Ветры. Энергия ураганов

Ветер представляет собой движение воздуха, которое происходит параллельно земной поверхности и имеет горизонтальный характер. Главным свойством такого потока считается вектор его скорости. На практике эта величина представляет числовое значение. Дополнительными характеристиками являются направление и сила ветра. По этим критериям существует сразу несколько классификаций.

Общие понятия

Ветер на планете Земля - это поток воздуха, преимущественно движущийся горизонтально. Подобное явление наблюдается и на других космических телах. Однако в этом случае речь уже идет о потоке атмосферных газов. Так различают солнечный и планетарный ветра.

Потоки воздуха на Земле классифицируются по скорости, масштабам, силе, воздействию на объекты и районам распространения. Тем не менее, главной характеристикой по-прежнему остается направление ветра. Также не следует забывать о его продолжительности. Именно по этим критериям ветра классифицируют в первую очередь. Например, кратковременные и длительные, сильные и слабые и т. д.

Мощными непродолжительными потоками называются шквалы. Их длительность редко превышает 1 минуту. Из наиболее продолжительных можно выделить бриз, шторм, бурю, тайфун и ураган. Все они дополнительно характеризуются силами возникновения и воздействия. В свою очередь, длительность ветра может быть от пары секунд до нескольких месяцев. Зависит это явление от разницы нагрева частиц воздуха, особенностей рельефа, циркуляцией атмосферы.

В редких случаях имеют место вертикальные ветра. Их движение направлено снизу вверх или наоборот. Такие потоки называются нисходящими или восходящими.

Способы измерения характеристик

Чтобы узнать, какое направление ветра, необходимо воспользоваться одним из специальных приборов. Каждый из таких инструментов показывает азимут точки исхода потока. Итоговые значения будут находиться в диапазоне 180 градусов.

Скорость и направление ветра можно измерить анемометром. Этот прибор нашел применение в энергетической промышленности. Поток ударяется о специальную мембрану. Толчок фиксируется датчиком, данные обрабатываются и выдаются на экран.

Для измерения сугубо направления ветра можно использовать обычный флюгер. Этот инструмент работает даже при малейшем дуновении. В итоге стрелка укажет направление ветра. Погрешность зависит от качества флюгера. В среднем она варьируется в пределах 2-3%.

Если под рукой отсутствуют необходимые инструменты, можно воспользоваться указательным пальцем. Просто смочить его и выставить вверх. Палец быстро ощутит прохладу. Таким образом, можно определить, с какой стороны движется поток. С другой стороны, подобная технология не действует при жарких влажных климатических условиях.

Направление ветра

Движение потока воздуха определяется горизонтально по той стороне, с которой оно исходит. Если дует на север, то направление ветра южное. Такое движение напрямую зависит от силы вращения планеты и распределения атмосферного давления. Чем ближе потоки к поверхности Земли, тем они вариативнее.

Как известно, вода и суша нагреваются с разной скоростью. В летнее время температура поверхности земли повышается быстро. Вследствие этого явления воздух нагревается, расширяется и становится куда легче. В свою очередь, над поверхностью воды всегда холоднее. Следовательно, потоки воздуха становятся тяжелее и сжатее. Поэтому именно со стороны воды всегда дует прохладный ветер. В ночное время потоки чаще исходят с берега.

Еще одним местом возникновения ветров может быть горная местность. В таким случае сухой и теплый поток называется "фен", а сильный и холодный - "бора".

Классификация по скорости ветра

Данная характеристика измеряется в баллах или метрах в секунду. Зависит от так называемого барического градиента. Чем его величина меньше, тем ниже скорость потока. Справочно: 1 балл примерно равняется 2 м/с.

Справедливо утверждение, что сила ветра напрямую зависит от его скорости. К тому же чем больше разность давления между задействованными участками поверхности, тем мощнее будет поток. На сегодняшний день существует шкала Бофорта, по которой определяется сила воздействия ветра:

Самые мощные ветра

Несколько лет назад шкала Бофорта была расширена американской национальной метеорологической службой. Дополнения относятся только к категории «ураган»:

12.1 балла - сильный ветровал. Его скорость составляет от 35 до 42 м/с. При этом ветер меняет направление постоянно. Разрушительное воздействие распространяется на телеграфные столбы и деревянные постройки.

12.2 балла. Такой ураган имеет скорость движения до 49 м/с. Отмечаются повреждения крыш, дверей и окон каменных построек.

12.3 балла. Ветер со скоростью до 58 м/с разрушает легкие дома, нагоняет волны с высотой до 3,5 м. Возможно наводнение.

12.4 балла. Такой ветровал характеризуется скоростью движения в 59-70 м/с. Поток вырывает средние деревья с корнями, наносит сильные повреждения прочным постройкам.

12.5 балла. Ветер со скоростью свыше 71 м/с разрушает мощные здания, в том числе каменные. В грунте остаются глубокие воронки. В небо поднимаются тяжелые предметы. Наводнение неизбежно.

Локальные ветра

Чаще всего такие потоки формируются на равнинах континента или над морем. Одним из наиболее распространенных видов является бриз. В этом случае преобладающее направление ветра характеризуется локальной циркуляцией теплого воздуха. Образуется благодаря перепаду низкого давления при положительной температуре.

Скорость локальных ветров редко превышает 4 м/с. Более интенсивные потоки исходят из горных хребтов. Формирование происходит на высотах, а дуновение - преимущественно в долинах.

Глобальные ветра

Речь идет о муссонах и пассатах. Первый вид глобальных ветров является сезонным. Он меняет свое направление всего 2 раза за год. Тропические муссоны двигаются со средних широт. Они преимущественно теплые. Внетропические дуют с полярных и умеренных широт, значительно снижая температуру воздуха.

Пассаты зависят от атмосферного давления. Чаще дуют с запада. В редких случаях можно наблюдать восточные и южные пассаты. Главной локацией распространения является зона экватора.

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:

Баллы	Характеристика	Скорость (м/с)	Видимые проявления
	Отсутствие		Неподвижная листва деревьев и дым
	Тихий		Дым от костра заметно отклоняется
	Легкий		Заметный шелест листьев
	Слабый		Колышутся ветки деревьев
	Умеренный		В воздух поднимается пыль и легкий мусор
	Свежий		Покачиваются стволы деревьев
	Сильный		Деревья сильно качаются
	Крепкий		Гудят провода, ломаются тонкие ветки
	Очень сильный		Ломаются толстые ветки и сучья
	Шторм		Разрушаются крыши строений
	Сильный шторм		Деревья вырываются с корнем
	Жесткий шторм		Разрушаются здания
	Ураган		Катастрофические разрушения

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

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.

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.

(С. В. Реполовский)

В результате неравномерного нагревания земной поверхности и различного (меняющегося по разным причинам) давления воздуха возникает его движение, т. е. ветер. Ветер определяют по скорости и направлению. Скорость измеряется расстоянием в метрах (километрах), на которое перемещается масса воздуха в 1 секунду (час), а также в баллах по 12-балльной системе Бофорта (стр. 117). Поскольку скорость ветра непрерывно меняется, то в метеорологии чаще принимают во внимание его среднее значение за 10 минут. Понятие «направление ветра» определяется в метеорологии названием той страны света, откуда он дует. Различают 16 направлен ний (румбов), обозначаемых по странам света, - так называемая «роза ветров» (рис. 39).

Изменение скорости и направления ветра может вызываться общим перемещением больших масс воздуха на расстояние от 200 до 1000 км и более, а также местными условиями.

Для туристов, особенно водников, большое значение имеют местные ветры.

Фен . Ветер, наблюдаемый только в горах и предгорьях. Образуется следующим образом. Массы воздуха, имеющие большую влажность, при подъеме по наветренному склону охлаждаются. При этом влажность их увеличивается, и на некоторой высоте образуется облачность, из которой при дальнейшем ее подъеме выпадает дождь, а на еще больших высотах - снег.

оценки скорости ветра
Скорость ветра			Словесная характеристика
		балл Бофорта
				Дым поднимается - отвесно или почти отвесно, листья неподвижны
			Тихий ветер	Направление ветра определяется по дыму
			Легкий ветер	Движение ветра чувствуется лицом, шелестят листья
			Слабый ветер	Листья и тонкие ветви деревьев постоянно колышутся, ветер развевает легкие флаги, море покрыто сплошной легкой волной
			Умеренный ветер	Ветер поднимает пыль, приводит в движение тонкие ветви деревьев, на отдельных волнах изредка появляются белые быстро пропадающие «барашки»
			Свежий ветер	Качаются толстые сучья деревьев; «барашки» видны на каждой волне

Перевалив через горы, массы воздуха, в которых количество влаги уменьшилось, при опускании нагреваются (вследствие сжатия) и приобретают более высокую температуру, чем они имели на тех же высотах при подъеме. Такой ветер в горах на подветренных склонах вызывает бурное таяние снега и ледников, способствуя образованию лавин и паводков. Эти сопутствующие фену явления туристы должны учитывать.

Фен в отличие от горно-долинных ветров, направление которых меняется в течение суток, дует всегда только с вершин вниз и может продолжаться несколько дней.

Горно-долинные ветры. Неравномерное нагревание гор и долин днем и охлаждение их ночью создают периодическую смену ветров противоположных направлений. Ночью из-за охлаждения вершин и склонов охлаждаются соприкасающиеся с ними приземные слои воздуха. Более плотный холодный воздух стекает вниз, образуя горный ветер, дующий в долину. Днем, наоборот, дуют теплые ветры, поднимающиеся из долин вверх по склонам гор. Горно-долинным ветрам аналогичны ветры лощин.

Горно-долинные ветры и фены определенным образом связаны с облачностью. Обычно при горно-долинных ветрах вечером облачность на вершинах пропадает. Ночью и до восхода солнца вершины открыты, но к полудню вновь начинают затягиваться облаками. При фене, когда теплый ветер дует с гор и днем, облачность около вершин не исчезает ни вечером, ни ночью.

Бризы. Ветры, дующие в прибрежных районах днем с моря на берег, ночью - с берега на море. Морские бризы проникают в глубь суши на расстояние до 40 км.

Береговой ветер аналогичен бризу и наблюдается у берегов рек, озер и водохранилищ.

Лесной ветер. Площадь земли под лесом, будучи защищена листвой, слабо нагревается днем и незначительно охлаждается ночью. Поэтому днем возникает ветер от леса к открытым местам, а вечером и ночью - наоборот. Необходимо заметить, что ярко выраженная периодичность всех местных ветров (кроме фена) отчетливо наблюдается только при установившейся хорошей погоде,

В путешествии направление ветра определяют по вымпелу, дыму и компасу, а скорость - глазомерно или ручным анемометром, правила пользования которым указаны в его паспорте.

Скорость ветра			Словесная характеристика	Признаки оценки скорости ветра
			Сильный ветер	Качаются толстые сучья деревьев, гудят телеграфные провода, «барашки» на волнах более продолжительны (5 -
			Крепкий ветер	Качаются верхушки деревьев, гнутся большие ветви, неудобно идти против ветра. Пенящиеся волны на море
			Очень крепкий ветер	Ветер ломает тонкие ветви и сухие сучья деревьев, затрудняет движение
				Ветер сбрасывает дымовые трубы, черепицу. Идти против ветра очень трудно
			Сильный шторм	Значительные разрушения, деревья вырываются с корнем
			Жестокий шторм	Большие разрушения: валит телеграфные столбы, вагоны
	Свыше 104,4			Разрушает дома, производит большие разрушения

Воздух, содержащий водяные пары, поднимаясь, охлаждается, часть паров конденсируется, образуя облака, туман. Облачность определяется количеством облаков, закрывающих небо (по 10-балльной системе: О - облаков нет; 5 - половина неба закрыта облаками, если мысленно сдвинуть все облака в одну сторону; 10 - все небо закрыто облаками), их формой и высотой. Часто на небе наблюдается одновременно несколько форм облачности.

Облачность определяется визуально по признакам, приведенным в таблице (см. стр. 121).

Туристы могут записывать данные наблюдений за облачностью по упрощенной форме: вначале ставится цифра, указывающая количество облаков в баллах, затем их название, причем первым проставляют название преобладающих облаков (например, 8-Ас, Ci, Си, 10-St , 0 -ясно).