Ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности, причем имеется в виду горизонтальная составляющая этого движения. Ветер характеризуется вектором скорости, но на практике под скоростью подразумевается только числовая величина скорости, направление вектора скорости называют направлением ветра. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в км в час и в узлах (морская миля в час). Чтобы перевести скорость из метров в секунду в узлы, достаточно умножить число метров в секунду на 2.
Существует еще одна оценка скорости или, как принято говорить в этом случае, силы ветра в баллах, шкала Бофорта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными эффектами, производимыми ветром разной скорости, такими, как степень волнения на море, качание ветвей деревьев, распространение дыма из труб. Каждая градация скорости ветра имеет определенное название (смотри таблицу с характеристиками ветра по шкале Бофорта).
Таблица 1. Характеристика скорости ветра по шкале Бофорта
| Скорость ветра | Внешние признаки | Характеристика ветра |
|
| Баллы | м/с |
||
| 0 | 0 - 0,5 | штиль | Полное отсутствие ветра. Дым поднимается отвесно. |
| 1 | 0,6 - 1,7 | тихий | Дым отклоняется от вертикального направления, позволяя определить направление ветра. Зажженная спичка не гаснет, но пламя заметно отклоняется |
| 2 | 1,8 - 3,3 | легкий | Движение воздуха можно определить лицом. Шелестят листья. Пламя зажженной спички быстро гаснет. |
| 3 | 3,4 - 5,2 | слабый | Заметно колебание листьев деревьев. Развеваются легкие флаги. |
| 4 | 5,3 - 7,4 | умеренный | Колеблются тонкие ветки. Поднимается пыль, клочки бумаги. |
| 5 | 7,5 - 9,8 | свежий | Колеблются большие ветки. На воде поднимаются волны. |
| 6 | 9,9 - 12,4 | сильный | Раскачиваются большие ветки. Гудят провода. |
| 7 | 12,5 - 19,2 | крепкий | Качаются стволы небольших деревьев. На водоемах пенятся волны. |
| 8 | 19,3 - 23,2 | буря | Ломаются ветви. Движение человека против ветра затруднено. Опасен для судов, буровых вышек и сходных сооружений. |
| 9 | 23,3 - 26,5 | сильная буря | Срываются домовые трубы и черепица с крыши, повреждаются легкие постройки. |
| 10 | 26,6 - 30,1 | полная буря | Деревья вырываются с корнем, происходят значительные разрушения легких построек. |
| 11 | 30,2 - 35,0 | шторм | Ветер производит большие разрушения легких построек. |
| 12 | больше 35 | ураган | Ветер производит огромные разрушения |
Для более полной оценки производимых сильными ветрами разрушений американской Национальной службой погоды шкала Бофорта была дополнена:
12.1 баллов, скорость ветра 35 - 42м/с. Сильный ветровал. Значительные разрушения легких деревянных построек. Валятся некоторые телеграфные столбы.
12.2. 42-49 м/с. Разрушаются до 50% легких деревянных построек, в прочих постройках - повреждения дверей, крыш, окон. Штормовой нагон воды на 1,6-2,4 м выше нормального уровня моря.
12.3. 49-58 м/с. Полное разрушение легких домов. В прочных постройках - большие повреждения. Штормовой нагон - на 1,5-3.5 м выше нормального уровня моря. Серьезное нагонное наводнение, повреждение зданий водой.
12.4. 58-70 м/с. Полный ветровал деревьев. Полное разрушение легких и сильное повреждение прочных построек. Штормовой нагон - на 3,5-5,5 м выше нормального уровня моря. Сильная абразия берегов. Сильные повреждения нижних этажей зданий водой.
12.5. более 70 м/с. Многие прочные постройки разрушаются ветром, при скорости 80-100 м/с - также каменные, при скорости 110 м/с - практически все. Штормовой нагон выше 5,5 м. Интенсивные разрушения наводнением.
Скорость ветра на метеостанциях измеряют анемометрами; если прибор самопишущий, то он называется анемографом. Анеморумбограф определяет не только скорость, но и направление ветра в режиме постоянной регистрации. Приборы для измерения скорости ветра устанавливают на высоте 10-15 м над поверхностью, и измеренный ими ветер называется ветром у земной поверхности.
Направление ветра определяют, назвав точку горизонта, откуда дует ветер или угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, откуда дует ветер, т.е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад и 8 промежуточных.
8 основных румбов направления имеют следующие сокращения (русские и международные): С-N, Ю-S, З-W, В-E, СЗ-NW, СВ-NE, ЮЗ-SW, ЮВ-SE.
Если направление ветра характеризуется углом, то отсчет ведется от севера по часовой стрелке. В этом случае, север будет соответствовать 0 0 (360), северо-восток - 45 0 , восток - 90 0 , юг - 180 0 , запад - 270 0 .
При климатологической обработке наблюдений над ветром строят для каждого пункта диаграмму, представляющую собой распределение повторяемости направлений ветра по основным румбам - «розу ветров».
От начала полярных координат откладывают направление по румбам горизонта отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Концы отрезков соединяются ломаной линией. Повторяемость штилей указывают числом в центре диаграммы. При построении розы ветров можно учесть и среднюю скорость ветра по каждому направлению, умножив на нее повторяемость данного направления, тогда график покажет в условных единицах количество воздуха, переносимого ветрами каждого направления.
Геострофический ветер. Градиентный ветер. Геотриптический ветер.
Ветер возникает в связи с неравномерным распределением атмосферного давления, т.е. с наличием горизонтальных разностей давления. Мерой неравномерности распределения давления является горизонтальный барический градиент. Воздух стремится двигаться по направлению этого градиента, получая при этом ускорение тем большее, чем больше барический градиент. Следовательно, горизонтальный барический градиент есть сила, сообщающая воздуху ускорение, т.е. вызывающая ветер и меняющая его скорость. Все остальные силы, проявляющиеся при движении воздуха, могут лишь тормозить движение воздуха или отклонять его от направления градиента. Установлено, что градиент в 1 гПа на 100 км создает ускорение в 0.1 см/с2. Если бы на воздух действовала только сила барического градиента, то движение воздуха под действием этой силы было бы равномерно ускоренным, и при длительном воздействии воздух получил бы большие, не ограниченные скорости. Но в действительности на воздух действуют и другие силы, более или менее уравновешивающие силу градиента. Это, прежде всего, сила Кориолиса или отклоняющая сила вращения Земли. Поворотное ускорение или ускорение Кориолиса на Земле имеет величину
А=2wVsin y, (25)
где:
w - угловая скорость вращения Земли,
V - скорость ветра,
y - географическая широта.
При этом мы имеем в виду только горизонтальную составляющую поворотного ускорения. Из формулы ясно, что ускорение имеет наибольшее значение на полюсе и превращается в нуль на экваторе. Значение силы Кориолиса для ветра является величиной того же порядка, что и ускорение, создаваемое барическим градиентом. Поэтому, отклоняющая сила вращения Земли при движении воздуха может уравновесить силу барического градиента.
Ветер, на который действует только сила барического градиента и сила Кориолиса, называется геострофическим. При условии, что силы уравновешивают друг друга, движение ветра прямолинейное равномерное. Сила Кориолиса в Северном полушарии направлена под прямым углом к скорости движения вправо, а сила градиента, равная ей, должна быть направлена под прямым углом к скорости влево. Поэтому в северном полушарии геострофический ветер будет дуть вдоль изобар, оставляя низкое давление слева. В Южном полушарии геострофический ветер дует, оставляя низкое давление справа, так как сила Кориолиса направлена влево.
В реальных условиях геострофический ветер возникает в свободной атмосфере, на высотах больше 1 км, когда сила трения становится так мала, что ею можно пренебречь.
Если движение воздуха происходит без действия силы трения, но криволинейно, то это значит, что кроме силы градиента и силы Кориолиса, появляется еще центробежная сила:
С = V 2 /r, (26)
где:
V - скорость,
r - радиус кривизны траектории движущегося воздуха.
Направлена центробежная сила по радиусу кривизны траектории наружу, в сторону выпуклости траектории. Если движение воздуха равномерное, то все три силы уравновешены. Такой теоретический случай равномерного движения воздуха по круговым траекториям без влияния силы трения называют градиентным ветром. Для градиентного ветра возможны два случая: в циклоне и в антициклоне. В циклоне, т.е. в барической системе с самым низким давлением в центре, центробежная сила направлена всегда наружу, против силы градиента. Как правило, центробежная сила в действительных атмосферных условиях меньше силы градиента, поэтому для равновесия действующих сил нужно, чтобы сила Кориолиса была направлена так же, как центробежная сила, и они вместе уравновешивали бы силу градиента. Скорость же ветра должна отклоняться на прямой угол от силы Кориолиса, в северном полушарии влево. Ветер должен дуть по круговым изобарам циклона против часовой стрелки, отклоняясь от барического градиента вправо.
В антициклоне центробежная сила направлена наружу, в сторону выпуклости изобар, т.е. одинаково с силой градиента. Сила же Кориолиса должна быть направлена внутрь антициклона, чтобы уравновешивать две одинаково направленные силы - градиента и центробежную. Скорость же ветра должна быть направлена так, чтобы ветер дул по круговым изобарам антициклона по часовой стрелке. Но приведенные рассуждения касаются только северного полушария. В южном полушарии, где сила Кориолиса направлена влево от скорости, градиентный ветер будет отклоняться от градиента влево. Поэтому для южного полушария движение воздуха по изобарам в циклоне получается по часовой стрелке, а в антициклоне - против часовой стрелки. Действительный ветер близок к градиентному в циклонах и антициклонах только в свободной атмосфере, где нет влияния силы трения.
Трение в атмосфере является силой, которая сообщает уже существующему движению воздуха отрицательное ускорение, она замедляет движение и меняет его направление. Сила трения наиболее велика у земной поверхности, с высотой она убывает и на уровне 1000 м становится незначительной по сравнению с другими силами. Высота, на которой сила трения практически исчезает (в среднем 1000 м) называется уровнем трения, нижний слой тропосферы до уровня трения называется слоем трения, или планетарным пограничным слоем.
Скорость ветра вследствие трения уменьшается настолько, что у земной поверхности (на высоте флюгера) над сушей она вдвое меньше, чем скорость геострофического ветра, рассчитанного для того же барического градиента.
Равномерное прямолинейное движение воздуха при наличии трения называют геотриптическим ветром. Воздействие силы трения приводит к тому, что скорость геотриптического ветра направлена не по изобарам, а пересекает их, отклоняясь при этом от градиента вправо (в северном полушарии) и влево (в южном), но составляя с ним некоторый угол меньше прямого. Скорость ветра при этом можно разложить на две составляющие - по изобаре и по градиенту. В результате в слое трения в циклоне ветер будет дуть против часовой стрелки, втекая от периферии к центру (в северном полушарии) и по часовой стрелке также от периферии к центру (в южном полушарии). В антициклоне северного полушария ветер будет дуть по часовой стрелке, вынося воздух изнутри антициклона к периферии, а в антициклоне южного полушария - против часовой стрелки из центра антициклона к периферии.
Наблюдения подтверждают, что ветер у земной поверхности (за исключением широт, близких к экватору) отклоняется от барического градиента на некоторый угол меньше прямого (в северном полушарии вправо, в южном влево). Отсюда следует такое положение: если встать спиной к ветру, а лицом туда, куда дует ветер, то наиболее низкое давление окажется слева и несколько впереди, а наиболее высокое давление - справа и несколько сзади. Это положение было найдено эмпирически и носит название барического закона ветра или закона Бейс-Балло.
Зональность в распределении давления и ветра
Наиболее устойчивая особенность в распределении как ветра, так и давления над Землей - зональность. Причина этого - зональность в распределении температуры. Зональность перемещения воздушных масс (т.е. зональность циркуляции) проявляется в преобладании широтных составляющих ветра (западной и восточной) над меридиональными составляющими. Степень преобладания может быть различной. Над тропическими океанами преобладание восточных составляющих в переносе воздуха в нижней части тропосферы выражено очень резко. Хорошо выражено и преобладание западных ветров в умеренной зоне южного полушария. В северном полушарии это преобладание можно заметить лишь при статистической обработке длинного ряда наблюдений. А на востоке Азии в нижней тропосфере преобладают меридиональные составляющие.
Меридиональные составляющие переноса воздуха в общей циркуляции атмосферы, при меньшей величине по сравнению с зональными, имеют очень большое значение. Именно они обусловливают обмен воздуха между различными широтами Земли.
Зональное распределение давления и ветра наиболее отчетливо проявляется в свободной атмосфере, вне слоя трения. Как известно, распределение давления повторяет распределение температуры. Поскольку температура в тропосфере в среднем падает от низких широт к высоким, то и меридиональный барический градиент направлен, начиная с высоты 4-5 км, от низких широт к высоким. В связи с этим изобарическая поверхность в 300 гПа проходит зимой над экватором на высоте около 9700 м, над северным полюсом на высоте около 8400 м, над южным - на высоте 8100 м. При таком распределении горизонтального барического градиента градиентный ветер будет направлен в обоих полушариях с запада на восток. Таким образом, в верхней тропосфере и нижней стратосфере вокруг полюсов будет наблюдаться так называемый планетарный циклонический вихрь: против часовой стрелки над северным полушарием, и по часовой стрелке над южным. В низких широтах ситуация несколько иная. Дело в том, что самое высокое давление в верхней тропосфере наблюдается не над экватором, а в сравнительно узкой области вблизи экватора, и барический градиент в верхней тропосфере направлен к экватору. Это значит, что в верхней тропосфере над экваториальной зоной господствует восточный перенос.
В нижней стратосфере среднее распределение температуры по меридиану в летнее время противоположно тропосферному. Полярная стратосфера летом очень тепла в сравнении с тропической, и самые низкие температуры приходятся на экваториальную зону, а самые высокие - на полярную. Поэтому в стратосфере на высоте 18-20 км меридиональный градиент меняется на противоположный, направленный от полюса к экватору. Возникает околополярный антициклон и восточный перенос воздуха в летнем полушарии. Это явление получило название стратосферного обращения воздуха. В зимнем полушарии сохраняется западный перенос.
У земной поверхности и в нижней тропосфере (в слое трения) зональное распределение давления сложнее, что связано с распределением суши и моря.
Таблица 2. Средние широтные величины приземного давления в гПа.
| Широта в градусах | Северное полушарие | Южное полушарие |
||
| Январь | Июнь | Январь | Июнь | |
| 90 | 1012 | 1009 | - | - |
| 85 | 1012 | 1010 | - | - |
| 80 | 1013 | 1012 | - | - |
| 75 | 1013 | 1012 | - | - |
| 70 | 1014 | 1011 | 990 | 993 |
| 65 | 1015 | 1010 | 988 | 991 |
| 60 | 1014 | 1010 | 991 | 992 |
| 55 | 1014 | 1011 | 998 | 997 |
| 50 | 1017 | 1012 | 1005 | 1004 |
| 45 | 1018 | 1013 | 1011 | 1010 |
| 40 | 1020 | 1014 | 1015 | 1015 |
| 35 | 1021 | 1014 | 1019 | 1016 |
| 30 | 1020 | 1014 | 1021 | 1015 |
| 25 | 1019 | 1012 | 1020 | 1013 |
| 20 | 1016 | 1011 | 1018 | 1012 |
| 15 | 1014 | 1010 | 1016 | 1011 |
| 10 | 1012 | 1010 | 1013 | 1010 |
| 5 | 1010 | 1011 | 1012 | 1010 |
| 0 | 1010 | 1011 | - | - |
По обе стороны экватора имеется зона с пониженным давлением. В этой зоне в январе между 15 0 с.ш. и 25 0 ю.ш., а в июле между 35 0 с. ш. и 5 0 ю.ш. давление ниже 1013 гПа. При этом параллель с самым низким давлением приходится в январе на 5-10 0 ю.ш., а в июле - на 15 0 с.ш. Эта зона экваториальной депрессии, распространяющаяся больше на летнее полушарие.
В направлении высоких широт от этой зоны давление в каждом полушарии растет, и максимальное значение давления наблюдается в январе под 30-32 0 северной и южной широты, а в июле - под 33-37 0 с. ш. и 26-30 0 ю.ш. Это две субтропические зоны повышенного давления, которые от января к июлю несколько смещаются к северу, а от июля к январю - к югу. Средние значения давления в этой зоне 1018-1019 гПа.
От субтропиков к еще более высоким широтам давление падает. Под 70-75 0 с.ш. и под 60-65 0 ю.ш. наблюдается минимальное давление в двух субполярных зонах низкого давления, а еще дальше по направлению к полюсам давление снова растет. Средние годовые значения давления на уровне моря в высоких широтах составляют 1012 гПа в северном полушарии и 989 гПа - в южном. У полюсов давление снова растет и составляет 1014 гПа близ северного полюса и 991 гПа близ южного. Приведенные данные о положении широтных зон низкого и высокого давления свидетельствуют о различиях в их положении между полушариями. Так, зимой и летом ось субтропической зоны повышенного давления в южном полушарии расположена на 5 0 ближе к экватору, чем в северном полушарии. В связи с этим ось экваториальной ложбины большую часть года находится в северном полушарии, в среднем на год на широте около 5 0 . От субтропической зоны повышенного давления спад давления в полярной ложбине происходит быстрее в южном полушарии, чем в северном, и по средним широтным значениям приземного давления южная полярная ложбина выражена резче, чем северная. В связи с сезонным изменением притока солнечной радиации происходит смещение планетарных зон давления к полюсу летом соответствующего полушария и к экватору зимой. Летом северного полушария экваториальная ложбина сдвигается к северу, а зимой возвращается к югу. Годовое смещение горизонтальной ее оси равно 20 0 , сезонное смещение субтропических зон повышенного давления сравнительно мало. Принято считать, что от зимы к лету их горизонтальные оси смещаются на 5 0 широты.
Попытки количественно объяснить географическую привязанность широтных зон повышенного и пониженного давления делались давно, но удовлетворительного ответа еще нет. Поэтому в современных эмпирических моделях общей циркуляции атмосферы географическое положение зон разного давления принимается как данное. Образование зон высокого давления в субтропиках и зон низкого давления в субполярных широтах объясняют особенностями циклонической деятельности. Так, антициклоны, возникающие в умеренном поясе при общем западном переносе, при своем перемещении смещаются к более низким широтам и там усиливаются, создавая зону повышенного давления. Циклоны же, наоборот, при своем движении в тех же средних широтах смещаются в более высокие широты, образуя субполярную зону низкого давления. Такая сепарация циклонов и антициклонов зависит от изменения отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса) с широтой.
Зональное распределение давления и переносов воздуха у земной поверхности и в нижней тропосфере (схема). Справа — направление барических градиентов вдоль меридиана в соответствующих зонах.
Направление переноса воздушных масс в нижних слоях тропосферы связано с зональным размещением зон повышенного и пониженного давления По обращенной к полюсу периферии субтропической зоны в средних широтах создается западный перенос, он простирается до оси субполярной зоны, т.е. до 60-650 с. ш. и ю.ш. Наиболее хорошо западный перенос выражен над океанами в южном полушарии. Над материками повторяемость ветров западного направления реже.
По периферии субтропической зоны высокого давления, обращенной к экватору, т.е. в тропиках, барический градиент у земной поверхности направлен к экватору и здесь господствует восточный перенос, охватывающий всю тропическую зону. Это так называемые пассаты - устойчивые восточные тропические ветры.
В полярном районе барический градиент направлен от полюса к субполярным широтам, что создает восточный перенос воздуха. Наиболее отчетливо преобладание восточных ветров выражено в Антарктиде, где есть районы с постоянными восточными ветрами.
Движущийся в определенном направлении. На других планетах он представляет собой массу свойственных их поверхности газов. На Земле ветер движется преимущественно горизонтально. Классификация, как правило, осуществляется в соответствии со скоростью, масштабом, типами сил, их вызывающими, местам распространения. Под влиянием потоков находятся различные природные явления и погода. Ветер способствует переносу пыли, семян растений, способствует перемещению летающих животных. Но как появляется направленный воздушный поток? Откуда дует ветер? От чего зависит его продолжительность и сила? И вообще, почему ветры дуют? Об этом и многом другом - далее в статье.
Классификация
В первую очередь ветры характеризуют по силе, направлению и продолжительности. Порывами считаются сильные и кратковременные перемещения (до нескольких секунд) воздушных потоков. Если дует сильный ветер средней продолжительности (примерно минуту), то его называют шквалом. Более продолжительные воздушные потоки называют в соответствии с их силой. Так, к примеру, легкий ветер, дующий на побережье, - это бриз. Есть еще тайфун, Продолжительность ветров может быть также различной. Некоторые длятся несколько минут, например. Бриз, зависящий от перепада температур на поверхности рельефа в течение суток, может продолжаться до нескольких часов. Местная и общая циркуляция атмосферы складываются из пассатов и муссонов. Оба этих типа относятся к категории "глобальных" ветров. Муссоны вызваны сезонными изменениями в температуре и имеют продолжительность до нескольких месяцев. Пассаты - это постоянно перемещающиеся. Они обусловлены разницами температур на различных широтах.
Как объяснить ребенку, почему дует ветер?
Для детей в раннем возрасте это явление представляет отдельный интерес. Ребенок не понимает, где образуется поток воздуха, из-за чего в одном месте он есть, а в другом - нет. Достаточно просто объяснить малышу, что зимой, например, дует холодный ветер из-за низкой температуры. Как же происходит этот процесс? Известно, что воздушный поток представляет собой массу молекул газов атмосферы, совместно перемещающихся в одном направлении. Небольшой по объему воздушный поток, обдувая может свистеть, срывать шапки с прохожих. Но если масса газовых молекул обладает большим объемом и шириной в несколько километров, то она может покрыть достаточно большое расстояние. В закрытых помещениях воздух практически не перемещается. И о его существовании можно даже и забыть. Но если выставить, например, руку из окна движущегося автомобиля, то можно кожей ощутить воздушный поток, его силу и давление. Откуда дует ветер? Движение потока осуществляется вследствие разницы давления в разных участках атмосферы. Рассмотрим этот процесс более подробно.
Разница атмосферного давления
Так почему дует ветер? Для детей лучше привести в пример плотину. С одной стороны высота столба воды, к примеру, три, а с другой - шесть метров. При открытии шлюзов вода перетечет в тот участок, где ее меньше. Примерно то же самое происходит и с воздушными потоками. В разных частях атмосферы давление различно. Это обусловлено разницей в температуре. В теплом воздухе движение молекул осуществляется быстрее. Частицы стремятся разлететься друг от друга в разные стороны. В связи с этим теплый воздух больше разряжен и весит меньше. В результате давление, которое в нем создается, снижается. Если же температура понижена, то молекулы образуют более тесные скопления. Воздух, соответственно, весит больше. Давление при этом повышается. Аналогично воде, воздух обладает свойством перетекать из одной зоны в другую. Так, поток переходит из участка с повышенным давлением в область с пониженным. Вот почему ветры дуют.
Движение потоков около водоемов
Почему ветер дует с моря? Рассмотрим пример. В солнечный день лучи прогревают и берег, и водоем. Но вода нагревается намного медленнее. Это связано с тем, что поверхностные теплые слои незамедлительно начинают смешиваться с более глубокими, и потому холодными слоями. А вот берег нагревается намного быстрее. И воздух над ним более разряжен, а давление, соответственно, ниже. Атмосферные потоки устремляются от водоема к берегу - в более свободную область. Там они, нагреваясь, поднимаются вверх, снова освобождая место. Вместо них появляется снова прохладный поток. Вот так происходит циркуляция воздуха. На пляже отдыхающие могут периодически чувствовать легкий прохладный ветерок.
Значение ветров
Выяснив, почему ветры дуют, следует сказать о том, какое воздействие они оказывают на жизнь на Земле. Ветер имеет большое значение для человеческой цивилизации. Вихревые потоки вдохновляли людей на создание мифологических произведений, расширяли торговый и культурный диапазон, воздействовали на исторические явления. Ветры также выступали в качестве поставщиков энергии для разных механизмов и агрегатов. За счет движения потоков воздуха получили возможность преодолевать значительные расстояния по океанам и морям, а воздушные шары - по небу. Для современных летательных аппаратов ветры имеют большое практическое значение - они позволяют экономить топливо и увеличивать Но следует сказать, что воздушные потоки могут приносить и вред человеку. Так, например, из-за градиентных колебаний ветра может быть потерян контроль над управлением самолета. В небольших водоемах быстрые воздушные потоки и вызванные ими волны могут разрушить постройки. Во многих случаях ветры способствуют увеличению масштаба пожара. В целом, явления, связанные с образованием воздушных потоков, различными способами воздействуют на живую природу.
Глобальные эффекты
Во многих районах планеты преобладают воздушные массы, обладающие определенным направлением движения. В районе полюсов, как правило, преобладают восточные, а в умеренных широтах - западные ветры. При этом в тропиках воздушные потоки принимают снова восточное направление. На границах между данными зонами - субтропическом хребте и полярном фронте - расположены так называемые области затишья. Преобладающие ветры в этих зонах практически отсутствуют. Здесь движение воздуха осуществляется главным образом вертикально. Это объясняет появление зон высокой влажности (близ полярного фронта) и пустынь (около субтропического хребта).
Тропики
В этой части планеты в западном направлении дуют пассаты, приближаясь к экватору. За счет постоянного перемещения этих воздушных потоков происходит перемешивание атмосферных масс на Земле. Это может проявляться в значительных масштабах. Так, к примеру, пассаты, перемещающиеся над Атлантическим океаном, переносят пыль с африканских пустынных территорий в Вест-Индию и некоторые районы Северной Америки.
Локальные эффекты формирования воздушных масс
Выясняя, почему ветры дуют, следует сказать и о влиянии наличия тех или иных географических объектов. Одним из локальных эффектов формирования воздушных масс считается температурный перепад между не слишком удаленными участками. Он может быть спровоцирован разными коэффициентами поглощения света либо различной теплоемкостью поверхности. Сильнее всего последний эффект проявляется между и сушей. В результате возникает бриз. Еще одним локальным фактором, представляющим важность, является присутствие горных систем.
Влияние гор
Эти системы могут представлять собой некий барьер на пути движения воздушных потоков. Кроме этого, горы во многих случаях сами вызывают ветрообразование. Воздух над взгорьями прогревается сильнее, чем атмосферные массы над низменностями на той же высоте. Это способствует формированию зон пониженного давления над горными хребтами и ветрообразованию. Данный эффект часто провоцирует появление горно-долинных атмосферных движущихся масс. Такие ветры преобладают в областях с пересеченной местностью.
Повышение трения у долинной поверхности приводит к отклонению параллельно направленного воздушного потока на высоту расположенных рядом гор. Это способствует формированию струйного высотного течения. Скорость этого потока может превышать силу окружающего ветра до 45%. Как было выше сказано, горы могут выступать в качестве препятствия. При обходе цепи поток меняет свое направление и силу. Перепады в горных хребтах оказывают существенное влияние на движение ветра. Например, если в горной цепи, которую преодолевает атмосферная масса, есть перевал, то поток проходит его с заметным увеличением скорости. В этом случае работает эффект Бернулли. Необходимо отметить, что даже незначительные перепады высот вызывают колебания Из-за существенного градиента скорости воздуха поток становится турбулентным и продолжает таким оставаться даже за горой на равнине на определенном расстоянии. Такие эффекты представляют в некоторых случаях особое значение. Например, они важны для самолетов, осуществляющих взлет и посадку на горных аэродромах.
Ветер – это горизонтальное перемещение (поток воздуха параллельно земной поверхности), возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления и направленное из зоны высокого давления в зону низкого давления
Ветер характеризуется скоростью (силой) и направлением. Направление определяется сторонами горизонта, откуда он дует, и измеряется в градусах. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду и километрах в час. Сила ветра измеряется в баллах.
Ветер в ботфортах, м/с, км/час
Шкала Бофорта - условная шкaлa для визуальной оценки и записи силы (скорости) ветра в баллах. Первоначально, была разработана английским адмиралом Френсисом Бофортом в 1806 г. для определения силы ветра по характеру её проявления на море. С 1874 г. данная классификация принята для повсеместного (на суше и на море) использования в международной синоптической практике. В последующие годы менялась и уточнялась (таблица 2). За ноль баллов было принято состояние полного штиля на море. Изначально система была тринадцатибальная (0-12 bft, по шкале Бофорта). В 1946г. шкалу увеличили до семнадцати (0-17). Сила ветра в шкале определяется по взаимодействию ветра с различными предметами. В последние годы, силу ветра, чаще, оценивают по скорости, измеряемой в метрах в секунду - у земной поверхности, на высоте порядка 10м над открытой, ровной поверхностью.
В таблице приведена шкала Бофорта, принятая в 1963 году Всемирной метеорологической организацией. Шкала волнения на море - девятибальная (параметры даны для большой морской акватории; на малых акваториях - волнение меньше). Описания действия от перемещения воздушных масс - даны "для условий земной атмосферы вблизи земной или водной поверхности", при плотности воздуха, около 1,2 кг/м3 и плюсовой температуре. На планете Марс, к примеру - соотношения будут другими.
Сила ветра в баллах по шкале Бофорта и морское волнение
таблица 1
| Баллы | Словесное обозначение силы ветра | Скорость ветра, м/с | Скорость ветра км/ч | Действие ветра |
|
на суше |
на море (баллы, волнение, характеристика, высота и длина волны) |
||||
| 0 | Штиль | 0-0,2 | Менее 1 | Полное отсутствие ветра. Дым поднимается вертикально, листья деревьев неподвижны. | 0. Волнение отсутствует
Зеркально гладкое море |
| 1 | Тихий | 0,3-1,5 | 2-5 | Дым слегка отклоняется от вертикального направления, листья деревьев неподвижны | 1. Слабое волнение.
На море лёгкая рябь, пены на гребнях нет. Высота волн 0,1 м, длина - 0,3м. |
| 2 | Легкий | 1,6-3,3 | 6-11 | Ветер чувствуется лицом, листья временами слабо шелестят, флюгер начинает двигаться, | 2. Слабое волнение
Гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными. На море короткие волны высотой 0,3 м. и длиной - 1-2м. |
| 3 | Слабый | 3,4-5,4 | 12-19 | Листья и тонкие ветки деревьев с листвой непрерывно колеблются, колышутся лёгкие флаги. Дым как бы слизывается с верхушки трубы (при скорости более 4 м/сек). | 3. Легкое волнение
Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки. Средняя высота волн 0,6-1 м, длина - 6м. |
| 4 | Умеренный | 5,5-7,9 | 20-28 | Ветер поднимает пыль, бумажки. Качаются тонкие ветви деревьев и без листвы. Дым перемешивается в воздухе, теряя форму. Это лучший ветер для работы обычного ветрогенератора (при диаметре ветроколеса 3-6 м) | 4.Умеренное волнение
Волны удлинённые, белые барашки видны во многих местах. Высота волн 1-1,5 м, длина - 15 м. Достаточная ветровая тяга для виндсёрфинга (на доске под парусом), с возможностью выйти в режим глиссирования (при ветре не менее 6-7 м/с) |
| 5 | Свежий | 8,0-10,7 | 29-38 | Качаются ветки и тонкие стволы деревьев, ветер чувствуется рукой. Вытягивает большие флаги. Свистит в ушах. | 4.Неспокойное море
Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги). Высота волн 1,5-2 м, длина - 30 м |
| 6 | Сильный | 10,8-13,8 | 39-49 | Качаются толстые сучья деревьев, тонкие деревья гнутся, гудят телеграфные провода, зонтики используются с трудом | 5.Крупное волнение
Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные площади. Образуется водяная пыль. Высота волн - 2-3 м, длина - 50 м |
| 7 | Крепкий | 13,9-17,1 | 50-61 | Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветки, трудно идти против ветра. | 6.Сильное волнение
Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру. Высота волн до 3-5 м, длина - 70 м |
| 8 | Очень крепкий |
17,2-20,7 | 62-74 | Ломаются тонкие и сухие сучья деревьев, говорить на ветру нельзя, идти против ветра очень трудно. | 7. Очень сильное волнение
Умеренно высокие, длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра. Высота волн 5-7 м, длина - 100 м |
| 9 | Шторм | 20,8-24,4 | 75-88 | Гнутся большие деревья, ломает большие ветки. Ветер срывает черепицу с крыш | 8.Очень сильное волнение
Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться в брызги, которые ухудшают видимость. Высота волн - 7-8 м, длина - 150 м |
| 10 | Сильный шторм |
24,5-28,4 | 89-102 | На суше бывает редко. Значительные разрушения строений, ветер валит деревья и вырывает их с корнем | 8.Очень сильное волнение
Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая. Высота - 8-11 м, длина - 200 м |
| 11 | Жестокий шторм |
28,5-32,6 | 103-117 | Наблюдается очень редко. Сопровождается большими разрушениями на значительных пространствах. | 9. Исключительно высокие волны.
Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая. Высота - 11м, длина 250м |
| 12 | Ураган | >32,6 | Более 117 | Опустошительные разрушения. Отдельные порывы ветра достигают скорости 50-60 м.сек. Ураган может случиться перед сильной грозой | 9. Исключительное волнение
Воздух наполнен пеной и брызгами. Море всё покрыто полосами пены. Очень плохая видимость. Высота волн >11м, длина - 300м. |
Чтобы легче запомнить (составил: автор сайта сайт)
3 - Слабый - 5 м/с (~20 км/час) - листья и тонкие ветки деревьев непрерывно колышутся
5 - Свежий - 10 м/с (~35 км/час) - вытягивает большие флаги, свистит в ушах
7 - Крепкий - 15 м/с (~55 км/час) - гудят телеграфные провода, трудно идти против ветра
9 - Шторм - 25 м/с (90 км/час) - ветер валит деревья, разрушает строения
* Длина ветровой волны на поверхности водных объектов (реки, моря и т.д.) - наименьшее расстояние, по горизонтали, между вершинами соседних гребней.
Словарь:
Бриз – слабый береговой ветер, имеющий силу до 4 баллов.
Нормальный ветер - приемлемый, оптимальный для чего-либо. Например, для спортивного виндсёрфинга - нужна достаточная ветровая тяга (не менее 6-7 метров в секунду), а при парашютных прыжках, наоборот, лучше - безветренная погода (исключающая боковой снос, сильные порывы у земной поверхности и протаскивание купола после приземления).
Бурей называется длительный и штормовой до ураганного ветер, силой больше 9 баллов (градация по шкале Бофорта), сопровождающийся разрушениями на суше и сильным волнением на море (штормом). Бури бывают: 1) шквальные; 2) пыльные (песчаные); 3) беспыльные; 4) снежные. Шквальные бури начинаются внезапно и так же быстро оканчиваются. Их действия характеризуются огромной разрушительной силой (такой ветер разрушает строения и вырывает деревья с корнем). Эти бури возможны повсеместно на европейской части России, как на море, так и на суше. В России северная граница распространения пыльных бурь проходит через Саратов, Самару, Уфу, Оренбург и пригорья Алтая. Снежные бури большой силы бывают на равнинах европейской части и в степной части Сибири. Обычно бури обусловлены прохождением активного атмосферного фронта, глубокого циклона или смерча.
Шквал - сильный и резкий порыв ветра (Peak gusts) скоростью от 12 м/сек и выше, сопровождающийся, обычно, грозовым ливнем. При скорости больше 18-20 метров в секунду, шквальный ветер сносит плохо закреплённые конструкции, вывески и может ломать рекламные щиты и ветки деревьев, вызывать обрыв линий электропередач, что создаёт опасность для находящихся под ними рядом людей, автомобилей. Порывистый, шквалистый ветер возникает во время прохода атмосферного фронта и при быстром изменении давления в барической системе.
Вихрь – атмосферное образование с вращательным движением воздуха вокруг вертикальной или наклонной оси.
Ураган
(тайфун) – ветер разрушительной силы
и значительной продолжительности, скорость
которого превышает 120 км/ч. "Живет", т. е.
двигается, ураган обычно 9–12 суток. Синоптики
присваивают ему имя. Ураган разрушает здания,
вырывает с корнем деревья, сносит легкие
строения, обрывает провода, повреждает мосты и
дороги. По разрушительной силе его можно
сравнить с землетрясением. Родина ураганов –
океанские просторы, ближе к экватору. Насыщенные
водяными парами циклоны отсюда уходят на запад,
все более закручиваясь и увеличивая скорость.
Диаметры этих гигантских вихрей – несколько
сотен километров. Наиболее активны ураганы в
августе и сентябре.
В России ураганы чаще всего бывают в
Приморском и Хабаровском краях, на Сахалине,
Камчатке, Чукотке, Курильских островах.
Смерчи – это вертикальные вихри; шквалы – чаще горизонтальные, входящие в структуру циклонов.
Слово "смерч" – русское, и происходит от смыслового понятия "сумрак", то есть мрачная, грозовая обстановка. Смерч представляет собой гигантскую вращающуюся воронку, внутри которой пониженное давление, и в эту воронку засасываются любые предметы, оказавшиеся на пути движения смерча. При его приближении слышен оглушительный гул. Двигается над землей смерч со средней скоростью 50–60 км/ч. Смерчи недолговечны. Одни из них "живут" секунды или минуты, и лишь немногие - до получаса.
На Североамериканском континенте смерч называют торнадо , а в Европе – тромб . Торнадо может поднять в воздух автомобиль, вырвать с корнем деревья, покорежить мост, разрушить верхние этажи зданий.
В Книгу рекордов Гиннесса как самый страшный и разрушительный за всю историю наблюдений вошел смерч в Бангладеш, наблюдавшийся в 1989 г. Несмотря на то что жители города Шатурии были заранее предупреждены о приближении смерча, его жертвами стали 1300 человек.
В России смерчи бывают чаще в летние месяцы на Урале, Черноморском побережье, в Поволжье и Сибири.
Синоптики относят ураганы, бури и смерчи к чрезвычайным событиями с умеренной скоростью распространения, поэтому чаще всего удаётся вовремя объявить штормовое предупреждение. Оно может быть передано по каналам гражданской обороны: после звука сирен "Внимание всем! " надо слушать сообщение местного телевидения и радио.
Условные обозначения на метеокартах погодных явлений, связанных с ветром
В метеорологии и в гидрометеорологии - направление ветра ("откуда дует"), обозначается на карте в виде стрелочки, вид оперения у которой показывает среднюю скорость потока воздуха. В аэронавигации - наименование направления отличается на противоположное. В навигации на воде, единица скорости (узел) судна - принимается равной одной морской миле в час (десять узлов соответствуют, примерно, пяти метрам в секунду).
На метеокарте, длинное перо ветровой стрелки - означает 5 м/с, короткое - 2,5м/с, в форме треугольного флажка - 25 м/с (следует после комбинации из четырёх длинных чёрточек и 1 короткой). В примере, изображенном на рисунке - ветер силой 7-8 м/с. При неустойчивом направлении ветра - в конце стрелочки ставится крест.
На картинке показаны условные обозначения направления и скорости ветра, применяемые на картах погоды, а так же пример нанесения значков и фрагменты из стоклеточной матрицы метеосимволов (например, позёмок и низовая метель, когда происходит подъём и перераспределение в приземном слое воздуха ранее выпавшего снега).
Данные символы можно видеть на синоптической карте Гидрометцентра России (http://meteoinfo.ru) составленной в результате анализа текущих данных по территории Европы и Азии, где схематически показаны границы зон тёплых и холодных атмосферных фронтов и направления их перемещений вдоль земной поверхности.
Что делать, если поступило штормовое предупреждение?
1. Плотно закройте и укрепите все двери и окна. На стекла наклейте крест-накрест полоски пластыря (чтобы не разлетались осколки).
2. Подготовьте запас воды и пищи, медикаментов, фонарик, свечи, керосиновую лампу, приемник на батарейках, документы и деньги.
3. Отключите газ и электричество.
4. Уберите с балконов (со дворов) предметы, которые могут быть унесены ветром.
5. Из легких зданий перейдите в более прочные или убежища гражданской обороны.
6. В деревенском доме переберитесь в наиболее просторную и прочную его часть, а лучше всего – в подвал.
8. Если у вас есть машина, постарайтесь отъехать как можно дальше от эпицентра урагана.
Дети из детских садов и школ должны быть заранее отправлены по домам. Если штормовое предупреждение поступило слишком поздно, дети должны быть размещены в подвалах или центральной части зданий.
Лучше всего переждать ураган, смерч или бурю в убежище, заранее подготовленном укрытии или, хотя бы, в подвале. Однако, часто, штормовое предупреждение даётся всего за несколько минут до прихода стихии, и за это время не всегда удаётся добраться до укрытия.
Если вы оказались на улице во время урагана
2. Нельзя находиться на мостах, путепроводах, эстакадах, в местах хранения легковоспламеняющихся и ядовитых веществ.
3. Спрячьтесь под мостом, железобетонным навесом, в подвале, погребе. Можно лечь в яму или любое углубление. Глаза, рот и нос защитите от песка и земли.
4. Нельзя залезать на крышу и прятаться на чердаке.
5. Если вы едете на машине по равнине, остановитесь, но не покидайте автомобиль. Плотнее закройте его двери и окна. Во время снежной бури укройте чем-нибудь двигатель со стороны радиатора. Если ветер несильный, можно время от времени разгребать снег с автомобиля, чтобы не оказаться погребенным под толстым слоем снега.
6. Если вы в городском транспорте, немедленно покиньте его и ищите убежище.
7. Если стихия застигла вас на возвышенном или открытом месте, бегите (ползите) в сторону какого-либо укрытия (к скалам, лесу), которое могло бы погасить силу ветра, но берегитесь падающих веток и деревьев.
8. Когда ветер стих, не выходите сразу из укрытия, так как через несколько минут шквал может повториться.
9. Сохраняйте спокойствие и не паникуйте, помогайте пострадавшим.
Как вести себя после стихийных бедствий
1. Выходя из укрытия, осмотритесь – нет ли нависающих предметов и частей конструкций, оборванных проводов.
2. Не зажигайте газ и огонь, не включайте электричество до тех пор, пока специальные службы не проверят состояние коммуникаций.
3. Не пользуйтесь лифтом.
4. Не заходите в поврежденные строения, не подходите к оборванным электропроводам.
5. Взрослое население оказывает помощь спасателям.
Приборы
Точная скорость ветра определяется с помощью прибора -
анемометра. Если такого прибора нет, можно
изготовить самодельную ветромерную "доску Вильда"
(рис. 1), с достаточной точностью измерений для
скорости ветра до десяти метров в секунду.
Рис. 1.
Самодельная ветромерная доска-флюгер Вильда:
1 - вертикальная трубка (длиной 600 мм) с
заваренным заостренным верхним концом, 2 -
передний горизонтальный стержень флюгера с
шариком-грузом противовеса; 3 - крыльчатка
флюгера; 4 - верхняя рамка; 5 - горизонтальная ось
шарнира доски; 6 - ветромерная доска (весом 200 г). 7
- нижний неподвижный вертикальный стержень с
укрепленными на нем указателями сторон света, по восьми румбам: С -
север, Ю - юг, 3 - запад, В - восток,
СЗ - северозапад,
СВ - северовосток,
ЮВ - юговосток,
ЮЗ - югозапад;
№ 1 - № 8 - штифты-указатели скорости ветра.
Флюгер
устанавливается на высоте 6 - 12 метров, над
открытой ровной поверхностью. Под флюгером неподвижно укреплены
стрелки-указатели направления ветра. Над
флюгером к трубке 1 на горизонтальной оси 5
шарнирно прикреплена к рамке 4 ветромерная доска
6 размером 300х150 мм. Вес доски - 200 грамм (настраивается по эталонному прибору). От рамки 4
отходит назад, прикрепленный к ней отрезок дуги
(радиусом 160 мм) с восемью штифтами, из которых
четыре - длинные (по 140 мм) и четыре - короткие (по
100 мм). Углы, под которыми они закреплены,
составляют с вертикалью для штифта №1-0°; №2 - 4°;
№3 - 15,5°; №4 - 31°; №5 - 45,5°; №6 - 58°; №7 - 72°;
№8-80,5°.
Скорость ветра узнают путем отсчёта угла
отклонения доски. Определив положение
ветромерной доски между штифтами дуги,
обращаются к табл. 1, где этому положению
соответствует определённая скорость ветра.
Положение доски между штифтами даёт лишь
приблизительное представление о скорости ветра,
тем более что сила ветра быстро и часто меняется.
Доска никогда не остается долго в каком-нибудь
одном положении, а постоянно колеблется в
некоторых пределах. Наблюдая в течение 1 минуты
за меняющимся наклоном этой доски, определяют её
средний наклон (расчёт усреднением максимальных значений) и только после этого судят о
средней минутной скорости ветра. Для большой
скорости ветра, превышающей 12-15 м/сек, показания
этого прибора имеют малую точность (в данном ограничении - главный недостаток рассмотренной схемы)....
Приложение
Средняя скорость ветра по шкале Бофорта в разные годы ее применения
таблица 2
| Балл | Словесная характеристика |
Средняя скорость ветра (м/с) по рекомендациям | ||||
| Симпсона | Кеппена | Международного метеорологического комитета | ||||
| 1906 | 1913 | 1939 | 1946 | 1963 | ||
| 0 | Штиль | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | Тихий ветер | 0,8 | 0,7 | 1,2 | 0,8 | 0,9 |
| 2 | Легкий ветер | 2,4 | 3,1 | 2,6 | 2,5 | 2,4 |
| 3 | Слабый ветер | 4,3 | 4,8 | 4,3 | 4,4 | 4,4 |
| 4 | Умеренный ветер | 6,7 | 6,7 | 6,3 | 6,7 | 6,7 |
| 5 | Свежий ветер | 9,4 | 8,8 | 8,7 | 9,4 | 9,3 |
| 6 | Сильный ветер | 12,3 | 10,8 | 11,3 | 12,3 | 12,3 |
| 7 | Крепкий ветер | 15,5 | 12,7 | 13,9 | 15,5 | 15,5 |
| 8 | Очень крепкий ветер | 18,9 | 15,4 | 16,8 | 18,9 | 18,9 |
| 9 | Шторм | 22,6 | 18,0 | 19,9 | 22,6 | 22,6 |
| 10 | Сильный шторм | 26,4 | 21,0 | 23,4 | 26,4 | 26,4 |
| 11 | Жестокий шторм | 30,0 | 27,1 | 30,6 | 30,5 | |
| 12 | Ураган | 29,0 | 33,0 | 32,7 | ||
| 13 | 39,0 | |||||
| 14 | 44,0 | |||||
| 15 | 49,0 | |||||
| 16 | 54,0 | |||||
| 17 | 59,0 | |||||
Шкала ураганов была разработана Гербертом Саффиром и Робертом Симпсоном, в начале 1920-х годов, для измерения потенциального ущерба от урагана. Она основывается на числовых значениях максимальной скорости ветра и включает оценку штормовых волн в каждой из пяти категорий. В азиатских странах, данное природное явление называется тайфуном (в переводе с китайского языка - «великий ветер»), а в Северной и Южной Америке - именуется ураганом. При количественной оценке скорости ветрового потока, применяются следующие сокращения: км/ч / mph - километров / миль в час, м/с - метров в секунду.
таблица 3
| № | Категория | Максимальная скорость ветра | Штормовые волны, м | Действие на наземные предметы | Действие на прибрежную зону |
| 1 | Минимальный | 119-153 км/ч 74-95 mph 33-42 м/с |
12-15 | Повреждены деревья и кустарники | Небольшие повреждения пирсов, некоторые небольшие суда на стоянке сорваны с якорей |
| 2 | Умеренный | 154-177 км/ч 96-110 mph 43-49 м/с |
18-23 | Значительные повреждения деревьев и кустарников; некоторые деревья повалены, сильно повреждены сборные домики | Значительные повреждения пирсов и пристаней для яхт, небольшие суда на стоянке сорваны с якорей |
| 3 | Значительный | 178-209 км/ч 111-129 mph 49-58 м/с |
27-36 | Повалены большие деревья, сборные домики разрушены, у отдельных небольших зданий повреждены окна, двери и крыши | Сильные наводнения вдоль береговой линии; небольшие здания на берегу разрушены |
| 4 | Огромный | 210-249 км/ч 130-156 mph 58-69 м/с |
39-55 | Деревья, кустарники и рекламные щиты повалены, сборные домики разрушены до основания, сильно повреждены окна, двери и крыши | Затоплены участки, находящиеся на высоте до 3 метров над уровнем моря; наводнения распространяются на 10 км вглубь суши; ущерб от волн и переносимых ими обломков |
| 5 | Катастрофа | >250 км/ч >157 mph > 69 м/с |
Более 55 | Все деревья, кустарники и рекламные щиты повалены, многие здания серьезно повреждены; некоторые здания разрушены полностью; сборные домики снесены | Сильный ущерб причинен нижним этажам зданий на высоте до 4,6 метров над уровнем моря в зоне, простирающейся на 457 метров вглубь суши. Необходимы массовые эвакуации населения с прибрежных территорий |
Шкала торнадо
Шкала торнадо (шкала Фудзита-Пирсона) разработана Теодором Фудзита для классификации торнадо по степени причиненного ветром ущерба. Торнадо характерно, в основном, для Северной Америки.
таблица 4
| Категория | Скорость, км/ч | Ущерб |
| F0 | 64-116 | Разрушает дымовые трубы, повреждает кроны деревьев |
| F1 | 117-180 | Срывает сборные (щитовые) домики с фундамента или перевертывает их |
| F2 | 181-253 | Значительные разрушения. Сборные домики разрушаются, деревья вырываются с корнем |
| F3 | 254-332 | Разрушает крыши и стены, разбрасывает легковые автомобили, переворачивает грузовики |
| F4 | 333-419 | Разрушает укреплённые стены |
| F5 | 420-512 | Поднимает дома и переносит их на значительное расстояние |
Словарь терминов
:
Подветренная сторона
объекта (защищена от ветра самим объектом; область повышенного давления, из-за сильного торможения потока) обращена туда, куда дует ветер.
На рисунке - справа.
Например, на воде, мелкие суда подходят к более крупным кораблям с их подветренной стороны (там они защищены корпусом большого судна от волн и ветра). "Коптящие" заводы-предприятия должны располагаться, по отношению к жилым городским застройкам - с подветренной стороны (по направлению господствующих ветров) и отделяться от этих районов достаточно широкими санитарно-защитными зонами.
Наветренная сторона
объекта (холма, морского судна) - на той стороне, откуда дует ветер. На наветренной стороне хребтов - возникают восходящие движения воздушных масс, а на подветренной - происходит нисходящий воздухопад. Наибольшая часть осадков (в виде дождя и снега), обусловленных барьерным эффектом гор, выпадает на их наветренной стороне, а с подветренной стороны - начинается обвал более холодного и сухого воздуха.
В метеорологии, при указании направления ветра, используется деление окружности на шестнадцать частей, по 16-ти лучевой розе румбов (через 22.5 градуса). Например, северо-северо-восток обозначается как ССВ (первая буква - основное направление, к которому ближе румб). Четыре основных направления: Север, Восток, Юг, Запад.
Приблизительный расчёт динамического ветрового давления на квадратный метр рекламного щита (перпендикулярно плоскости конструкции), установленного у дороги проезжей части. В примере, ожидаемая в данном месте, максимальная штормовая скорость ветра, принимается равной 25 метров в секунду.
Вычисления проводятся по формуле:
P = 1/2 * (плотность воздуха) * V^2 = 1/2 * 1.2 кг/м3 * 25^2 м/с = 375 Н/м2 ~ 38 килограмм на квадратный метр (кгс)
Заметьте, что давление растёт пропорционально квадрату скорости. Учитывайте и закладывайте в строительный проект достаточный запас прочности , устойчивости (зависит и от высоты стойки опоры) и стойкости к сильным порывам ветра и атмосферным осадкам, в виде снега и дождя.
При какой силе ветра отменяют полёты самолётов гражданской авиации
Причиной нарушения расписания полётов, задержки или отмены авиарейсов - может стать штормовое предупреждение от синоптиков, по аэродромам вылета и назначения.
Метеорологический минимум, необходимый для благополучного (штатного) взлёта и посадки воздушного судна, это допустимые пределы изменений комплекса параметров: скорости и направления ветра, прямой видимости, состояния взлётно-посадочной полосы аэродрома и высоты нижней границы облачности. Непогода, в виде интенсивных атмосферных осадков (дождь, туман, снег и метель), с обширными фронтальными грозами - так же может стать причиной отмены авиарейсов из воздушной гавани.
Величины метеоминимумов - могут различаться для конкретных самолётов (по их типам и моделям) и аэропортов (по классу и наличию достаточного наземного оборудования, в зависимости от особенностей окружающего аэродром рельефа местности и имеющихся высоких гор), а так же обусловлены квалификацией и лётным стажем пилотов экипажа, командира корабля. В расчёт и к исполнению - принимается худший минимум.
Запрет на вылет - возможен при нелётной погоде на аэродроме назначения, если там нет, поблизости, двух запасных аэрогаваней с приемлемыми метеоусловиями.
При сильном ветре, самолёты выполняют взлёт и посадку - против воздушного потока (выруливая, для этого, на соответствующую полосу). В таком случае обеспечивается не только безопасность, но и значительно сокращается дистанция разбега на взлёте и пробега при посадке. Ограничения по боковой и попутной составляющей скорости ветра, для большинства современных гражданских самолетов, составляют величины, примерно: 17-18 и 5 м/с., соответственно. Опасность большого крена, сноса и разворота авиалайнера, при его взлёте и посадке - представляет неожиданный и сильный порывистый ветер (шквал).
https://www.meteorf.ru - Росгидромет (Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды). Гидрометеорологический научно-исследовательский центр РФ.
Www.meteoinfo.ru - новый сайт Гидрометеоцентра РФ.
Http://193.7.160.230/web/losev/osad.gif - Смотреть видео-анимацию с прогнозной синоптической метеокартой - осадки, динамика циклонов и антициклонов на ближайшие дни, с показом горизонтальных перемещений изобар (изолиний атмосферного давления) расчётной погодной модели.
Http://ada.ru/Guns/ballistic/wind/index.htm - Охотникам о влиянии ветра на полёт пули, баллистический калькулятор.
Справочник ru.wikipedia.org/wiki/Климат_Москвы - столичные метеостанции и статистические данные о среднемесячных значениях основных погодных параметров (температура, скорость ветра, облачность, осадки в виде дождя и снега), дни, когда были отмечены абсолютные температурные рекорды, а так же самые холодные и тёплые годы в Москве и области.
Https://meteocenter.net/weather/ - Погода России от Метеоцентра.
Https://www.ecomos.ru/kadr22/postyMeteoMoskwaOblast.asp - Метеорологическая сеть (станции и посты) на территории Московской обл. и в соседних регионах (Владимирской, Ивановской, Калужской, Костромской, Рязанской, Смоленской, Тверской, Тульской и Ярославской областях)
Https://www.ecomos.ru/kadr22/sostojanieZagrOSnedelia.asp - экологические сводки о состоянии загрязнения окружающей среды в Москве (метеостанции ВДНХ, Балчуг и Тушино) и области, за прошедший недельный период.
(С. В. Реполовский)
В результате неравномерного нагревания земной поверхности и различного (меняющегося по разным причинам) давления воздуха возникает его движение, т. е. ветер. Ветер определяют по скорости и направлению. Скорость измеряется расстоянием в метрах (километрах), на которое перемещается масса воздуха в 1 секунду (час), а также в баллах по 12-балльной системе Бофорта (стр. 117). Поскольку скорость ветра непрерывно меняется, то в метеорологии чаще принимают во внимание его среднее значение за 10 минут. Понятие «направление ветра» определяется в метеорологии названием той страны света, откуда он дует. Различают 16 направлен ний (румбов), обозначаемых по странам света, - так называемая «роза ветров» (рис. 39).
Изменение скорости и направления ветра может вызываться общим перемещением больших масс воздуха на расстояние от 200 до 1000 км и более, а также местными условиями.
Для туристов, особенно водников, большое значение имеют местные ветры.
Фен . Ветер, наблюдаемый только в горах и предгорьях. Образуется следующим образом. Массы воздуха, имеющие большую влажность, при подъеме по наветренному склону охлаждаются. При этом влажность их увеличивается, и на некоторой высоте образуется облачность, из которой при дальнейшем ее подъеме выпадает дождь, а на еще больших высотах - снег.
|
оценки скорости ветра |
||||
|
Скорость ветра |
Словесная характеристика |
|||
|
балл Бофорта |
||||
|
Дым поднимается - отвесно или почти отвесно, листья неподвижны |
||||
|
Тихий ветер |
Направление ветра определяется по дыму |
|||
|
Легкий ветер |
Движение ветра чувствуется лицом, шелестят листья |
|||
|
Слабый ветер |
Листья и тонкие ветви деревьев постоянно колышутся, ветер развевает легкие флаги, море покрыто сплошной легкой волной |
|||
|
Умеренный ветер |
Ветер поднимает пыль, приводит в движение тонкие ветви деревьев, на отдельных волнах изредка появляются белые быстро пропадающие «барашки» |
|||
|
Свежий ветер |
Качаются толстые сучья деревьев; «барашки» видны на каждой волне |
|||
Перевалив через горы, массы воздуха, в которых количество влаги уменьшилось, при опускании нагреваются (вследствие сжатия) и приобретают более высокую температуру, чем они имели на тех же высотах при подъеме. Такой ветер в горах на подветренных склонах вызывает бурное таяние снега и ледников, способствуя образованию лавин и паводков. Эти сопутствующие фену явления туристы должны учитывать.
Фен в отличие от горно-долинных ветров, направление которых меняется в течение суток, дует всегда только с вершин вниз и может продолжаться несколько дней.
Горно-долинные ветры. Неравномерное нагревание гор и долин днем и охлаждение их ночью создают периодическую смену ветров противоположных направлений. Ночью из-за охлаждения вершин и склонов охлаждаются соприкасающиеся с ними приземные слои воздуха. Более плотный холодный воздух стекает вниз, образуя горный ветер, дующий в долину. Днем, наоборот, дуют теплые ветры, поднимающиеся из долин вверх по склонам гор. Горно-долинным ветрам аналогичны ветры лощин.
Горно-долинные ветры и фены определенным образом связаны с облачностью. Обычно при горно-долинных ветрах вечером облачность на вершинах пропадает. Ночью и до восхода солнца вершины открыты, но к полудню вновь начинают затягиваться облаками. При фене, когда теплый ветер дует с гор и днем, облачность около вершин не исчезает ни вечером, ни ночью.
Бризы. Ветры, дующие в прибрежных районах днем с моря на берег, ночью - с берега на море. Морские бризы проникают в глубь суши на расстояние до 40 км.
Береговой ветер аналогичен бризу и наблюдается у берегов рек, озер и водохранилищ.
Лесной ветер. Площадь земли под лесом, будучи защищена листвой, слабо нагревается днем и незначительно охлаждается ночью. Поэтому днем возникает ветер от леса к открытым местам, а вечером и ночью - наоборот. Необходимо заметить, что ярко выраженная периодичность всех местных ветров (кроме фена) отчетливо наблюдается только при установившейся хорошей погоде,
В путешествии направление ветра определяют по вымпелу, дыму и компасу, а скорость - глазомерно или ручным анемометром, правила пользования которым указаны в его паспорте.
|
Скорость ветра |
Словесная характеристика |
Признаки оценки скорости ветра |
||
|
Сильный ветер |
Качаются толстые сучья деревьев, гудят телеграфные провода, «барашки» на волнах более продолжительны (5 - |
|||
|
Крепкий ветер |
Качаются верхушки деревьев, гнутся большие ветви, неудобно идти против ветра. Пенящиеся волны на море |
|||
|
Очень крепкий ветер |
Ветер ломает тонкие ветви и сухие сучья деревьев, затрудняет движение |
|||
|
Ветер сбрасывает дымовые трубы, черепицу. Идти против ветра очень трудно |
||||
|
Сильный шторм |
Значительные разрушения, деревья вырываются с корнем |
|||
|
Жестокий шторм |
Большие разрушения: валит телеграфные столбы, вагоны |
|||
|
Свыше 104,4 |
Разрушает дома, производит большие разрушения |
|||
Воздух, содержащий водяные пары, поднимаясь, охлаждается, часть паров конденсируется, образуя облака, туман. Облачность определяется количеством облаков, закрывающих небо (по 10-балльной системе: О - облаков нет; 5 - половина неба закрыта облаками, если мысленно сдвинуть все облака в одну сторону; 10 - все небо закрыто облаками), их формой и высотой. Часто на небе наблюдается одновременно несколько форм облачности.
Облачность определяется визуально по признакам, приведенным в таблице (см. стр. 121).
Туристы могут записывать данные наблюдений за облачностью по упрощенной форме: вначале ставится цифра, указывающая количество облаков в баллах, затем их название, причем первым проставляют название преобладающих облаков (например, 8-Ас, Ci, Си, 10-St , 0 -ясно).
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.
