vào và ra. Theo khái niệm ống dòng chảy, công suất gió tối đa mà turbine gió có thể thu được là 59% tổng công suất lý thuyết của gió (theo định luật Betz).

Công suất thực tế của turbine gió

Các tổn thất như ma sát và lực cản của rotor turbine, tổn thất từ hộp số, máy phát và biến áp làm giảm công suất tạo ra từ turbine gió. Tuy nhiên, mối liên hệ cơ bản rằng công suất của turbine tỷ lệ với lũy thừa ba của vận tốc gió vẫn giữ nguyên.

Khí hậu toàn cầu

Gió đông chiếm ưu thế tại các cực, trong khi gió tây chủ yếu thổi qua các vĩ độ trung bình, di chuyển về phía cực từ rãnh cận nhiệt đới. Ngược lại, gió đông chiếm ưu thế trong vùng nhiệt đới.

Dưới rãnh cận xích đạo là khu vực đới lặng gió cận xích đạo, hay vĩ độ ngựa, nơi gió thường yếu hơn. Nhiều sa mạc trên Trái Đất nằm gần các vĩ tuyến của rãnh cận nhiệt đới, nơi mà sự giảm nhiệt độ làm giảm độ ẩm của khí. Gió mạnh nhất thường xuất hiện ở các vĩ độ trung bình, nơi không khí lạnh từ cực gặp không khí ấm từ vùng nhiệt đới.

Gió nhiệt đới

Gió mậu dịch là loại gió đông đặc trưng tại vùng nhiệt đới gần xích đạo. Ở bán cầu bắc, gió mậu dịch thổi từ đông bắc, còn ở bán cầu nam, nó thổi từ đông nam. Gió mậu dịch đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng các xoáy thuận nhiệt đới trên các đại dương toàn cầu. Nó cũng vận chuyển bụi từ châu Phi qua Đại Tây Dương đến vùng Caribe và một số khu vực của đông nam Bắc Mỹ.

Gió mùa là loại gió theo mùa kéo dài vài tháng ở khu vực nhiệt đới. Trong tiếng Anh, thuật ngữ gió mùa là monsoon, được sử dụng lần đầu tiên ở Ấn Độ, Bangladesh, Pakistan và các nước lân cận để chỉ loại gió lớn theo mùa từ Ấn Độ Dương và biển Ả Rập thổi vào vùng tây nam, mang theo lượng mưa dồi dào. Sự phát triển của gió mùa về phía cực được thúc đẩy bởi sự chênh lệch nhiệt độ qua các lục địa như châu Á, châu Phi và Bắc Mỹ từ tháng 5 đến tháng 7, và qua Úc vào tháng 12.

Gió tây và ảnh hưởng của nó

Gió tây, hay còn gọi là gió tây chủ đạo, là loại gió phổ biến ở các vĩ độ trung bình từ 35 đến 65 độ vĩ. Loại gió này thổi từ tây sang đông và điều khiển các hệ thống khí xoáy ngoại nhiệt đới theo hướng này. Gió tây chủ yếu bắt nguồn từ phía tây nam ở bán cầu bắc và từ tây bắc ở bán cầu nam. Chúng mạnh nhất vào mùa đông khi áp suất tại các cực thấp, và yếu nhất vào mùa hè khi áp suất tại các cực cao hơn.

Kết hợp với gió mậu dịch, gió tây thuận lợi cho việc di chuyển hai chiều của các thuyền buồm thương mại qua Đại Tây Dương và Thái Bình Dương, nhờ vào sự phát triển của các dòng hải lưu mạnh mẽ ở phía tây các đại dương qua quá trình tăng cường phía tây. Những dòng hải lưu này vận chuyển nước ấm từ khu vực cận nhiệt đới đến các vùng cực. Ở Nam bán cầu, nơi có ít đất đai hơn ở vĩ độ trung bình, gió tây thường rất mạnh và nằm trong khu vực được gọi là Roaring Forties, từ 40 đến 50 độ vĩ nam. Gió tây đóng vai trò quan trọng trong việc đưa nước ấm từ vùng xích đạo đến các bờ biển phía tây của các lục địa, đặc biệt ở Nam bán cầu nhờ vào các đại dương rộng lớn.

Gió đông cực

Gió đông cực là loại gió chủ đạo, khô và lạnh, thổi từ các vùng áp suất cao tại các cực về phía các vùng áp suất thấp ở khu vực gió tây tại độ cao lớn. Khác với gió tây, gió đông cực thổi từ đông sang tây, thường yếu và không đều. Do góc của ánh sáng mặt trời thấp, khí lạnh tích tụ và lắng xuống tại cực, tạo ra các vùng áp suất cao trên bề mặt, từ đó khí chảy về phía xích đạo và bị lệch về phía tây do hiệu ứng Coriolis.

Đánh giá địa phương

Gió biển và gió đất

Tại các khu vực ven biển, gió biển và gió đất đóng vai trò quan trọng trong việc xác định gió chủ đạo. Biển nóng lên chậm hơn so với đất do nước có nhiệt dung riêng cao hơn. Khi bề mặt đất nóng lên, nó truyền nhiệt cho không khí phía trên, làm cho không khí ấm nổi lên vì nó nhẹ hơn so với không khí xung quanh. Điều này tạo ra sự chênh lệch áp suất khoảng 2 milibar từ đại dương đến đất liền. Không khí lạnh hơn trên biển, nơi có áp suất cao hơn (do không khí co lại khi nhiệt độ giảm) sẽ chảy vào đất liền nơi áp suất thấp hơn, tạo ra gió lạnh gần bờ biển. Khi gió lớn tạm ngừng, gió biển sẽ phụ thuộc vào sự khác biệt nhiệt độ giữa đất và biển. Nếu có gió ngoài khơi với tốc độ 8 hải lý/giờ (15 km/h), gió biển sẽ khó hình thành.

Vào ban đêm, đất nguội đi nhanh hơn so với đại dương vì sự khác biệt trong nhiệt dung riêng của chúng. Sự thay đổi này dẫn đến việc gió biển vào ban ngày mất đi nhiệt. Khi nhiệt độ ở bờ biển giảm xuống dưới mức của đại dương, áp suất trên mặt nước cao hơn áp suất trên đất, tạo ra gió đất, miễn là gió biển không đủ mạnh để đối kháng.

Ứng dụng của gió

Lịch sử

Gió, với vai trò là một yếu tố tự nhiên mạnh mẽ, thường được nhân hóa thành các vị thần hoặc mang những sức mạnh siêu nhiên trong nhiều nền văn hóa. Trong Hindu giáo, Vayu là thần gió. Các vị thần gió của Hy Lạp bao gồm Boreas, Notus, Eurus và Zephyrus. Aeolus là người cai quản bốn loại gió, và còn được gọi là Astraeus, thần bóng tối có bốn loại gió với Nữ thần bình minh. Người Hy Lạp cổ đại cũng quan sát sự thay đổi theo mùa của gió, điều này được chứng minh qua Tháp Gió ở Athens. Venti là thần gió trong thần thoại La Mã. Fūjin là thần gió trong văn hóa Nhật Bản, một trong những vị thần đạo lâu đời nhất, được cho là đã làm sạch thế giới sương mù bằng cách thả gió ra từ túi của mình khi thế giới mới hình thành. Trong thần thoại Bắc Âu, Njord là thần gió. Cũng có bốn dvärgar (người lùn Bắc Âu) là Norðri, Suðri, Austri và Vestri, và bốn con hươu của Yggdrasil, nhân hóa cho bốn loại gió, tương ứng với bốn thần gió của Hy Lạp. Stribog là thần gió, bầu trời và không khí trong thần thoại Slav, được coi là tổ tiên của gió theo tám hướng.

Giao thông vận tải

Dù có nhiều kiểu thuyền buồm khác nhau, chúng đều có những đặc điểm cơ bản chung. Trừ các thuyền rô tơ sử dụng hiệu ứng Magnus, mỗi thuyền buồm đều gồm một thân tàu, dây buồm và ít nhất một cột buồm để giữ buồm, chuyển hóa năng lượng gió thành lực đẩy cho thuyền. Các chuyến đi biển bằng thuyền buồm có thể kéo dài hàng tháng, với rủi ro phổ biến là thuyền bị dừng lại do thiếu gió hoặc bị cuốn trôi bởi bão lớn, khiến thuyền không thể đi theo hướng mong muốn. Bão lớn có thể dẫn đến đắm tàu hoặc mất lái. Thuyền buồm còn có khả năng chứa hàng hóa trong khoang, nên việc lên kế hoạch cho chuyến đi dài cần cẩn thận để chuẩn bị đủ thực phẩm và nước ngọt.

Đối với máy bay khí động lực học, gió ảnh hưởng lớn đến tốc độ máy bay trên đường băng. Với các phương tiện nhẹ hơn không khí, gió có thể đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và theo dõi mặt đất. Tốc độ gió bề mặt thường là yếu tố quyết định chính trong việc xác định hướng bay tại sân bay, và các đường băng thường được sắp xếp theo hướng gió phổ biến trong khu vực. Mặc dù cất cánh với gió xuôi có thể cần thiết trong một số tình huống, gió ngược thường là lý tưởng hơn, vì gió xuôi làm tăng khoảng cách cất cánh cần thiết và giảm hiệu suất tăng độ cao.

Năng lượng

Vào thời kỳ cổ đại, người Sinhala ở Anuradhapura và các khu vực khác quanh Sri Lanka đã tận dụng gió mùa để cung cấp năng lượng cho lò luyện kim từ khoảng năm 300 TCN. Những lò luyện kim này được xây dựng theo hướng gió mùa để khai thác sức mạnh của gió, nâng nhiệt độ bên trong lên đến 1.200°C (2.190°F). Một tài liệu lịch sử ghi nhận về một chiếc cối xay gió đơn giản dùng để cung cấp năng lượng cho đàn organ trong thế kỷ I. Cối xay gió thực sự đầu tiên được xây dựng tại Sistan, Afghanistan vào thế kỷ VII, với trục thẳng đứng và cánh quạt hình chữ nhật. Được làm từ sáu đến mười hai tấm buồm gắn trên chiếu sậy hoặc vật liệu vải, cối xay này được sử dụng để xay ngô, dẫn nước và phục vụ trong ngành công nghiệp bột và đường. Cối xay gió trục nang sau đó được sử dụng rộng rãi ở Bắc Âu từ những năm 1180, và nhiều cối xay gió Hà Lan vẫn còn tồn tại. Hiện nay, hơn 30 công ty toàn cầu tập trung vào việc sử dụng công nghệ năng lượng gió trên cao, thay vì các tháp gió gắn trên mặt đất. Gió cũng được sử dụng để tiết kiệm dầu bằng cách cung cấp năng lượng cho thuyền chở hàng thông qua sức gió của diều rất lớn.

Giải trí

Gió đóng vai trò quan trọng trong nhiều môn thể thao phổ biến, bao gồm diều lượn, bay khinh khí cầu, thả diều, bay diều tuyết, lướt ván diều, lướt sóng diều, dù lượn, đua thuyền buồm và lướt gió.

Gió đứt

Gió đứt (tiếng Anh: Wind shear) là sự chênh lệch về tốc độ và hướng gió trong một khoảng cách ngắn trong khí quyển. Gió đứt có thể được phân chia thành hai loại chính: gió đứt theo phương ngang và phương thẳng đứng. Gió đứt chiều dọc liên quan đến sự thay đổi về tốc độ hoặc hướng gió theo độ cao, trong khi gió đứt chiều ngang liên quan đến sự thay đổi tốc độ gió theo vị trí ngang ở một độ cao nhất định.

Gió đứt là một hiện tượng khí tượng xảy ra trên một phạm vi nhỏ, nhưng nó có thể kết hợp với các yếu tố thời tiết quy mô lớn như đường cơn gió mạnh hoặc frông lạnh. Thường được quan sát gần các hệ thống gió mạnh như downburst hoặc microburst do các cơn dông, frông, bão, khu vực có gió thấp địa phương, gần núi, hoặc từ các tòa nhà, tuabin gió và thuyền buồm. Gió đứt ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc điều khiển máy bay trong quá trình cất cánh và hạ cánh, là nguyên nhân chủ yếu của các vụ tai nạn máy bay ở Hoa Kỳ.

Sự chuyển động của âm thanh qua bầu khí quyển cũng bị ảnh hưởng bởi gió đứt, có thể làm cong mặt trước sóng âm, khiến âm thanh có thể nghe thấy ở những nơi bất thường. Gió đứt mạnh theo phương thẳng đứng trong tầng đối lưu có thể hạn chế sự phát triển của xoáy thuận nhiệt đới, nhưng cũng có thể tạo điều kiện cho các cơn dông sống lâu hơn, dẫn đến thời tiết khắc nghiệt. Khái niệm gió nhiệt giúp giải thích sự khác biệt về tốc độ gió ở các độ cao khác nhau, dựa trên sự phân bố nhiệt độ và sự tồn tại của dòng tia (jet stream).

Vai trò trong thế giới tự nhiên

Trong các khu vực khí hậu khô hạn, gió là tác nhân chính gây ra xói mòn.

Xói mòn

Xói mòn gió có thể xảy ra khi gió di chuyển vật liệu từ nơi này đến nơi khác. Có hai hiện tượng chính: đầu tiên, gió nâng các hạt nhỏ lên và thổi chúng đi, gọi là thổi mòn. Thứ hai, các hạt lơ lửng có thể va chạm vào các bề mặt cứng, gây ra xói mòn do bào mòn. Xói mòn gió thường xuất hiện ở những khu vực khô cằn, nơi thực vật hiếm hoặc không có. Ví dụ điển hình là sự hình thành đụn cát ở biển hoặc sa mạc. Hoàng thổ là một loại trầm tích đồng nhất, thường không phân tầng, nhẹ, hơi dính và có màu vàng nhạt. Nó thường lắng đọng thành lớp dày hàng chục mét, bao phủ hàng trăm kilômét vuông. Hoàng thổ thường tạo thành đất màu mở và có thể trở thành vùng đất nông nghiệp hiệu quả nếu điều kiện khí hậu thuận lợi. Tuy nhiên, hoàng thổ dễ bị xói mòn tự nhiên, do đó cần có biện pháp bảo vệ như trồng cây để ngăn ngừa xói mòn gió.

Dịch chuyển bụi sa mạc

Vào giữa mùa hè (tháng 7 ở bán cầu bắc), gió mậu dịch di chuyển về phía tây từ nam rãnh cận nhiệt đới, mở rộng từ vùng Caribbe đến đông nam Bắc Mỹ. Khi bụi từ Sahara di chuyển quanh rìa phía nam của rãnh trong vành đai gió mậu dịch, nó gây ra sự kìm hãm lượng mưa và làm bầu trời chuyển từ xanh sang trắng, dẫn đến những hoàng hôn đỏ rực hơn. Hiện tượng này làm giảm chất lượng không khí do sự gia tăng các hạt bụi trong không khí. Hơn 50% bụi châu Phi đến Hoa Kỳ ảnh hưởng chủ yếu đến Florida. Kể từ năm 1970, hiện tượng bụi này đã trở nên nghiêm trọng hơn do các đợt hạn hán ở châu Phi. Lượng bụi lớn liên tục di chuyển đến Caribbe và Florida qua các năm, và hiện tượng này đã góp phần làm giảm số lượng rạn san hô dọc theo các vùng này kể từ những năm 1970. Tương tự, các chùm bụi từ sa mạc Gobi kết hợp với các chất ô nhiễm, lan tỏa xa theo gió về hướng đông đến Bắc Mỹ.

Nhiều loại gió liên quan đến bão cát và bụi có tên gọi địa phương khác nhau. Gió Calima mang bụi từ gió đông nam đến quần đảo Canary. Gió Harmattan đưa bụi vào vịnh Guinea trong mùa đông. Gió Sirocco di chuyển bụi từ châu Phi đến nam Âu do xoáy thuận ngoài vùng nhiệt đới qua Địa Trung Hải. Hệ thống bão mùa xuân qua đông biển Địa Trung Hải mang bụi đến Ai Cập và bán đảo Ả Rập, được gọi là Khamsin. Gió Shamal, gây ra bởi frông lạnh, thổi bụi vào khí quyển, kéo dài vài ngày qua các quốc gia Vịnh Ba Tư.

Tác dụng vào thực vật

Gió phân tán hạt, hay còn gọi là sự phát tán thực vật nhờ gió, có thể diễn ra theo hai hình thức chính: hạt có thể bay lơ lửng trong gió hoặc bị ném xuống đất. Ví dụ điển hình của cơ chế này là bồ công anh (chi Địa đinh, họ Cúc), với mào lông gắn liền với hạt giúp nó bay xa, và cây phong (chi Phong, họ Bồ hòn), với hạt bị ném xuống mặt đất. Để phân tán gió hiệu quả, cần phải có số lượng hạt lớn để đảm bảo chúng rơi vào vị trí thích hợp để nảy mầm. Tuy nhiên, cơ chế phân tán này gặp giới hạn lớn, ví dụ như các loài thuộc họ Cúc trên đảo thường có khả năng phân tán kém hơn so với các loài trên đất liền (hạt lớn hơn và mào lông nhỏ hơn). Phân tán gió phổ biến ở nhiều loại thực vật cỏ dại hoặc cây mọc ở khu vực đổ nát. Một cơ chế phân tán gió không phổ biến là cây cỏ lăn. Ngoài ra, thụ phấn nhờ gió cũng là một quá trình liên quan, trong đó phấn hoa được phân tán bởi gió, và nhiều loài cây thực hiện thụ phấn theo cách này, đặc biệt khi nhiều cá thể cùng loài mọc gần nhau.

Gió có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của cây trồng. Tại các bờ biển và núi cô lập, cây cối thường thấp hơn so với cây ở những khu vực tương tự trên đất liền hoặc hệ thống núi lớn hơn, vì gió mạnh làm giảm sự phát triển của chúng. Gió mạnh có thể làm xói mòn lớp đất mỏng, phá hoại cành và nhánh cây, và làm đổ hoặc bật rễ cây, đặc biệt trên các sườn núi hướng gió, với các cây lớn hơn hoặc trên 75 năm tuổi thường bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Các giống cây gần biển như picea sitchensis và nho biển thường bị gió và muối biển xén.

Gió cũng có thể gây hư hại cho thực vật thông qua quá trình bào mòn cát. Gió mạnh có khả năng nâng cát và lớp đất mịn lên không khí với tốc độ từ 25 đến 40 dặm Anh mỗi giờ (40 đến 64 km/h). Cát gió thổi có thể làm tổn hại lớn cho cây trồng vì nó làm nứt tế bào thực vật, làm tăng nguy cơ bốc hơi và hạn hán. Các nhà khoa học tại Cục Nghiên cứu Nông nghiệp Hoa Kỳ đã sử dụng thiết bị phun cát để nghiên cứu ảnh hưởng của bào mòn cát đối với cây bông giống. Nghiên cứu cho thấy cây giống phản ứng với tổn hại từ bào mòn cát bằng cách chuyển năng lượng từ việc phát triển thân và rễ sang việc phục hồi các phần bị hư hại. Sau bốn tuần, sự phát triển của cây giống trở lại đồng nhất như trước khi bị bào mòn cát.

Tác dụng vào động vật

Gia súc và cừu rất dễ bị lạnh khi gió kết hợp với nhiệt độ thấp. Khi gió đạt tốc độ trên 40 km/h (25 mph), lớp lông và len của chúng trở nên kém hiệu quả trong việc giữ ấm. Mặc dù chim cánh cụt sử dụng cả lớp mỡ và lông để bảo vệ mình khỏi cái lạnh từ nước và không khí, chân chèo và chân của chúng không được bảo vệ tốt. Ở những khu vực cực lạnh như châu Nam Cực, cánh cụt hoàng đế phải rúc vào nhau để chịu đựng gió và lạnh, thường xuyên thay đổi vị trí của các thành viên bên ngoài nhóm để giảm thiểu sự mất nhiệt lên đến 50%. Côn trùng bay, thuộc nhóm Chân khớp, bị gió cuốn đi, trong khi chim lại có lợi từ gió, có thể bay hoặc lượn nhờ gió. Do đó, các mẫu hình trên radar thời tiết liên quan đến gió hội tụ thường phản ánh sự hiện diện của côn trùng. Chim di trú, thường bay qua đêm ở độ cao ít nhất 7.000 foot (2.100 m), có thể làm sai lệch dữ liệu radar thời tiết, đặc biệt là WSR-88D, tăng kết quả gió từ 15 đến 30 hải lý mỗi giờ (28 đến 56 km/h).

Âm thanh do gió tạo ra

Gió có khả năng tạo ra âm thanh. Khi không khí di chuyển, nó làm chuyển động các vật thể tự nhiên như lá cây hoặc cỏ. Khi những vật này va chạm với nhau, chúng phát ra âm thanh. Ngay cả gió nhẹ cũng có thể tạo ra tiếng ồn môi trường nhẹ. Gió mạnh hơn có thể tạo ra âm thanh với tần số khác nhau, thường là do gió thổi qua các khe hở hoặc các xoáy khí dưới vật thể. Trên các tòa nhà cao tầng, nhiều cấu trúc có thể tạo ra tiếng ồn khó chịu trong những điều kiện gió cụ thể, như ban công, lỗ thông gió, lỗ mái nhà hoặc dây cáp.

Những tác hại của gió

Gió có thể gây hại nghiêm trọng. Khi gió đạt cấp 7 hoặc cao hơn, những người đi bộ ngoài trời sẽ gặp khó khăn vì phải chống lại sức gió. Với gió từ cấp 9 trở lên, mái nhà có thể bị thổi bay. Đặc biệt, vòi rồng gây ra tác hại gấp nhiều lần, có thể làm hỏng nhà cửa, phá hủy giao thông và thậm chí gây nguy hiểm đến tính mạng, gây ra thiệt hại lớn.

Gió trong không gian

Gió Mặt Trời khác với gió trên Trái Đất, vì nó xuất phát từ Mặt Trời và bao gồm các hạt mang điện thoát ra từ khí quyển của Mặt Trời. Tương tự, gió hành tinh là kết quả của khí nhẹ thoát ra từ khí quyển của các hành tinh. Qua thời gian dài, gió hành tinh có thể làm thay đổi đáng kể thành phần khí quyển của các hành tinh.

Cơn gió mạnh nhất được ghi nhận đến từ đĩa bồi tụ của lỗ đen IGR J17091-3624, với tốc độ lên đến 20.000.000 dặm Anh mỗi giờ (32.000.000 km/h), tương đương khoảng 3% tốc độ ánh sáng.

Gió hành tinh

Gió thủy động lực học ở tầng trên của khí quyển hành tinh giúp các nguyên tố nhẹ như hiđrô di chuyển lên đến đáy tầng ngoài, nơi khí có thể đạt tốc độ thoát ly và đi vào không gian mà không ảnh hưởng đến các hạt khí khác. Hiện tượng khí mất vào không gian này gọi là gió hành tinh. Qua thời gian địa chất, quá trình này có thể biến các hành tinh nhiều nước như Trái Đất thành các hành tinh khô hơn như sao Kim. Hành tinh có khí quyển nóng hơn cũng có thể gia tăng tốc độ mất hiđrô.

Gió Mặt Trời

Khác với khí, gió Mặt Trời là dòng plasma mang điện phát ra từ lớp khí quyển trên của Mặt Trời với tốc độ 400 km/s (890.000 mph). Nó chủ yếu gồm các electron và proton với năng lượng khoảng 1 keV. Dòng hạt này thay đổi theo nhiệt độ và vận tốc theo thời gian. Các hạt này có thể thoát khỏi trọng lực của Mặt Trời, một phần nhờ nhiệt độ cao của vành nhật hoa và động năng cao mà chúng đạt được qua một quá trình chưa được hiểu rõ. Gió Mặt Trời tạo ra nhật quyển, một vùng bọt lớn trong không gian xung quanh Hệ Mặt Trời. Các hành tinh cần có từ trường mạnh để bảo vệ khí quyển của chúng khỏi sự ion hóa do gió Mặt Trời. Các hiện tượng khác do gió Mặt Trời gây ra bao gồm bão từ có thể làm hỏng lưới điện của Trái Đất, hiện tượng cực quang như Northern Lights, và đuôi plasma của sao chổi luôn chỉ về phía Mặt Trời.

Trên các hành tinh khác

Gió mạnh với tốc độ 300 km/h (190 mph) tại các đám mây cao trên sao Kim xoay quanh hành tinh này mỗi bốn đến năm ngày của Trái Đất. Khi các cực của sao Hỏa được ánh sáng Mặt Trời chiếu vào sau mùa đông, CO₂ đông lạnh thăng hoa, tạo ra gió mạnh có thể đạt tới 400 km/h (250 mph), vận chuyển bụi và hơi nước qua bề mặt hành tinh. Các loại gió khác trên sao Hỏa cũng gây ra hiện tượng dọn sạch và lốc cát.