Ветер представляет собой движение воздуха в горизонтальном направлении вдоль земной поверхности. В какую сторону он дует, зависит от распределения зон давления в атмосфере планеты. В статье рассматриваются вопросы, связанные со скоростью и направлением ветра.
Пожалуй, редким явлением в природе будет абсолютно тихая погода, поскольку постоянно можно ощущать, что дует легкий ветерок. С древних времен человечество интересовало направления движения воздуха, поэтому был изобретен так называемый флюгер или ветреник. Прибор представляет собой стрелку, свободно вращающуюся на вертикальной оси под воздействием силы ветра. Она указывает его направление. Если определить точку на горизонте, откуда дует ветер, тогда линия, проведенная между этой точкой и наблюдателем, покажет направление движения воздуха.
Чтобы наблюдатель мог передать другим людям информацию о ветре, используют такие понятия, как север, юг, восток, запад и различные их комбинации. Поскольку совокупность всех направлений образует окружность, то словесная формулировка также дублируется соответствующим значением в градусах. Например, северный ветер означает 0 o (синяя стрелка компаса показывает точно на север).
Понятие о розе ветров
Говоря о направлении и скорости движения воздушных масс, следует сказать несколько слов о розе ветров. Она представляет собой круг, на котором изображены линии, показывающие, как движутся потоки воздуха. Первые упоминания об этом символе обнаружены в книгах латинского философа Плиния Старшего.
Весь круг, отражающий возможные горизонтальные направления поступательного движения воздуха, на розе ветров разделен на 32 части. Основными из них являются север (0 o или 360 o), юг (180 o), восток (90 o) и запад (270 o). Полученные четыре доли круга делятся далее, образуя северо-запад (315 o), северо-восток (45 o), юго-запад (225 o) и юго-восток (135 o). Полученные 8 частей круга снова делятся каждая пополам, что образует дополнительные линии на розе ветров. Поскольку в итоге получается 32 линии, то угловое расстояние между ними оказывается равным 11,25 o (360 o /32).
Отметим, что отличительной особенностью розы ветров является изображение геральдической лилии, расположенной над значком севера (N).
Откуда дует ветер?
Горизонтальные перемещения больших воздушных масс всегда осуществляются из областей высокого давления в зоны с меньшей плотностью воздуха. При этом ответить на вопрос, какая скорость ветра, можно, изучив расположение на географической карте изобар, то есть широких линий, в пределах которых давление воздуха является неизменным. Скорость и направление перемещения воздушных масс определяется двумя основными факторами:
- Ветер всегда дует из областей, где стоит антициклон, в области, которые покрывает циклон. Понять это можно, если вспомнить, что в первом случае идет речь о зонах повышенного давления, а во втором случае - пониженного.
- Скорость ветра находится в прямой пропорциональности от расстояния, которое разделяет две соседние изобары. Действительно, чем больше это расстояние, тем слабее будет ощущаться перепад давления (в математике говорят градиент), а значит, поступательное движение воздуха будет более медленным, чем в случае малых расстояний между изобарами и больших градиентов давления.
Факторы, влияющие на скорость ветра
Один из них и самый главный уже был озвучен выше - это градиент давления между соседними воздушными массами.
Помимо этого средняя скорость ветра зависит от рельефа поверхности, над которой он дует. Любые неровности этой поверхности значительно сдерживают поступательное движение масс воздуха. Например, каждый, кто хотя бы один раз был в горах, должен был заметить, что у подножия ветра слабые. Чем выше забираться по склону горы, тем сильнее ощущается ветер.
По той же причине ветра сильнее дуют над морской гладью, чем над сушей. Она часто изъедена оврагами, покрыта лесами, холмами и горными цепями. Все эти неоднородности, которых нет над морями и океанами, замедляют любые порывы ветра.
Высоко над поверхностью земли (порядка нескольких километров) нет никаких препятствий для горизонтального перемещения воздуха, поэтому скорость ветра в верхних слоях тропосферы является большой.
Еще один фактор, который важно учитывать при разговоре о скоростях перемещения масс воздуха, это сила Кориолиса. Порождается она за счет вращения нашей планеты, а поскольку атмосфера обладает инерционными свойствами, то любые перемещения в ней воздуха испытывают отклонение. Ввиду того, что Земля вращается с запада на восток вокруг собственной оси, то действие Кориолисовой силы приводит к отклонению ветра вправо в северном полушарии, и влево в южном.
Любопытно, но указанный эффект Кориолисовой силы, который является незначительным в низких широтах (тропики), оказывает сильное влияние на климат этих зон. Дело в том, что замедление скорости ветра в тропиках и на экваторе, компенсируется усилением восходящих потоков. Последние же, в свою очередь, приводят к интенсивному образованию кучевых облаков, являющихся источниками сильных тропических ливней.
Прибор для измерения скорости ветра
Им является анемометр, который представляет собой три чашечки, расположенные под углом 120 o относительно друг друга, и закрепленные на вертикальной оси. Принцип действия анемометра достаточно прост. Когда ветер дует, то чашечки испытывают на себе его давление и начинают вращаться на оси. Чем сильнее давление воздуха, тем быстрее они вращаются. Измерив скорость этого вращения, можно точно определить скорость ветра в м/c (метрах в секунду). Современные анемометры снабжены специальными электрическими системами, которые самостоятельно вычисляют измеряемую величину.
Прибор скорости ветра на основе вращения чашечек не является единственным. Существует еще один простой инструмент, который называется трубкой Пито. Этот прибор измеряет динамическое и статическое давление ветра, по разности которых можно точно вычислить его скорость.
Шкала Бофорта
Информация о скорости ветра, выраженная в метрах в секунду или километрах в час, для большинства людей - и особенно для моряков - мало о чем говорит. Поэтому в XIX веке английский адмирал Фрэнсис Бофорт предложил для оценки использовать некоторую эмпирическую шкалу, которая состоит из 12-бальной системы.
Чем выше балл по шкале Бофорта, тем сильнее дует ветер. Например:
- Цифра 0 соответствует абсолютному штилю. При нем ветер дует со скоростью, не превышающей 1 мили в час, то есть менее 2 км/ч (менее 1 м/с).
- Середина шкалы (цифра 6) соответствует сильному бризу, скорость которого достигает 40-50 км/ч (11-14 м/с). Такой ветер способен поднимать большие волны на море.
- Максимум по шкале Бофорта (12) - это ураган, скорость которого превышает 120 км/ч (более 30 м/с).
Основные ветра на планете Земля
Их в атмосфере нашей планеты принято относить к одному из четырех типов:
- Глобальные. Образуются в результате различной способности континентов и океанов нагреваться от солнечных лучей.
- Сезонные. Эти ветра изменяются в зависимости сезона года, который определяет, какое количество солнечной энергии получает определенная зона планеты.
- Локальные. Они связаны с особенностями географического положения и рельефа рассматриваемой местности.
- Вращающиеся. Это самые сильные движения воздушных масс, которые приводят к образованию ураганов.
Почему важно изучать ветра?
Помимо того, что информация о скорости ветра включена в прогноз погоды, который учитывает каждый житель планеты в своей жизни, движение воздуха играет большую роль в ряде природных процессов.
Так, он является носителем пыльцы растений и участвует в распространении их семян. Кроме того, ветер - это один из основных источников эрозии. Его разрушающий эффект сильнее всего проявляется в пустынях, когда в течение суток рельеф местности меняется кардинальным образом.
Не следует также забывать, что ветер - это энергия, которую люди используют в хозяйственной деятельности. По общим оценкам, ветровая энергия составляет около 2% от всей солнечной энергии, падающей на нашу планету.
Многие задаются вопросом: при какой скорости ветра не летают самолеты? Действительно, есть определенные ограничения по скорости. По сравнению со скоростью движения воздушного судна, которая достигает 250 м/c, даже сильный ветер со скоростью 20 м/c не помешает самолету во время полета. Однако боковой ветер может помешать авиалайнеру, когда тот перемещается с меньшей скоростью, а именно в момент взлета или посадки. Поэтому при таких условиях не взлетают самолеты. Воздушные потоки влияют на скорость воздушного судна, направление движения, а также на длину пробега и разбега. В атмосфере эти потоки присутствуют на всех высотах. Такое движение воздуха по отношению к летящему авиалайнеру представляет собой переносное движение. Если дует сильный ветер, направление движения авиалайнера по отношению к земле не совпадает с продольной осью воздушного судна. Сильные воздушные потоки могут сносить самолет с курса.
Авиалайнеры всегда совершают посадку и взлет против направления ветра. В случае взлета или посадки при попутном ветре длина разбега и пробега значительно увеличивается. При взлете или посадке авиалайнер проникает в нижний слой атмосферы так быстро, что летчик не успевает отреагировать на изменение ветра. Если он не будет знать о резком усилении или, наоборот, ослаблении воздушных потоков в нижних слоях атмосферы, это чревато авиакатастрофой.
Во время взлета, когда авиалайнер набирает высоту, он попадает в зону сильного встречного ветра. С набором высоты увеличивается подъемная сила воздушного судна. Причем увеличение происходит быстрее, чем это может проконтролировать летчик. Траектория полета при этом может оказаться выше расчетной. Если наблюдается резкое усиление ветра, это может стать причиной того, что авиалайнер попадет на закритический угол атаки. Это может привести к срыву воздушного потока и столкновению с поверхностью земли.
Как правило, допустимая максимальная сила ветра определяется для каждого самолета индивидуально в зависимости от специфики его конкретных характеристик и технических возможностей. Устанавливает максимальную скорость ветра, при которой можно осуществлять взлет или посадку, производитель авиалайнера. Точнее, производитель устанавливает две максимальные скорости: попутную и боковую. Попутная скорость для большинства современных авиалайнеров одинакова. При взлете и посадке попутная скорость не должна превышать 5 м/с. Что касается боковой скорости, то для каждого авиалайнера она различна:
- для самолетов ТУ-154 – 17 м/с;
- для АН-24 – 12 м/с;
- для ТУ-134 – 20 м/с.
В среднем для авиалайнеров устанавливается максимальная боковая скорость 17 м/с . При большей скорости подавляющее большинство самолетов не взлетают. Если в зоне прилета наблюдается резкое усиление ветра, скорость которого превышает допустимые показатели, самолеты не садятся в этом аэропорту, а совершают аварийную посадку на другой ВПП, где условия позволяют авиалайнеру безопасно приземлиться.
Отвечая на вопрос, при каком ветре не летают самолеты, можно с уверенностью сказать, что при скорости более 20 м/c, если ветер дует перпендикулярно ВПП, взлет не может быть осуществлен. Такой сильный ветер связан с прохождением мощных циклонов. Ниже вы можете посмотреть видео посадки самолета при сильном боковом ветре, чтобы увидеть, насколько это сложно сделать даже профессиональному опытному летчику с большим стажем. Особую опасность в данном случае представляет порывистый ветер в нижних слоях атмосферы. Он может начать дуть в самый неподходящий момент, образовав большой крен, который представляет огромную опасность для самолета.
Боковой ветер опасен тем, что требует от летчика определенных действий, которые совершить очень сложно. В авиации есть такое понятие, как «угол сноса». Этот термин означает величину угла, на который авиалайнер отклоняется от заданного направления из-за ветра. Чем сильнее ветер, тем больше этот угол. Соответственно, тем больше усилий требуется приложить пилоту, чтобы развернуть авиалайнер на этот угол в обратную сторону. Пока воздушное судно находится в полете, даже такой сильный ветер не вызывает никаких проблем. Но как только самолет соприкасается с поверхностью взлетно-посадочной полосы, авиалайнер обретает сцепление и начинает двигаться в направлении, параллельном своей оси. В этот момент летчик должен резко изменить направление движения авиалайнера, что очень непросто.
Что касается проблемы сильного попутного ветра, она легко решается сменой рабочего порога взлетно-посадочной полосы. Однако такая возможность есть не у каждого аэровокзала. Например, Сочи и Геленджик лишены такой возможности. Если сильный ветер дует в сторону моря, посадка может быть осуществлена, а вот взлет при таких условиях небезопасный. То есть посадка самолета при сильном ветре возможна, но далеко не во всех случаях.
Состояние ВПП
Даже если скорость ветра позволяет совершать взлет или посадку, учитывается еще целый ряд факторов, которые могут повлиять на окончательное решение. В частности, помимо погодных условий, видимости, учитывается состояние взлетно-посадочной полосы. Если она покрылась льдом, посадка или взлет не могут быть осуществлены. В авиации есть такой термин, как «коэффициент сцепления». Если этот показатель ниже 0.3, данная взлетно-посадочная полоса не годится для осуществления посадки или взлета и нуждается в очистке. Если снижение коэффициента сцепления произошло из-за сильного снегопада, при котором очистка невозможна, закрывают весь аэропорт, пока погода не наладится. Такой перерыв в работе может длиться несколько часов.
Как принимают решение на взлет?
Такое решение должен принимать командир авиалайнера. Для этого прежде всего он должен ознакомиться с метеорологическими данными по аэроузлам вылета, посадки и запасным аэропортам. Для этого используются прогнозы METAR и TAF. Первый прогноз выпускается для всех аэропортов каждые полчаса. Второй предоставляется каждые 3-6 часов. В таких прогнозах отражается вся значимая информация, которая может оказать влияние на решение о взлете или отмене рейса. В частности, в таких прогнозах есть данные о скорости ветра и ее изменениях.
Для принятия решения все рейсы условно делятся на 2-часовые и более продолжительные. Если перелет длится менее двух часов, для взлета достаточно, чтобы фактическая погода была приемлемой (выше установленного минимума). Если полет более продолжительный, обязательно дополнительно учитывается прогноз TAF. Если в пункте назначения погодные условия не позволяют осуществить посадку, в некоторых случаях, решение о взлете может быть положительным. Например, если погодные условия в пункте назначения ниже минимума, однако, в непосредственной близости имеются два аэродрома с оптимальными погодными условиями. Но положительное решение и в этих случаях практически никогда не принимают, учитывая опасность такого полета.
Вконтакте
Ветер - это горизонтальный поток воздуха, который отличается рядом определенных характеристик: силой, направлением и скоростью. Именно для определения скорости ветров ирландский адмирал еще в начале XIX века разработал специальную таблицу. Так называемая шкала Бофорта используется и в наши дни. Что представляет собой шкала? Как правильно нею пользоваться? И что шкала Бофорта не позволяет определить?
Что такое ветер?
Научное определение данного понятия следующее: ветер - это воздушный поток, который движется параллельно земной поверхности из области высокого в область низкого атмосферного давления. Это явление характерно не только для нашей планеты. Так, самые сильные в Солнечной системе ветра дуют на Нептуне и Сатурне. И земные ветра, по сравнению с ними, могут показаться легким и весьма приятным бризом.
Ветер всегда играл немаловажную роль в жизни человека. Он вдохновлял древних писателей на создание мифических сюжетов, легенд и сказок. Именно благодаря ветру у человека появилась возможность преодолевать значительные расстояния по морю (с помощью парусников) и по воздуху (посредством воздушных шаров). Ветер задействован и в «построении» многих земных ландшафтов. Так, он переносит с места на место миллионы песчинок, формируя тем самым уникальные эоловые формы рельефа: дюны, барханы и песчаные гряды.
В то же время, ветра способны не только созидать, но и разрушать. Их градиентные колебания способны спровоцировать потерю контроля над самолетом. Сильный ветер существенно расширяет масштабы лесных пожаров, а на крупных водоемах рождает огромные волны, которые разрушают дома и уносят жизни людей. Вот почему так важно изучать и измерять ветер.
Основные параметры ветра
Принято выделять четыре основных параметра ветра: сила, скорость, направление и продолжительность. Все они измеряются посредством специальных приспособлений. Силу и скорость ветра определяют при помощи так называемого анемометра, направление - с помощью флюгера.
Исходя из параметра продолжительности, метеорологи выделяют шквалы, бризы, штормы, ураганы, тайфуны и прочие типы ветров. Направление ветра определяется по той стороне горизонта, откуда он дует. Для удобства их сокращают следующими латинскими буквами:
- N (северный).
- S (южный).
- W (западный).
- E (восточный).
- C (затишье).
Наконец, скорость ветра измеряется на высоте 10 метров при помощи анемометров или специальных радаров. Причем продолжительность таких измерений в разных странах мира неодинакова. Например, на американских метеорологических станциях учитывается усредненная скорость воздушных потоков за 1 минуту, в Индии - за 3 минуты, а во многих европейских странах - за 10 минут. Классический инструмент представления данных по скорости и силе ветра - это так называемая шкала Бофорта. Как и когда она появилась?
Кто такой Фрэнсис Бофорт?
Фрэнсис Бофорт (1774-1857) - ирландский моряк, военный адмирал и картограф. Он родился в небольшом городке Ан-Уавь в Ирландии. Окончив школу, 12-летний мальчик продолжил свое обучение под предводительством известного профессора Ушера. В этот период он впервые проявил незаурядные способности к изучению «морских наук». В подростковом возрасте он поступил на службу в восточно-индийскую компанию и принял активное участие в съемке Яванского моря.
Следует отметить, что Фрэнсис Бофорт рос довольно смелым и отважным парнем. Так, во время крушения судна в 1789 году юноша проявил огромную самоотверженность. Растеряв всю свою еду и личные вещи, он сумел спасти ценные инструменты команды. В 1794 году Бофорт участвовал в морском сражении против французов и героически буксировал подбитое вражеским огнем судно.
Разработка ветровой шкалы
Фрэнсис Бофорт был на редкость трудолюбив. Каждый день он просыпался в пять часов утра и сразу же принимался за работу. Бофорт был значимым авторитетом среди военных и моряков. Однако всемирную славу он приобрел благодаря своей уникальной разработке. Будучи еще мичманом, любознательный юноша вел ежедневный дневник наблюдений за погодой. Позже все эти наблюдения помогли ему составить специальную шкалу ветров. В 1838 году она была официально утверждена британским адмиралтейством.
В честь знаменитого ученого и картографа названо одно из морей, остров в Антарктике, река и мыс в северной Канаде. А еще Фрэнсис Бофорт прославился тем, что создал полиалфавитный военный шифр, также получивший его имя.
Шкала Бофорта и ее особенности
Шкала представляет собой наиболее раннюю классификацию ветров по их силе и скорости. Она была разработана на основе метеорологических наблюдений в условиях открытого моря. Изначально классическая шкала ветров Бофорта является двенадцатибалльной. Лишь в середине ХХ века она была расширена до 17-ти уровней, чтобы можно было различать ветра ураганной силы.
Сила ветра по шкале Бофорта определяется по двум критериям:
- По его воздействию на различные наземные предметы и объекты.
- По степени волнения открытого моря.
Важно отметить, что шкала Бофорта не позволяет определять продолжительность и направление воздушных потоков. В ней содержится подробная классификация ветров по их силе и скорости.
Шкала Бофорта: таблица для суши
Ниже представлена таблица с подробным описанием воздействия ветра на наземные предметы и объекты. Шкала, разработанная ирландским ученым Ф. Бофортом, состоит из двенадцати уровней (баллов).
Сила ветра (в баллах) | Скорость ветра | Воздействие ветра на предметы |
| 0 | 0-0,2 | Полный штиль. Дым поднимается вверх строго вертикально |
| 1 | 0,3-1,5 | Дым немного отклоняется в сторону, однако флюгеры остаются неподвижными |
| 2 | 1,6-3,3 | Начинает шелестеть листва на деревьях, ветер ощущается кожей лица |
| 3 | 3,4-5,4 | Развеваются полотнища флагов, колышутся листья и мелкие ветки на деревьях |
| 4 | 5,5-7,9 | Ветер поднимает с земли пыль и мелкий мусор |
| 5 | 8,0-10,7 | Ветер можно «пощупать» руками. Колышутся тонкие стволы маленьких деревьев. |
| 6 | 10,8-13,8 | Колышутся крупные ветки, «гудят» провода |
| 7 | 13,9-17,1 | Раскачиваются стволы деревьев |
| 8 | 17,2-20,7 | Ломаются ветки деревьев. Идти против ветра становится весьма трудно |
| 9 | 20,8-24,4 | Ветер разрушает навесы и крыши зданий |
| 10 | 24,5-28,4 | Существенные разрушения, ветер может вырывать деревья из земли |
| 11 | 28,5-32,6 | Большие разрушения на больших площадях |
| 12 | более 32,6 | Огромные повреждения домов и построек. Ветер уничтожает растительность |
Таблица Бофорта по состоянию моря
В океанографии существует такое понятие, как состояние моря. Оно включает в себя высоту, периодичность и силу морских волн. Ниже представлена шкала Бофорта (таблица), которая поможет определить силу и скорость ветра, исходя из этих признаков.
Сила ветра (в баллах) | Скорость ветра | Воздействие ветра на море |
| 0 | 0-1 | Поверхность водного зеркала идеально ровная и гладкая |
| 1 | 1-3 | На поверхности воды появляется мелкое волнение, рябь |
| 2 | 4-6 | Появляются короткие волны до 30 см в высоту |
| 3 | 7-10 | Волны короткие, но отчетливо выраженные, с пеной и «барашками» |
| 4 | 11-16 | Появляются удлиненные волны до 1,5 м в высоту |
| 5 | 17-21 | Волны длинные с повсеместным распространением «барашков» |
| 6 | 22-27 | Образуются крупные волны с брызгами и пенистыми гребнями |
| 7 | 28-33 | Большие волны до 5 м в высоту, пена ложится полосами |
| 8 | 34-40 | Высокие и длинные волны с мощными брызгами (до 7,5 м) |
| 9 | 41-47 | Образуются высокие (до десяти метров) волны, гребни которых опрокидываются и рассыпаются брызгами |
| 10 | 48-55 | Очень высокие волны, которые опрокидываются с сильным грохотом. Вся поверхность моря покрыта белой пеной |
| 11 | 56-63 | Вся водная поверхность покрывается длинными белесыми хлопьями пены. Видимость существенно ограничена |
| 12 | свыше 64 | Ураган. Видимость объектов очень плохая. Воздух перенасыщен брызгами и пеной |
Таким образом, благодаря шкале Бофорта люди могут наблюдать за ветром и оценивать его силу. Это дает возможность составлять максимально точные прогнозы погоды.
Какой ветер самый сильный, Вы узнаете из этой статьи.
Какой ветер считается сильным?
Существует шкала, по которой определяется сила ветра:
- Скорость ветра 0-5 м/с – слабый поток ветра.
- Скорость ветра 6-14 м/с – умеренный поток ветра.
- Скорость ветра свыше 14 м/с – сильный ветер.
- Скорость ветра от 25 м/с – очень сильный ветер.
- Скорость ветра выше 33 м/с - ураган.
Что такое ветер?
Ветер является движением воздуха касательно земной поверхности. Как правило, имеется в виду горизонтальная составляющая данного движения. И ее можно определить при помощи станционных приборов — флюгера, анемометра и так далее, а в атмосфере скорость и движение ветра исчисляется при помощи шаропилотных наблюдений.
Ветер, как явление, возникает в результате разного уровня атмосферного давления в различных атмосферных точках.
Поскольку давление способно изменяться и по вертикали и по горизонтали, то воздух начинает двигаться под неким углом к поверхности. Но нас интересует только горизонтальная составляющая движения ветра. Ведь вертикальная составляющая данного явления, как правило, очень мала и ее можно определить только в случаи сильной конвекции.
В понятие ветра также рассматривается числовая величина скорости ветра, которая выражается в метрах за секунду, километрах в час, узлах или же условных единицах, направление ветра, откуда и куда дует ветер. Для того, чтобы обозначить направления ветра принято указывать либо румб, либо угол.
Выделяют сглаженную скорость ветра и мгновенную. Сглаженная скорость характеризуется кратким периодом длительности, на протяжении которого осуществляются наблюдения. А мгновенная скорость ветра сильно колеблется и, зачастую, становится выше или ниже, чем сглаженная скорость.
Шкала для определения скорости, силы и названия ветра (шкала Бофорта)
Различают сглаженную скорость за некоторый небольшой промежуток времени имгновенную , скорость в данный момент времени. Скорость измеряют анемометром, с помощью доски Вильда.
Наибольшая средняя годовая скорость ветра (22 м/сек) наблюдалась на побережье Антарктиды. Средняя суточная скорость, там доходит иногда до 44 м/сек, а в отдельные моменты достигает 90 м/сек.
Скорость ветра имеет суточный ход . Он близок к суточному ходу температуры. Максимальная скорость в приземном слое (100 м – летом, 50 м – зимой) наблюдается в 13-14 часов, минимальная скорость – в ночные часы. В более высоких слоях атмосферы суточный ход скорости обратный. Это объясняется изменением интенсивности вертикального обмена в атмосфере в течение суток. Днем интенсивный вертикальный обмен затрудняет горизонтальное перемещение воздушных масс. Ночью этого препятствия нет и Вм перемещаются по направлению барического градиента.
Скорость ветра зависит от разницы давления и прямо пропорциональна ей: чем больше разность давления (горизонтальный барический градиент), тем больше скорость ветра. Средняя многолетняя скорость ветра у земной поверхности 4-9 м/с, редко более 15 м/с. В штормах и ураганах (умеренных широт) - до 30 м/с, в порывах до 60 м/с. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/с, а в порывах могут достигать 120 м/с.
Приборы, при помощи которых измеряется скорость ветра, называют анемометрами. Большинство анемометров построено по принципу ветряной мельницы. Так, например, анемометр Фусса имеет вверху четыре полушария (чашки), обращенные в одну сторону (рис. 75).
Эта система полушарий вращается около вертикальной оси, причем количество оборотов отмечается счетчиком. Прибор выставляется на ветер, и, когда «мельница из полушарий» приобретает более или менее постоянную скорость, включается счетчик на точно определенное время. По табличке, на которой указано количество оборотов для каждой скорости ветра, и по количеству найденных оборотов определяется скорость. Существуют более сложные приборы, которые имеют приспособление для автоматической записи направления и скорости ветра. Применяются также и простые приборы, по которым одновременно можно определить направление и силу ветра. Примером такого прибора может служить распространенный на всех метеорологических станциях флюгер Вильда.
Направление ветра определяется той стороной горизонта, с которой дует ветер. Для его обозначения применяется восемь основных направлений (румбов): С, СЗ, З, ЮЗ, Ю, ЮВ, В, СВ. Направление зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли.
Роза ветров. Ветры подобно другим явлениям в жизни атмосферы подвержены сильным изменениям. Поэтому и здесь приходится находить средние величины.
Для определения господствующих направлений ветров за тот или другой период времени поступают следующим образом. Проводят из какой-нибудь точки восемь главных направлений, или румбов, и на каждом по определенному масштабу откладывают повторяемость ветров. На полученном изображении, известном под названием розы ветров, ясно видны господствующие ветры (рис. 76).
Сила ветра зависит от его скорости и показывает, какое динамическое давление оказывает воздушный поток на какую-либо поверхность. Сила ветра измеряется в килограммах на квадратный метр (кг/м2).
Структура ветра. Ветер нельзя представить себе однородным воздушным течением, имеющим одинаковое направление и одинаковую скорость во всей своей массе. Наблюдения показывают, что ветер дует порывисто, как бы отдельными толчками, порой стихает, потом снова приобретает прежнюю скорость. При этом направление ветра тоже подвержено изменениям. Наблюдения, производимые в более высоких слоях воздуха, показывают, что порывистость с высотой уменьшается. Замечено также, что в различные времена года и даже в различные часы дня порывистость ветра неодинакова. Наибольшая порывистость наблюдается весной. В течение суток наибольшее ослабление ветра - ночью. Порывистость ветра зависит от характера земной поверхности: чем больше неровностей, тем больше порывистость и наоборот.
Причины ветров. Воздух остаётся в покое до тех пор, пока давление в данном участке атмосферы распределяется более или менее равномерно. Но стоит давлению в каком-либо участке увеличиться или уменьшиться, как воздух потечёт от места большего давления в сторону меньшего. Начавшееся перемещение масс воздуха будет продолжаться до тех пор, пока разность давлений не выравнится и не установится равновесие.
Устойчивого равновесия в атмосфере почти никогда не наблюдается, поэтому и ветры относятся к наиболее часто повторяющимся явлениям в природе.
Причин, нарушающих равновесие атмосферы, очень много. Но одной из первых причин, порождающей разность давлений, является различие температур. Разберём простейший случай.
Перед нами поверхность моря и прибрежная часть суши. Днём поверхность суши нагревается быстрее поверхности моря. Благодаря этому нижний слой воздуха над сушей расширяется больше, чем над морем (рис. 77, I). В результате вверху сейчас же создается воздушное течение от более теплой области к более холодной (рис. 77, II).
Ввиду того, что часть воздуха из теплой области перетекла (вверху) в сторону холодной, давление в пределах холодной области увеличится, а в пределах теплой области уменьшится. В результате возникает воздушное течение теперь уже в нижнем слое атмосферы от холодной области к теплой (в нашем случае от моря к суше) (рис. 77, III).
Подобные воздушные течения обычно возникают на морском побережье или по берегам больших озер и носят название бризов. В приведенном нами примере - бриз дневной. Ночью картина совершенно обратная, ибо поверхность суши, остывая быстрее поверхности моря, становится холоднее. В результате в верхних слоях атмосферы воздух будет течь в сторону суши, а в нижних слоях в сторону моря (ночной бриз).
Подъем воздуха с теплой области и опускание в холодной объединяет верхнее и нижнее течение и создает замкнутую циркуляцию (рис. 78). В этих замкнутых круговоротах вертикальные части пути обыкновенно очень малы, горизонтальные же, наоборот, могут достигать огромных размеров.
Причины различной скорости ветров. Само собой понятно, что скорость ветра должна зависеть от градиента давления (т. е. определяться прежде всего разницей в давлениях на единицу расстояния). Если бы, кроме силы, обусловленной градиентом, никаких других сил на массу воздуха не действовало, то воздух двигался бы равномерно-ускоренно. Однако этого не получается, потому что существует немало причин, которые замедляют движение воздуха. Сюда в первую очередь относится трение.
Различают трение двух видов: 1) трение приземного слоя воздуха о земную поверхность и 2) трение, возникающее внутри самого движущегося воздуха.
Первое находится в прямой зависимости от характера поверхности. Так, например, водная поверхность и равнинная степь создают наименьшее трение. При этих условиях скорость ветра всегда значительно возрастает. Поверхность же, имеющая неровности, создает большие препятствия движущемуся воздуху, что приводит к уменьшению скорости ветра. Особенно сильно понижают скорость ветра городские постройки и лесные насаждения (рис. 79).
Наблюдения, произведенные в лесу, показали, что уже в 50 м от опушки скорость ветра уменьшается до 60-70% первоначальной скорости, в 100 м до 7%, в 200 м до 2-3%.
Трение, которое возникает между соседними слоями движущихся масс воздуха, называют внутренним трением. Внутреннее трение обусловливает передачу движения от одного слоя к другому. Приземный слой воздуха в результате трения о земную поверхность имеет наиболее замедленнее движение. Выше лежащий слой, соприкасаясь с движущимся нижним слоем, также замедляет свое движение, но уже в гораздо меньшей степени. Еще меньшее воздействие испытывает следующий слой и т. д. В результате скорость движения воздуха с высотой постепенно возрастает.
Направление ветров. Если главнейшей причиной ветра является разница в давлениях, то ветер должен дуть из области большего давления в область меньшего давления в направлении, перпендикулярном изобарам. Однако этого не происходит. В действительности (как это установлено наблюдениями) ветер дует главным образом вдоль изобар и только слегка отклоняется в сторону низкого давления. Это происходит вследствие отклоняющего действия вращения Земли. В свое время мы уже говорили, что всякое движущееся тело под влиянием вращения Земли отклоняется от своего первоначального пути в северном полушарии вправо, а в южном влево. Говорили также и о том, что отклоняющаяся сила по направлению от экватора к полюсам возрастает. Совершенно понятно, что движение воздуха, возникшее в силу разности давлений, сразу же начинает испытывать на себе влияние этой отклоняющей силы. Сама по себе эта сила невелика. Но благодаря непрерывности ее действия в конце концов эффект получается очень большой. Если бы не было трения и других влияний, то в результате непрерывно действующего отклонения ветер мог бы описать замкнутую кривую, близкую к окружности. На самом деле благодаря влиянию различных причин подобного отклонения не получается, но тем не менее оно все же весьма значительно. Достаточно указать хотя бы на пассаты, направление которых, при неподвижном состоянии Земли, должно бы совпадать с направлением меридиана. Между тем их направление в северном полушарии северо-восточное, в южном - юго-восточное, а в умеренных широтах, где сила отклонения еще больше, ветер, дующий с юга на север, приобретает западно-юго-западное направление (в северном полушарии).
Главнейшие системы ветров. Ветры, наблюдаемые на земной поверхности, очень разнообразны. В зависимости от причин, порождающих это разнообразие, мы разделим их на три большие группы. К первой группе отнесем ветры, причины которых зависят главным образом от местных условий, ко второй - ветры, обусловленные общей циркуляцией атмосферы, и к третьей - ветры циклонов и антициклонов. Начнем наше рассмотрение с наиболее простых ветров, причины которых зависят преимущественно от местных условий. Сюда мы относим бризы, различные горные, долинные, степные и пустынные ветры, а также и муссонные ветры, которые уже зависят не только от местных причин, но и от общей циркуляции атмосферы.
Ветры чрезвычайно разнообразны по происхождению, характеру и значению. Так, в умеренных широтах, где господствует западный перенос, преобладают ветры западных направлений (СЗ, З, ЮЗ). Эти области занимают обширные пространства - примерно от 30 до 60° в каждом полушарии. В полярных областях ветры дуют от полюсов к зонам пониженного давления умеренных широт. В этих областях преобладают северо-восточные ветры в Арктике и юго-восточные в Антарктике. При этом юго-восточные ветры Антарктики, в отличие от Арктических, более устойчивые и имеют большие скорости.
