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
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.
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.
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.
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".
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:
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.
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.
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.
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:
| Обозначение | Полное название ветра | ||
| международное | русское | международное | русское |
| N | С | Норд |
Северный |
| NNE | ССВ | Норд-норд-ост | Северо-северо-восточный |
| NE | СВ | Норд-ост | Северо-восточный |
| ENE | ВСВ | Ост-норд-ост | Восточно-северо-восточный |
| E | В | Ост | Восточный |
| ESE | ВЮВ | Ост-зюйд-ост | Восточно-юго-восточный |
| SE | ЮВ | Зюйд-ост | Юго-восточный |
| SSE | ЮЮВ | Зюйд-зюйд-ост | Юго-юго-восточный |
| S | Ю | Зюйд | Южный |
| SSW | ЮЮЗ | Зюйд-зюйд-вест | Юго-юго-западный |
| SW | ЮЗ | Зюйд-вест | Юго-западный |
| WSW | ЗЮЗ | Вест-зюйд-вест | Западно-юго-западный |
| W | З | Вест | Западный |
| WNW | ЗСЗ | Вест-норд-вест | Западно-северо-западный |
| NW | СЗ | Норд-вест | Северо-западный |
| NNW | ССЗ | Норд-норд-вест | Северо-северо-западный |
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 ветра |
Названия ветров различной силы |
Признаки для оценки | Скорость ветра (в м/сек.) |
Скорость ветра (в км/час) |
| 0 | штиль | Листья на деревьях не колеблются, дым от труб поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется | 0 | 0 |
| 1 | тихий | Дым несколько отклоняется, но ветер не ощущается лицом | 1 | 3,6 |
| 2 | лёгкий | Ветер чувствуется лицом, листья на деревьях колышутся | 2 - 3 | 5 - 12 |
| 3 | слабый | Ветер качает мелкие ветки и колеблет флаг | 4 - 5 | 13 - 19 |
| 4 | умеренный | Качаются ветки средней величины, поднимается пыль | 6 - 8 | 20 - 30 |
| 5 | свежий | Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветки, образуется рябь на воде | 9 - 10 | 31 - 37 |
| 6 | сильный | Качаются толстые стволы деревьев | 11 - 13 | 38 - 48 |
| 7 | крепкий | Качаются большие деревья, против ветра трудно идти | 14 - 17 | 49 - 63 |
| 8 | очень крепкий | Ветер ломает толстые стволы | 18 - 20 | 64 - 73 |
| 9 | шторм | Ветер сносит лёгкие постройки, валит заборы | 21 - 26 | 74 - 94 |
| 10 | сильный шторм | Деревья вырвываются с корнем, сносятся более прочные постройки | 27 - 31 | 95 - 112 |
| 11 | жёсткий шторм | Ветер производит большие разрушения, валит телеграфные столбы, вагоны и т.д. | 32 - 36 | 115 - 130 |
| 12 | ураган | Ураган разрушает дома, опрокидывает каменные стены | Более 36 | Более 120 |
Сила волнения моря (озера) определяется по следующей таблице (по А.Г.Комовскому):
| Баллы | Признаки |
| 0 | Совершенно гладкая поверхность |
| 1 | Появляется рябь, не оставляющая следов пены |
| 2 | Крупная рябь. Образуются короткие волны. гребни которых начинают разбиваться. Оставляемая пена прозрачна. |
| 3 | Волны становятся длиннее. На поверхности моря появляется белая пена (барашки). Волны производят как бы шелест. |
| 4 | Волны заметно удлинняются. Гребни волн разбиваются с шумом. Появляются многочисленные барашки. |
| 5 | Начинается образование водяных гор. Поверхность моря вся покрыта барашками. |
| 6 | Появляется зыбь. Шум разбивающихся гребней слышен на некотором расстоянии. Появляются полосы из пены в направлении ветра. |
| 7 | Высота и длинна волны заметно увеличиваются. Разбивание гребней напоминает перекаты грома. Белая пена образует плотные полосы в направлении ветра. |
| 8 | Волны образуют высокие горы с длинными и сильно опрокидывающимися гребнями. Гребни перекатываются с грохотом и толчками. Море становится совершенно белым. |
| 9 | Горы волн становятся настолько высокими, что видимые суда на некоторое время совершенно теряются из виду. Перекаты гребней производят оглушительный шум. Ветер начинает срывать гребни волн, и в воздухе появляется водян |
Ветер как явление природы известен каждому еще с раннего детства. Он радует свежим дуновением в знойный день, гоняет корабли по морю, а может и гнуть деревья, и ломать крыши на домах. Основным характеристиками, которые определяют ветер, являются его скорость и направление.
С научной точки зрения, ветром называется передвижение воздушных масс в горизонтальной плоскости. Такое движение возникает потому, что имеет место разность атмосферного давления и тепла между двумя точками. Воздух передвигается из областей высокого давления в те области, где уровень давления ниже. В результате и возникает ветер.
Характеристики ветра
Для того чтобы охарактеризовать ветер, используют два основных параметра: направление и скорость (силу). Направление определяется стороной горизонта, с которой он дует. Оно может указываться в румбах, в соответствии с 16-румбовой шкалой. Согласно ей, ветер может быть северным, юго-восточным, северо-северо-западным и так далее. может также измеряться в градусах, относительно линии меридиана. По этой шкале север определяется как 0 или 360 градусов, восток - 90 градусов, запад - 270 градусов, а юг - 180 градусов. В свою очередь, измеряют в метрах в секунду или в узлах. Узел равен приблизительно 0,5 километра в час. Сила ветра измеряется также в баллах, в соответствии со шкалой Бофорта.
В соответствии с которой определяется сила ветра
Эта шкала была введена в обращение в 1805 году. А в 1963 году Всемирная метеорологическая ассоциация приняла градацию, которая действует по сей день. В ее рамках 0 баллов соответствует штилю, при котором дым будет подниматься вертикально вверх, а листья на деревьях остаются неподвижными. Сила ветра в 4 балла соответствует умеренному ветру, при котором на поверхности воды образуются небольшие волны, могут колыхаться тонкие ветви и листья на деревьях. 9 баллов соответствуют штормовому ветру, при котором могут гнуться даже большие деревья, срываться черепица с крыш, подниматься высокие волны на море. И максимальная сила ветра в соответствии с этой шкалой, а именно - 12 баллов, приходится на ураган. Это - явление природы, при котором ветер причиняет серьезные разрешения, могут быть обрушены даже капитальные здания.
Использование силы ветра
Сила ветра достаточно широко используется в энергетике как один из восполнимых природных источников. С незапамятных времен человечество использовало этот ресурс. Достаточно вспомнить или парусные суда. Ветряки, с помощью которых ветра преобразуется для дальнейшего использования, широко применяются в тех местах, для которых характерны постоянные сильные ветры. Из различных областей применения такого явления как сила ветра, стоит упомянуть также аэродинамическую трубу.
Ветер - природное явление, которое может приносить удовольствие или разрушения, а также быть полезным для человечества. А конкретное действие его зависит от того, насколько большой окажется сила (или скорость) ветра.
1. Скорость и направление ветра.
2. Силы, действующие на ветер. Теоретические виды ветра.
3. Режим ветра в РБ.
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.
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.
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.
