Existencia de rachas de viento, ¿una anomalía?

Creo que la respuesta a esto se encuentra en la 'Teoría del Caos', que también puede describirse como dinámica no lineal.

Para dar un ejemplo de un sistema lineal simple, si desea viajar desde la costa oeste de los EE. UU. hasta la costa este de los EE. UU. en automóvil a una velocidad promedio de 60 millas por hora durante 12 horas al día, puede hacer una predicción de cuánto tiempo tomará el viaje. Si en cambio cuando se realiza el viaje promedias 55 o 65 millas por hora el tiempo de llegada cambiará un poco, pero no tanto.

En la dinámica no lineal, pequeños cambios pueden conducir a grandes cambios, incluso a un comportamiento completamente diferente. Así que considere, por ejemplo, el agua que fluye por un río. Si fluye lentamente, es razonablemente predecible cómo fluye, pero a medida que aumenta la tasa de flujo, puede haber 'turbulencias', se forman pequeños remolinos o 'remolinos' en el agua y el flujo se vuelve más complicado. Cuando un río fluye muy rápido, el flujo vuelve a cambiar.

Entonces, para volver a la pregunta, creo que el viento que sopla en ráfagas es un poco como el flujo turbulento de agua por un río. Si el viento es muy ligero, es posible que obtenga una brisa suave y constante, pero con vientos más fuertes, la forma en que fluye el aire puede ser más impredecible. Espero que esto sea útil.

Imagen de un remolino en un río

La termodinámica nos da información sobre lo que es posible y lo que no es posible. Por ejemplo, nos dice que una piedra no caerá hacia arriba y se precipitará hacia la cima de una montaña, pero si se empuja una piedra desde la cima de una montaña, podría rodar hacia abajo hasta el fondo. La termodinámica no nos dice nada acerca de cómo rodaría la piedra hacia abajo y si iría más rápido en un punto o más lento en otro. El progreso hacia abajo de la montaña, por supuesto, dependerá de muchos factores, como el camino que toma la piedra.

Primero elaboraré lo que no son ráfagas de viento, para aclaración mental:

La termodinámica, tal como la haya encontrado en un curso de física, es una teoría estática , a diferencia de las teorías dinámicas .
Más específicamente, lo que se enseña en la universidad suele ser termodinámica de equilibrio : calcula el estado de equilibrio de un sistema donde terminará, pero no tiene idea de cómo lo hará.

Ignorar la forma en que el sistema logra un estado de equilibrio está bien, por ejemplo, para gases que realizan trabajo en máquinas, ya que las escalas de tiempo de intercambio de energía microscópica son lo suficientemente pequeñas (o podría decir de manera equivalente:$dQ$es muy pequeño en comparación con otras formas de trabajo). De esta manera, puede describir un proceso dinámico como el trabajo adiabático con una teoría estática , por lo que, históricamente, los ingenieros tuvieron bastante suerte.

El trabajo al que se ha vinculado (termodinámica de la difusión) ahora seguramente utilizará conceptos de termodinámica de no equilibrio : cuando$dQ$no puede ser despreciado por más tiempo, pero aún es pequeño, puede aproximar el camino hacia el equilibrio con flujos de energía que son gradientes de las variables de equilibrio$F = c \nabla X$y con evolución lineal$\partial_t X = \nabla F$.

Sin embargo, si tenemos energía arbitraria y también flujos de impulso, la termodinámica de equilibrio ya no puede ayudarlo (afaik). Luego, la 'naturaleza' hará otras cosas, cosas que podemos entender con la teoría de la dinámica de fluidos, que tiene las ecuaciones de Navier-Stokes muy centrales para ellas.

El viento generalmente se genera por diferencias en el calentamiento, por lo que nuevamente tendremos flujos de energía y cantidad de movimiento. Entonces, refiriéndose a su pregunta, el viento es el intento de equilibrar la energía, pero con enormes diferencias de energía. En pequeñas diferencias, simplemente se difundiría.

Y las ráfagas de viento ahora son soluciones no lineales o 'caóticas' para las ecuaciones de fluidos (como señaló @tom).

Anexo: Después de leer un poco más el artículo de Wikipedia sobre termodinámica de no equilibrio, veo que hay una investigación considerable sobre cómo generalizar los fenómenos de no equilibrio con principios extremos. El principio extremo para la termodinámica del equilibrio es simplemente la minimización de la producción de entropía, pero aún no hay consenso sobre el resto.
Entonces, en realidad, su pregunta toca investigaciones teóricas realmente recientes.