Сила и направление ветра. Ветер, скорость, сила и направление

Перемещение воздуха над поверхностью Земли в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого.

Ветер характеризуется скоростью, силой и направлением .

Скорость и сила ветра

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду или в баллах (один балл приблизительно равен 2 м/с). Скорость зависит от барического градиента: чем больше барический градиент, тем выше скорость ветра.

От скорости зависит сила ветра (табл. 1). Чем больше разность между соседними участками земной поверхности, тем сильнее ветер.

Шкала Бофорта — условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море. Была разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 г. и сначала применялась только им самим. В 1874 г. Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в Международной синоптической практике. В последующие годы шкала менялась и уточнялась. Шкалой Бофорта широко пользуются в морской навигации.

Направление ветра

Направление ветра определяется по той стороне горизонта, с которой он дует, например, ветер, дующий с юга, — южный. Направление ветра зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли.

На климатической карте господствующие ветры показаны стрелками (рис. 1). Ветры, наблюдаемые у земной поверхности, очень разнообразны.

Вы уже знаете, что поверхность суши и воды нагревается по-разному. В летний день поверхность суши нагревается сильнее. От нагревания воздух над сушей расширяется и становится легче. Над водоемом в это время воздух холоднее и, следовательно, тяжелее. Если водоем сравнительно большой, в тихий жаркий летний день на берегу можно почувствовать легкий ветерок, дующий с воды, над которой выше, чем над сушей. Такой легкий ветерок называют дневным бризом (от франц. brise — легкий ветер) (рис. 2, а). Ночной бриз (рис. 2, б), наоборот, дует с суши, так как вода охлаждается гораздо медленнее и воздух над ней теплее. Бризы могут возникать и на опушке леса. Схема бризов представлена на рис. 3.

Рис. 1. Схема распределения господствующих ветров на земном шаре

Местные ветры могут возникать не только на побережье, но и в горах.

Фён — теплый и сухой ветер, дующий с гор в долину.

Бора — порывистый, холодный и сильный ветер, появляющийся, когда холодный воздух переваливает через невысокие хребты к теплому морю.

Муссон

Если бриз меняет направление два раза в сутки — днем и ночью, то сезонные ветры - муссоны — меняют свое направление два раза в год (рис. 4). Летом суша быстро прогревается, и давление воздуха над ее поверхностью надает. В это время более прохладный воздух начинает перемещаться на сушу. Зимой — все наоборот, поэтому муссон дует с суши на море. Со сменой зимнего муссона на летний происходит смена сухой малооблачной погоды на дождливую.

Действие муссонов сильно проявляется в восточных частях материков, где с ними соседствуют огромные пространства океанов, поэтому такие ветры часто приносят на материки обильные осадки.

Неодинаковый характер циркуляции атмосферы в разных районах земного шара определяет различия в причинах и характере муссонов. В результате различают внетропические и тропические муссоны.

Рис. 2. Бриз: а — дневной; б — ночной

Рис. 3. Схема бризов: а — днем; б — ночью

Рис. 4. Муссоны: а — летом; б — зимой

Внетропические муссоны — муссоны умеренных и полярных широт. Они образуются в результате сезонных колебаний давления над морем и сушей. Наиболее типичная зона их распространения — Дальний Восток, Северо-Восточный Китай, Корея, в меньшей степени — Япония и северо-восточное побережье Евразии.

Тропические муссоны — муссоны тропических широт. Они обусловлены сезонными различиями в нагревании и охлаждении Северного и Южного полушарий. В результате зоны давления смещаются по сезонам относительно экватора в то полушарие, в котором в данное время лето. Тропические муссоны наиболее типичны и устойчивы в северной части бассейна Индийского океана. Этому в немалой мере способствует сезонная смена режима атмосферного давления над Азиатским материком. С южноазиатскими муссонами связаны коренные особенности климата этого региона.

Образование тропических муссонов в других районах земного шара происходит менее характерно, когда более четко выражается один из них — зимний или летний муссон. Такие муссоны отмечаются в Тропической Африке, в северной Австралии и в приэкваториальных районах Южной Америки.

Постоянные ветры Земли - пассаты и западные ветры — зависят от положения поясов атмосферного давления. Так как в экваториальном поясе преобладает низкое давление, а близ 30° с. ш. и ю. ш. — высокое, у поверхности Земли в течение всего года ветры дуют от тридцатых широт к экватору. Это пассаты. Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии к западу и дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном они направлены с юго-востока на северо-запад.

От поясов высокого давления (25-30° с. ш. и ю. ш.) ветры дуют не только к экватору, но и в сторону полюсов, так как у 65° с. ш. и ю. ш. преобладает низкое давление. Однако вследствие вращения Земли они постепенно отклоняются к востоку и создают воздушные потоки, перемещающиеся с запада на восток. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры.

1. Скорость и направление ветра.

2. Силы, действующие на ветер. Теоретические виды ветра.

3. Режим ветра в РБ.

1. Скорость и направление ветра

Ветер – горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности.

В атмосфере наблюдаются движения различных масштабов – от десятков до сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, пассаты, муссоны). Воздушные течения направлены из областей высокого давления в сторону низкого давления. Отток воздуха идет до тех пор, пока не исчезнет разность давлений.

1.1. Скорость ветра

Ветер характеризуется вектором скорости. Скорость ветра можно измерять в различных единицах: в метрах в секунду (м/с), километрах в час (км/ч), узлах (морских милях в час), баллах. Различают сглаженную скорость ветра (за некоторый промежуток времени) и мгновенную.

У земли скорость средняя скорость ветра обычно составляет 5–10 м/с и редко превышает 12–15 м/с. В тропических ураганах она достигает до 60–65 м/с, в порывах – до 100 м/с; в смерчах и тромбах – 100 м/с и более. Максимальная измеренная скорость 87 м/с (Земля Адели, Антарктида).

Скорость ветра на большинстве метеостанций измеряют анемометры с вращающимися чашками, изобретенные в 1846 г. Кроме чашечных или крыльчатых анемометров оценить скорость ветра можно при помощи доски Вильда. Один из первых анемометров был изобретен в 1450 году итальянцем Леоном Альберти. Это был рычажный анемометр: ветер отталкивал шар или пластину в приборе, смещая их вдоль криволинейной шкалы с делениями. Чем сильнее ветер, тем сильнее смещался шар. Приборы для измерения скорости ветра устанавливаются на высоте 10–12 м.

1.2. Направление ветра

Направление ветра в метеорологии – направление, откуда он дует. Его можно указать, назвав точку горизонта, откуда дует ветер (т.е. румб) либо угол, который образует горизонтальный вектор скорости ветра с меридианом (т.е. азимут).

Направление ветра в высоких слоях атмосферы указывается в градусах, а в приземных – в румбах горизонта (рисунок 54). При наблюдениях направление ветра определяют по 16 румбам, но при обработке обычно результаты наблюдений сводят к 8 румбам.

Рисунок 54 – Румбы горизонта

Основные румбы (8): север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. Промежуточные румбы (8): северо-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юго-юго-восток, юго-юго-запад, запад-юго-запад, северо-северо-запад.

Международные названия румбов: север – N – норд; восток – Е – ост; юг – S – зюйд; запад – W – вест.

В некоторых местах ветры носят собственные имена по стороне, откуда они дуют. Пример: русский ветер – ветер из центральных областей Европейской России, на севере Европейской России – это южный ветер, в Сибири – западный, в Румынии – северо-восточный. В Прикаспии северный ветер называют Иван, а южный – Магомет.

Направление ветра определяется при помощи флюгера 1 (от голл.vleugel – крыло) – одного из старейших метеоприборов. Флюгер состоит из флюгарки и креста румбов. На метеостанциях часто устанавливают флюгер Вильда 2 . Состоит он из металлического флажка, вращающегося вокруг вертикальной оси над крестом румбов, и доски Вильда. В анемографах применяется колесо Салейрона – 2 мельнички, закрепленные на подвижной оси, и стрелка, указывающая направление ветра.

Так же как и для скорости, различают мгновенное и сглаженное направление ветра. Мгновенные направления ветра значительно колеблются около некоторого среднего (сглаженного) направления, которое определяется при наблюдениях по флюгеру. Однако и сглаженное направление ветра в каждом месте Земли непрерывно меняется, в различных местах в одно и то же время оно также различно. В одних местах ветры различных направлений имеют за длительное время почти равную повторяемость, в других – хорошо выраженное преобладание одних направлений ветра над другими в течение всего сезона или года. Это зависит от условий общей циркуляции атмосферы и отчасти от местных топографических условий.

При климатологической обработке наблюдений за ветром можно для каждого данного пункта построить диаграмму, представляющую собой распределение повторяемости направлений ветра по основным румбам, в виде так называемой розы ветров (рисунок 55).

Рисунок 55 – Повторяемость направления ветра в г. Бресте, % (роза ветров)

От начала полярных координат откладываются направления по румбам горизонта(8 или 16) отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Концы отрезков можно соединить ломаной линией. Повторяемость штилей указывается числом в центре диаграммы (в начале координат). Если от центра диаграммы отложить отрезки, пропорциональные средней скорости ветра, то получим розу средних скоростей ветра. При построении розы ветров можно учесть одновременно 2 параметра (перемножив повторяемость направлений ветра и среднюю скорость ветра по каждому направлению). Такая диаграмма будет отражать количество воздуха, переносимого ветрами разного направления.

Для представления на климатических картах направление ветра обобщают разными способами:

можно нанести на карту в разных местах розы ветров;

можно определить равнодействующую всех скоростей ветра (рассматриваемых как векторы) в данном месте за тот или иной календарный месяц в течение многолетнего периода и затем взять направление этой равнодействующей в качестве среднего направления ветра;

наносят преобладающее направление ветра. Для этого определяется квадрат с наибольшей повторяемостью, средняя линия квадрата и есть преобладающее направление.

Определить направление ветра и его силу - довольно стандартная задача в метеорологии. От этих параметров зависит ощущаемая температура воздуха, а также сама погода - ведь ветры переносят значительные воздушные массы. От можно часто услышать, что куда-то идут крупные циклоны или антициклоны из Арктики или, например, со стороны Атлантики. Ветер - это движение воздушных масс в нижних слоях атмосферы из области высокого в область низкого давления, так что от сильных различий показателя давления в близких областях зависит и сила ветра. Именно поэтому ураганы и тайфуны крайне редко возникают в глубине материка. А вот вблизи берега моря или океана - гораздо чаще. Штиль, то есть затишье, наблюдается там, где давление в смежных областях одинаково. Но такая ситуация не является очень частой.

Определять преобладающее направление ветра, а особенно его скорость и силу порывов, очень важно для авиадиспетчеров. При сильном ветре пилоту нужно будет делать на это поправку, а если ветер слишком сильный, возможно, даже придется отменить или отложить полет. То же самое и с кораблями. Даже на теплоходе сила и направление ветра имеют значение. Вот почему метеорологи фиксируют скорость и направление ветров с помощью специальных приборов, а потом даже составляют специальный график, розу ветров, иллюстрирующий, ветер какого направления является преобладающим в том или ином месте. Обычно роза ветров составляется по итогам года или еще более длительного периода. Например, преобладающее направление ветра в Москве за последние годы - юго-западное. То есть большую часть времени в году дует именно юго-западный или западный ветер.

Кстати, когда говорят про направление ветра, обозначение сторон света имеет особое значение. Если о ветре говорят, что он южный, значит, он дует с юга. Так, некоторая путаница возникает, когда люди видят направление стрелки слева направо и считают, что ветер восточный. Никакой ошибки нет! В деле определения ветров стрелки всегда указывают направление, а не куда. Почему так повелось, сказать затруднительно, так уж сложилось.

Так как же определить направление ветра? Легко! Человечество изобрело несколько приборов, позволяющих сделать это быстро: анемометр, используемый на судах, флюгер, который помогает определить направление и силу ветра даже в быту, а также специальные указатели ветра, которые часто можно увидеть в аэропортах: они выполнены в форме длинного оранжево-белого подобия сачка.

Обычно определяемая вместе с его направлением, часто обозначается в баллах или метрах в секунду. Иногда, когда точные цифры неважны, используются термины "умеренный", " слабый" и так далее.

Помимо всего прочего, бывают сезонные ветра, а также те, направление которых зависит от времени суток - обычно это наблюдается на побережье морей или других крупных водоемов. Речь идет о бризах и муссонах. Они оказывают серьезное воздействие на климат и погоду в городах и поселениях, расположенных не только вблизи крупных водоемов, но и в глубине материка.

Таким образом, направление ветра и его сила - это одни из основных погодных и климатических показателей, наряду с температурой, давлением и осадками.

1. Возникновение ветра. Воздух прозрачен и бесцветен, но все мы знаем, что он существует, так как чувствуем его дви­жение. Воздух всегда находится в движении. Его перемещение в горизонтальном направлении и называется ветром .

Причиной возникновения ветра является разница в атмосферном давлении над участками земной поверхности. Стоит давлению на каком-либо участке увеличить­ся или уменьшиться, как воздух устремля­ется от места большего давления в сторону меньшего. Существуют различные причины, из-за которых нарушается равно­весие атмосферного давления. Главная - не­одинаковое нагревание земной поверхности и различие температур на разных участках.

Рассмотрим это явление на примере ветра бриза, который образуется на берегу моря или крупного озера. На про­тяжении суток бриз дважды меняет свое направление. Проис­ходит это из-за разницы температуры и атмосферного давления над сушей и водной поверхностью днем и ночью. Суша, в отличие от моря, быстро нагревается днем и быстро остывает ночью. Днем на сушей пониженное давление, а над водной поверхностью повышенное, ночью – наоборот. Поэтому дневной бриз дует с моря (озера) на более теплую сушу, ночной - с более охлажденной суши на море (рис. 20). (Объясните образование ночного бриза.) Эти ветры охватывают сравнительно узкую полосу побережья.

2. Направление и скорость ветра. Сила ветра. Ветер характеризуется направлением и скоростью. Направление ветра определяется сто­роной горизонта, откуда он дует (рис. 21). (Как называется ветер, дующий на юг? на запад?) Скорость ветра зависит от атмосферного давления: чем больше разность давления, тем сильнее ветер. На этот показатель ветра влияет трение и плотность воздуха. На вершинах гор ветер усиливается. Любое препятствие (горные системы и горные хребты, здания, лесные полосы и др.) влияют на скорость и направления ветра. Обтекая препятствие, ветер перед ним ослабевает, но с боковых сторон усиливается. Значительно возрастает скорость ветра, например, между двумя близко расположенными горными хребтами. (Почему на открытой местности ветер сильнее, чем в лесу?)

Скорость ветра обычно измеряется в метрах в секунду (м/с). Силу ветра можно оценить по его воздействию на наземные предметы и море в баллах шкалы Бофорта (от 0 до 12 баллов) (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Шкала Бофорта для определения силы ветра

Вы уже знаете, что скорость и направление ветра устанавливают по флюгеру (рис. 22). Флюгер состоит из флюгарки, указателя сторон горизонта, металлической пластинки и дуги со штифтами. Флюгарка свободно вращается на вертикальной оси и устанавливается по ветру. По ней и указателю сторон горизонта определяется направление ветра. Скорость ветра устанавливается по отклонению металлической пластинки от вертикального положения до одного из штифтов дуги. Флюгер на метеорологических станциях устанавливается на высоте 10-12 м над земной поверхностью.

Для более точного измерения скорости ветра используют специальный прибор - анемометр (рис. 23).

Обычная скорость ветра у земной по­верхности составляет 4-8 м/с, и она ред­ко превышает 11 м/с (рис.24). Однако бывают ве­тры разрушительной силы - это штормы (скорость ветра более 18 м/с) и ураганы (более 29 м/с). Скорость ветра в тропиче­ских ураганах достигает 65 м/с, а при от­дельных порывах - даже до 100 м/с. Очень слабый ветер (со скоростью не более 0,5 м/с) или безветрие называется штилем. (При каких условиях наблюдается штиль?)

Скорость ветра, как и направление, постоянно меняется, как во времени, так и в пространстве. Характер движения воздуха можно увидеть, наблюдая за падением снежинок при ветре. Снежинки совершают беспорядочные движения: то взлетают вверх, то опускаются, то описывают сложные петли.

Наглядное представление о повто­ряемости ветров за определенное вре­мя (месяц, сезон, год) дает роза вет­ров (рис. 25). Строят ее следующим образом: проводят восемь главных направле­ний горизонта и на каждом по при­нятому масштабу откладывают повто­ряемость соответствующего ветра. Для этого берутся средние многолетние данные. Концы получен­ных отрезков соединяются. В центре (кружке) указывается по­вторяемость штилей.

? Проверь себя

Это интересно

Сильные ветры вызывают большое разрушение на суше и волнение на море. В мощных атмосферных вихрях (смерчах) скорость ветра достигает 100 м/с. Они поднимают и перемещают автомобили, здания, мосты. Особенно разрушительные смерчи (торнадо) наблюдаются в США (рис.26). Ежегодно отмечается от 450 до 1500 торнадо с числом жертв в среднем около 100 человек.

Под ветром обычно понимается продольное направленное движение атмосферных потоков. Это природное явление наблюдается на всех планетах, где имеется атмосфера, при этом направление атмосферных потоков может быть непредсказуемым. На Земле атмосфера относительно спокойна, поэтому принято отделять обычные ветра, продольно дующие вдоль поверхности, от таких явлений, как смерчи или вертикальные потоки.

Согласно современным метеорологическим стандартам, все земные подразделяются в зависимости от следующих параметров:

• масштаб и область распространения;
• сила и скорость;
• природа возникновения;
• продолжительность;

Образование атмосферных потоков, их масштаб

Первая важная характеристика — масштаб и сопряженная с ним область распространения (влияния) ветров. Существуют глобальные атмосферные потоки: муссоны, пассаты, восточные и западные ветра, полярные и субтропические атмосферные фронты. Они относятся к так называемым постоянным ветрам планеты и образуются в результате масштабных климатических смещений при смене времен года.

Локальные ветра образуются на фоне местных климатических особенностей — при перепаде температур, вдоль водоемов или горных хребтов. Самыми известными локальными ветрами являются бор, фён, бриз, суховей и множеству других атмосферных потоков, характерных для конкретной местности. Их возникновение обуславливается как межсезонные изменениями воздушных потоков, так и различными географическими особенностями.

Продолжительность — еще один параметр, характеризующий различные типы ветров. Выше были рассмотрены длительные ветра широкой области охвата, однако существуют и кратковременные ограниченные атмосферные возмущения. К ним относят различные локальные антициклоны и циклоны, грозы, смерчи, сезонные ветра и некоторые другие. Этот тип ветров — самый распространенный и непостоянные, они могут сформироваться в течение нескольких дней и столь же быстро угаснуть.

Влияние ветра на погодные условия

Атмосферные потоки — один из основополагающих природных факторов, который напрямую связан с большинством природных явлений. Циклоны и антициклоны, которые обуславливают локальные изменения климата, представляют собой локальные атмосферные образования. Они способны привести к резкой смене погоды, нехарактерной для определенного региона.

Другой пример влияния ветров на погоду — грозы и град. Именно под влиянием горячих восходящих ветров образуются сильные грозовые ветра, происходит электризация между молекулами воды. Согласно последним данным, все погодные явления подвержены влиянию атмосферных фронтов: в том числе, дожди, засухи, стихийные пожары, ураганы.

Кроме того, локальные ветра продуцируют такие явления, как турбулентность и обледенение, что обуславливает важность их изучения и своевременного отслеживания.

Скорость и сила ветра, шкала Бофорта

Рассматривая характеристики ветров, нельзя не коснуться их силы, которая находится в прямой зависимости от скорости. Она измеряется в метрах в секунду, при этом за итоговую скорость обычно принимают усредненное значение в пределах 10 минут непрерывного измерения. Рекордный показатель для нашей планеты был зафиксирован в 1996 году, в Австралии и составил около 113-115 м/с или примерно 410 километров в час. Самые сильные постоянные ветра дуют в Антарктиде: их скорость достигает отметки в 90м/с.

Так как скорость и сила ветра являются его основными потенциально опасными характеристиками, была разработана международная шкала классификации Бофорта. Она оценивает примерное влияние скорости ветра на строения, различные наземные сооружения, человека, природу и технику. В настоящее время принят стандарт шкалы с 12 баллами:

Следует учитывать, что в этой таблице указаны усредненные показатели скорости и примерные проявления, которые могут несколько отличаться от реальных.