Что такое направление ветра. Ветер. Измерение скорости и направления ветра.

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

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

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

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

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

Т а б л и ц а 1

Шкала Бофорта для определения силы ветра

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

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

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

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

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

? Проверь себя

Это интересно

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

Направление и скорость ветра - одно из лучших показателей изменений погоды. Различают 16 направлений ветра (румбов), обозначенных по сторонам света. Названия этих шестнадцати румбов, или направлений, откуда дует ветер, даны в следующей таблице:

Ветер называют по той части горизнота, откуда он дует. Моряки говорят, что ветер "дует в компас". Это выражение облегчит запоминание приведённой выше таблицы.

Помимо этих названий, есть ещё и местные. Так, например, на побережье Белого моря и в районе Мурманска местные рыбаки называют северо-восточный ветер "полуночником", южный - "летником", юго-восточный - "обеденником", юго-западный - "шеловником", северо-западный - "побережником". Есть свои названия ветров также на Чёрном, Каспийском морях и на Волге. Большое значение для определения погоды имеют местные ветры, которые необходимо знать и учитывать.

Чтобы определить направление ветра, надо смочить указательный палец и поднять его вертикально вверх. На стороне его, обращённой к ветру, почувствуется холод.

Направление ветра можно определить и по вымпелу, дыму и компасу. Став лицом к ветру и держа перед собой компас, нулевое деление которого подведено под северный конец стрелки, кладут на его центр спичку или тонкую прямую палочку, направив её в ту сторону, в которую стоит лицом наблюдатель, то есть навстречу ветру.

Прижав в таком положении спичку или палочку к стеклу компаса, надо посмотреть, над каким делением шкалы она приходится. Это и будет та часть горизонта, откуда дует ветер.

Указанием направления ветра служит приземление птиц. Они приземляются всегда против ветра.

Скорость ветра измеряется расстоянием (в метрах или километрах), на которое перемещается масса воздуха в 1 сек. (час.), а также в баллах по двенадцатибалльной системе Бофорта. Скорость ветра непрерывно меняется, и поэтому чаще принимают во внимание среднее её значение за 10 мин. Скорость ветра определяется специальными приборами, но её можно достаточно точно определить и на глаз, пользуясь приведённой ниже таблицей.

Определение скорости ветра (по К.В.Покровскому):

Сила волнения моря (озера) определяется по следующей таблице (по А.Г.Комовскому):

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с), километрах в час (км/ч), баллах (по шкале Бофорта от 0 до 12, в настоящее время до 13 баллов). 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.

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.

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).

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.

Самая обширная зона ветров земного шара находится в тропических широтах, где дуют пассаты.

На Земле ветер является потоком воздуха, который движется преимущественно в горизонтальном направлении; на других планетах он является потоком свойственным этим планетам атмосферных газов. Сильнейшие ветры Солнечной системы наблюдаются на Нептуне и Сатурне. Солнечный ветер является потоком разряженных газов от звезды, а планетарный ветер является потоком газов, отвечающих за дегазацию планетарной атмосферы в космическое пространство. Ветры, как правило, классифицируют по масштабам, скорости, видам сил, которые их вызывают, местам распространения и воздействию на окружающую среду.

Ветры классифицируют, в первую очередь, по их силе, продолжительности и направлению. Таким образом, порывами принято считать кратковременные (несколько секунд) и сильные перемещения воздуха. Сильные ветры средней продолжительности (примерно 1 минута) называются шквалами. Названия более продолжительных ветров зависят от силы, например, такими названиями являются бриз, буря, шторм, ураган, тайфун и др.

Ветры всегда влияли на человеческую цивилизацию, они вдохновляли на мифологические рассказы, влияли на исторические действия, расширяли диапазон торговли, культурного развития и войн, поставляли энергию для разнообразных механизмов производства энергии и отдыха. Благодаря парусным суднам, которые плыли за счет ветра, впервые появилась возможность преодолевать большие расстояния по морям и океанам. Воздушные шары, которые тоже двигались с помощью ветра, впервые позволили отправляться в воздушные путешествия, а современные летательные аппараты используют ветер для увеличения подъемной силы и экономии топлива. Однако, ветры могут быть и небезопасными, так градиентные колебания ветра могут вызвать потерю контроля над самолетом, быстрые ветры, а также вызванные ими большие волны, на больших водоемах часто приводят к разрушению штучных построек, а в некоторых случаях ветры способны увеличивать масштабы пожара.

Ветры могут влиять и на формирование рельефа, вызывая эоловые отложения, которые формируют различные виды грунтов (например, лёсс) или эрозию. Они могут переносить пески и пыль из пустынь на большие расстояния. Ветры разносят семена растений и помогают передвижению летающих животных, которые приводят к расширению видов на новой территории. Связанные с ветром явления разнообразными способами влияют на живую природу.

Ветер возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и направлен от зоны высокого давления к зоне низкого давления. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения.

Для визуальной оценки скорости ветра служит шкала Бофорта. Метеорологическое направление ветра указывается азимутом точки, откуда дует ветер; тогда как аэронавигационное направление ветра - куда дует, таким образом, значения различаются на 180°. Многолетние наблюдения за направлением и силой ветра изображают в виде графика - розы ветров.

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра не превышает 0 м/с. Ветер, скорость которого более 29 м/с, называется ураганом.

Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100 м/с.

Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его скорости и плотности воздуха. По шкале Бофорта штилю соответствует 0 баллов, а урагану максимальное количество баллов – 12.

На береговых станциях направление и силу ветра определяют по флюгеру и анемометру.

Зная общие закономерности распределения атмосферного давления, можно установить направление основных потоков воздуха в нижних слоях атмосферы Земли.

Роза ветров (в большинстве языков она называется «Роза компаса» ), - векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям и выглядит как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений («откуда» дует ветер). Розу ветров учитывают при строительстве взлётно-посадочных полос аэродромов, автомобильных дорог, планировке населенных мест (целесообразной ориентации зданий и улиц), оценке взаимного расположения жилмассива и промзоны (с точки зрения направления переноса примесей от промзоны) и множества других хозяйственных задач (агрономия, лесное и парковое хозяйство, экология и др.).

Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направление господствующего, или преобладающего ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность. Поэтому настоящая роза ветров, построенная на основании ряда наблюдений, может иметь существенные различия длин разных лучей. То, что в геральдике традиционно называют «розой ветров» - с равномерным и регулярным распределением лучей по азимутам сторон света в данной точке является распространённой метеорологической ошибкой; на самом деле это всего лишь географическое обозначение основных географических азимутов сторон горизонта в виде лучей.

Роза ветров помимо направления ветра может демонстрировать частоту ветров (дискретизированную по определённому признаку - в день, в месяц, в год), а также силу ветра, продолжительность ветра (минут в день, минут в час). Причём могут существовать розы ветров как для обозначения средних значений, так и для обозначения максимальных значений. Также возможно создание комплексной розы ветров, на которой будут присутствовать диаграммы двух и более параметров.

Вертикальное движение воздуха называется восходящим или нисходящим потоком.

Сила ветра. Она определяется давлением, которое оказывает движущийся воздух на предметы и замеряется в кг/м 2 . Сила ветра (Р) зависит от скорости: Р = 0,25 V 2 . Сила ветра зависит еще и от плотности воздуха, При одинаковой скорости ветра у земной поверхности и в верхней тропосфере сила его вверху в 5 раз меньше, чем у поверхности. Обычно, чем меньше плотность, тем больше скорость ветра. Поэтому с высотой скорость ветра возрастает, к тому же этому способствует отсутствие трения о подстилающую поверхность.

Направление ветра. Это сторона света, откуда дует ветер. Указать это направление, значит, назвать либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо азимут этого направления. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта и 8 промежуточных румбов.

Также как и для скорости, различают мгновенное и сглаженное направление ветра. Для анализа результатов наблюдений за направлением ветра строят специальные диаграммы «розу ветров» , на которой показывается повторяемость направлений ветра за месяц, год.

Диаграмма "роза ветров" (повторяемость ветров разных направлений в днях)

Направление ветра и его сила зависит в первую очередь от барического градиента. Только сила барического градиента приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Все другие силы, проявляющиеся при движении воздуха, могут лишь тормозить движение и отклонять его направление от направления барического градиента. Но, если бы на воздух действовала только сила барического градиента, то движение воздуха было бы равномерно ускоренным. Хотя это ускорение не велико, но при длительном действии скорость ветра могла бы достичь больших значений. Силой, уравновешивающей силу барического градиента , является сила Кориолиса, отклоняющая сила вращения Земли. Она равна нулю на экваторе и имеет наибольшую величину на полюсах. Она относится только к движущимся телам. В определенных условиях сила Кориолиса может уравновесить силу барического градиента. Когда эти две силы уравновесятся, то воздух будет двигаться прямолинейно и равномерно без трения. Такие условия появляются на высоте более 1000 м (нет трения о подстилающую поверхность). Такой ветер называется геострофическим.

Геострофический ветер дует вдоль изобар, оставляя низкое давление в северном полушарии слева, в южном полушарии – справа.

Скорость геострофического ветра прямо пропорциональна величине барического градиента. Чем гуще изобары, тем сильнее ветер.

Если движение воздуха происходит без действия силы трения по криволинейным изобарам, то кроме силы градиента и силы Кориолиса, появляется еще и центробежная сила. Направлена центробежная сила по радиусу кривизны в сторону выпуклости траектории. Ветер, дующий по криволинейным траекториям без влияния трения называют градиентным ветром .

Градиентный ветер направлен, как и геострофический ветер, по изобарам, только по круговым. Отсюда, в циклоне (Z) ветер будет дуть против часовой стрелки, в антициклоне (Az) – по часовой стрелке. Это относится к северному полушарию. В южном полушарии направления ветра в циклоне и антициклоне изменяются на противоположные.

Литература

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.

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

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

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

Образование атмосферных потоков, их масштаб

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

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

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

Влияние ветра на погодные условия

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

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

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

Скорость и сила ветра, шкала Бофорта

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

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

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