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
|
Метры в секунду |
Характеристика ветра |
Действие ветра |
||
|
Полное отсутствие ветра. Дым из труб поднимается отвесно |
||||
|
Дым из труб поднимается не совсем отвесно |
||||
|
Движение воздуха ощущается лицом. Шелестят листья |
||||
|
Колеблются листья и мелкие ветви. Развеваются легкие флаги |
||||
|
Умеренный |
Колеблются тонкие ветки деревьев. Ветер подни-мает пыль и клочки бумаги |
|||
|
Колеблются ветки и тонкие стволы деревьев. На воде появляются волны |
||||
|
Колеблются большие ветки. Гудят телефонные провода |
||||
|
Качаются небольшие деревья. На море поднимаются пенящиеся волны |
||||
|
Ломаются ветки деревьев. Трудно идти против ветра |
||||
|
Небольшие разрушения. Срываются домовые трубы и черепица |
||||
|
Значительные разрушения. Деревья вырываются с корнем |
||||
|
Жестокий |
Большие разрушения |
|||
|
более 32,7 |
Производит опустошительные действия |
|||
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
|
Что такое ветер и как он возникает? От чего зависит скорость ветра? Установите соответствие между скоростью ветра и его характеристикой: 1) 0,6-1,7 м/с а) ураган 2) более 29,0 м/с б) тихий ветер 3) 9,9-12,4 м/с в) сильный ветер г) слабый ветер Определите, откуда и куда будет дуть ветер: 775 мм 761 мм 753 мм 760 мм 748 мм 758 мм *Как Вы думаете, откуда появилось пожелание «Попутного ветра!»? *По рисунку «Роза ветров для Минска» определите преобладающие ветры для нашей столицы. Подумайте, в какой части города или ее окрестностях лучше всего строить промышленные предприятия для сохранения чистоты воздуха в городе. Обоснуйте ответ. Практические задание Постройте розу ветров по следующим данным января (указывается повторяемость ветров в %): С-7, С-В-6, В-11, Ю-В-10, Ю-13, Ю-З-20, З-18, С-З-9, Штиль-6. |
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.
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.
Проживание на территории Сахалинской области с ее уникальным режимом ветров, кардинально отличающимся от ветрового режима европейской, западно-сибирской и восточно-сибирской территории России, требует от каждого сахалинца учета этого фактора даже на бытовом уровне (выбор одежды, отдых на природе с друзьями и семьей, занятия летними и зимними видами спорта и физической культурой, проведение любительской рыбалки и охоты, наружные ремонтные и покрасочные работы и т.п.). Это актуально для групп, совершающих длительные туристские путешествия или работающих в комплексных и специализированных экспедициях. Особенностью Сахалинской области является сложное сочетание ветров фронтального типа (в т.ч. со скоростями свыше 20 м/сек), озерных и морских бризов, горно-долинных ветров. Изучение ветрового режима (направления и повторяемости, скорости, суточного хода ветров) является предметом исследования климатологии и метеорологии.
Еще в период мезолита (среднего каменного века) впервые произошло определение сторон горизонта – севера, юга, востока и запада. Древние египтяне первыми разделили окружность на 360 градусов при помощи вращающегося по кругу колеса со специальной меткой. В наши дни направление ветра указывают в румбах. Румбы (16 сторон горизонта) были выделены древними финикийцами, проживавшими на территории современного Ливана и Туниса 2200-2500 лет до н.э. и находившимися в контакте с египтянами (т.е. их инженерными достижениями) и вавилонянами (т.е. их математическими знаниями). Создание буквенного письма, в отличие от иероглифики Египта и клинописи Вавилона, сделало знание более доступным для широких слоев населения, большинство которых в значительной степени было связано с морскими промыслами, рыболовством, морскими грузоперевозками, морской военной конвойной службой и уникальными производствами (окраска тканей пурпуром, производство стекла, эмалей, сплавов и т.п.). До наших дней сохранились несколько периплов (морских лоций древности), где рекомендованный курс корабля указывается уже в румбах.
1. участники должны знать румбы – 16 сторон горизонта. Они представлены в синкретической таблице и на схеме:
| № п/п. | Сокращенное латинское название | Сокращенное русское название | Полное русское название | Значение в градусах (азимут истинный) |
| N | С | Север | 0º | |
| NNE | ССВ | Северо-северо-восток | 22º30´ | |
| NE | СВ | Северо-восток | 45º | |
| ENE | ВСВ | Востоко-северо-восток | 67º30´ | |
| E (O) | В | Восток | 90º | |
| ESE | ВЮВ | Востоко-юго-восток | 112º30´ | |
| SE | ЮВ | Юго-восток | 135º | |
| SSE | ЮЮВ | Юго-юго-восток | 157º30´ | |
| S | Ю | Юг | 180º | |
| SSW | ЮЮЗ | Юго-юго-запад | 202º30´ | |
| SW | ЮЗ | Юго-запад | 225º | |
| WSW | ЗЮЗ | Западо-юго-запад | 247º30´ | |
| W | З | Запад | 270º | |
| WNW | ЗСЗ | Западо-северо-запад | 292º30´ | |
| NW | СЗ | Северо-запад | 315º | |
| NNW | ССЗ | Северо-северо-запад | 337º30´ |
2. для определения направления ветра участники разворачиваются лицом к ветру и компасом определяют азимут направления с точностью до 22º30´. В качестве индикатора направления можно использовать нитку, ленточку или платок, привязанный к лыжной палке, но лучший индикатор - это кожа лица, особенно при слабых ветрах;
3. при точном определении направления ветра по компасу можно не учитывать склонение, пересчитывая значение по формуле Аи=Ам+(скл.м.). Требуемая точность измерения в соответствии с международными стандартами составляет румб (22º30´). На Сахалине и Курильских островах на господствующий ветер могут накладываться горно-долинные ветры сложного типа и бризы;
4. полученный результат измерений участники записывают в бланк следующего вида:
В первую колонку таблицы вписывают значение измеренного компасом магнитного азимута на направление ветра. Во второй колонке вычисляют значение истинного азимута, если известно значение магнитного склонения для данной местности. В третьей колонке можно изобразить азимутальное кольцо, на котором наглядно отметить румбы и значение азимута на направление ветра, это позволит участникам точно определить название ветра. Название записывается в виде прилагательного (например, северо-восточный, юго-юго-западный) либо как аббревиатура (СВ, ЮЮЗ).
Ветер - это поток воздуха, который перемещается с определнной скоростью параллельно поверхности нашей планеты.
Направление ветра в географии определяется исходя из стороны света, откуда он дует.
Таким образом, есть 4 основных направления ветра:
1) если ветер дует с Севера - то это Северный ветер;
2) если ветер дует с Юга - то это Южный ветер;
3) если ветер дует с Запада - то это Западный ветер;
4) если ветер дует с Востока - то это Восточный ветер.
Также выделяют промежуточные направления , например Северо-Западный ветер или Юго-Западный ветер.
Наиболее простой прибор, который позволяет измерять скорость ветра, называется флюгер . Это специальный флаг, сделанный из металла, и закреплнный на вертикальной оси. Он поворачивается в ту сторону, куда дует ветер.
В учебнике географии написано про определение ветров таким образом:
Ветер, дующий с юга на север - это южный ветер. Точно также, если с севера на юг - то это северный ветер. Аналогично и про западный и восточный.
Для запоминания откуда дует ветер есть такое мнемоническое правило. Если вы находитесь на местности в определенной точке, которую можно представить центром круга. То можно провести вокруг этой точки круг. Тогда можно считать, что ветер дует в центр круга.
То есть любой ветер, который дует на вас и называется по той точке на круге с которой он на вас дует.
Старая морская поговорка - quot;Ветер дует в компас, течение из компасаquot; - означает, что ветер дующий с юга, называется южным, и течение в сторону юга тоже называется южным.
Если ветер дует с юга значит это южный ветер, если дует с севера значит северный ветер. Если ветер дует с запада значит западный ветер, если дует с востока значит ветер восточный. В общем как называется ветер значит он оттуда и дует.
Какой именно ветер дует (южный, северный, западный, восточный или любой другой промежуточный) принято определять по тому, ОТКУДА ветер дует. То есть, если ветер дует с юга, значит, он южный, а если с юго-запада, значит, юго-западный и т.д.
В нашей местности, например, северный ветер всегда приносит похолодание, западный - влажную и дождливую погоду, южный - тепло, иногда дождь, восточный - чаще сухую (зимой морозную) погоду.
Во-первых, стоит отметить тот факт, что ветер представляет собой поток воздуха пеемещаемый с какой-то конкретной скоростью во временном промежутке. Так вот если мы говорим о южном ветре, то это означает, что ветер дует именно с юга. Если о северном ветре - ветер дует именно с севера. Если о западном ветре - дует именно с запада. Если о восточном - дует с востока.
Чтобы посмотреть откуда дует ветер используют флюгер, так же используют розу ветров
Существует четыре основных направления ветров:
1 - Южный ветер - дует с юга на север;
2 - Северный ветер - дует с севера на юг;
3 - Западный ветер - дует с запада на восток;
4 - Восточный ветер - дует с востока на запад.
Мне приходилось слышать, как люди называли северный ветер южным и наоборот только потому, что не знали правило образования названий ветров. Ветер получает свое название по направлению от которого он дует, а не по тому в какую сторону он дует. То есть южный ветер дует с юга и потому часто оказывается теплым, северный ветер холодный, ведь он дует с берегов северного ледовитого океана. Очень часто название ветра состоит из двух слов, поскольку он может дуть не точно с юга или севера, а с промежуточного направления. Например в моем регионе преобладающими ветрами являются юго-западные, а вот с востока ветер почти никогда не дует.
Ветер - это движение масс воздуха. Теплые сверху, холодные снизу. Все как и положено по законам физики.
Если потоки воздуха несутся с севера - ветер северный, если с юга - южный.
Знать стороны света в той местности, где живешь, значит уметь предсказывать погоду.
Северный ветер несет похолодание, южный оттепели, восточный и западный умеренные температуры.
Если знать, откуда идет непогода и понаблюдать за ветром, то можно понять, будут ли осадки или все пройдет стороной.
Ветер имеет сво название от стороны света откуда он дует
Т.е. если ветер дует допустим с южной стороны, тогда и название его соответственно - Южный, если с юго-востока, тогда называется Юго-восточный и так далее.
Чтобы не путаться, станьте лицом к ветру и взгляните на компас, дальняя от вас сторона и будет соответствовать наименованию ветра.
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.
