https://educ.wikireading.ru/hsT4YGM3yW
Ветер
Движение воздуха относительно земной поверхности — ветер — появляется вследствие того, что атмосферное давление в различных точках атмосферы неодинаково. Воздух движется обычно не параллельно поверхности Земли, а под небольшим углом, потому что атмосферное давление меняется и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях. Так как угол очень мал, принято считать, что ветер — это горизонтальное движение воздуха. Направление ветра (северный, южный и т. д.) означает, откуда ветер дует.Скорость ветра измеряют на метеорологических станциях на высоте 10 м над Землей, в метрах в секунду (есть и другие единицы скорости ветра). При сильных бурях, например тропических ураганах, ветры достигают огромных скоростей — иногда до 115 м/с и более. Особенно сильны ветры на больших высотах. Известен случай, когда над Ростовом-на-Дону на высоте 11 км дул северо-западный ветер со скоростью 160 м/с. Изменения с высотой были очень велики — так, на высоте 1 км ветер дул со скоростью 86 м/с.
Ветер возрастает в среднем с высотой. У Земли его скорость задерживается трением, на уровне, травы она равна нулю. С высотой влияние трения уменьшается — вначале быстро, а потом все медленнее. Зимой скорость выше, чем в летнее время.
В умеренных и полярных широтах зимой в тропосфере и нижней стратосфере скорости ветра наибольшие. Летом ветры ослабевают. В летнее и зимнее время в субтропических зонах разница между скоростями ветра менее заметна.
Значительно сложнее установить закономерности в ходе скорости ветра в пределах суток. Здесь еще не все можно объяснить и систематизировать. Известно, что над материками на небольших высотах, порядка 100–200 м, самых больших скоростей ветры достигают после полудня, а самых малых — в ночное время. Такой ход лучше всего выражен летом.
Очень сильные ветры, до штормовых, бывают днем в пустынях Центральной Азии, ночью наступает полный штиль. Несколько выше, на высоте 150–200 м, наблюдается прямо противоположная картина в ходе скорости ветра с максимумом ночью и минимумом днем. Такая картина наблюдается и летом, и зимой в умеренных широтах.
В субтропической зоне океанов ночью скорость ветра сильно возрастает, создается как бы баланс со слабыми ветрами, дующими в то же время над сушей.
Устойчивая система ветров над обширным пространством образует воздушный поток, определяемый его направлением и скоростью. Но внутри потока постоянно существуют струн, объемы воздуха, движущиеся в различных направлениях, с разными скоростями, беспорядочно, толчками, порывами, то ослабевая, то усиливаясь. Чем сильнее ветер, тем он порывистее. Большое препятствие порывистость ветра создает для движения самолетов и вертолетов — начинается болтанка. Под передней частью кучево-дождевых облаков иногда возникает резкое кратковременное усиление ветра — шквал, когда скорость может усиливаться до 20–30 м/с. Это явление особенно опасно для авиации.
Встречаясь с препятствиями, ветер изменяется — он обтекает их или перетекает сверху. Если путь ветру преграждает лес, горный хребет, холмы или строения, с наветренной стороны возникает вихрь. Позади препятствия ветер ослабевает, но и тут рождаются вихри. На подветренной стороне горных склонов ветры как бы стекают. При этом возможны два противоположных эффекта — повышение температуры воздуха и ее понижение. Ветры, дующие с низких горных хребтов выхоложенного материка в направлении теплого моря, называются борой. Это — сильный, холодный, порывистый ветер, преимущественно холодного времени года. Прорываясь сквозь узкие перевалы, он набирает значительную скорость. Местные особенности накладывают свой отпечаток на характер боры. Широко известна бора в районе Новороссийска на Черном море. Здесь природой как бы специально созданы условия для ее возникновения. Скорость новороссийской боры может достигать 40 и даже 60 м/с, температура воздуха при этом понижается до —20 °C. Иногда замерзает гавань, покрываются льдом суда и строения, слой льда на набережной 2–4 м. В это время происходит много бедствий не только в порту, но и в городе — нарушаются линии связи, с домов срываются крыши, опрокидываются автомашины, вагоны, суда выбрасываются на берег. Бора бывает чаще всего в период с сентября по март, в среднем 46 дней в году. Бора наблюдается и в других районах нашей страны — на Байкале, на Новой Земле. Известна бора на Средиземноморском побережье Франции (мистраль) и в Мексиканском заливе.
Холодный воздух, который движется под воздействием силы тяжести по длинному пологому склону, создает так называемые стоковые ветры. Они характерны для Гренландии и еще более для Антарктиды. Возникая в нескольких сотнях километров от морского побережья, на периферии антарктического антициклона, они устремляются вниз, достигая скоростей более 20 м/с и затухают лишь вблизи берега, на расстоянии 3–4 км от него. Стоковые ветры изменчивы, они меняются от штиля до шторма и даже до урагана. На станции Земля Адели в Антарктиде (недаром названную полюсом ветров) в феврале 1951 г. наблюдалась скорость ветра 45 м/с с отдельными порывами до 90 м/с.
В атмосфере время от времени возникают вертикальные вихри с быстрым спиралеобразным движением диаметром в несколько десятков метров (редко до 100–200 м). Это смерчи над морем и тромбы над сушей (в Северной Америке последние называют торнадо). Измерить скорость движения в них пока не представляется возможным. Разрушения, производимые ими, позволяют думать, что она составляет 50—100 м/с, в особенно сильных вихрях — до 250 м/с с большой вертикальной составляющей скорости. Давление в центре столба падает на несколько десятков миллибар.
Смерчи существуют недолго — от нескольких минут до нескольких часов. Но и в пределах этого небольшого времени они успевают продвинуться на значительное расстояние — несколько десятков километров над морем и еще больше над сушей, неся разрушения и даже смерть. При подходе тромба к зданиям разница между давлением внутри здания и в центре тромба так велика, что дома как бы взрываются — разрушаются стены, выпадают стекла и рамы, слетают крыши. В лесах появляются просеки от вырванных с корнем деревьев, далеко переносятся люди и звери. Обычно тромбы единичны, но бывают случаи, когда их два и больше. В Европе тромбы редки, в азиатской части нашей страны они чаще. Особенно же часты и разрушительны тромбы в США. На побережье Антарктиды при встрече относительно теплого воздуха с моря и стокового ветра с суши часто возникают тромбы. Во фронтальной зоне здесь вздымаются снежные буруны, снежные тромбы, короткое время дуют очень сильные ветры — до 30–35 м/с. Смерчи не имеют такой разрушительной силы, как тромбы.
При высокой температуре и небольшой влажности воздуха появляется сухой горячий ветер — суховей, в котором температура всегда более 25°, часто 35–40 °C, скорость 5—20 м/с. Прохладный влажный воздух, перемещаясь в летнее время с севера в районы лесостепей и степей европейской территории Союза, в Казахстан и Среднюю Азию, сильно нагревается и делается суше. На юг он приходит уже горячим. На европейской территории страны суховеи бывают с апреля по октябрь, чаще всего в Прикаспийской низменности (Саратов — Астрахань) — 40–80 дней в году; в среднеазиатских пустынях — до 180 дней, т. е. в среднем через день.
Из всех метеорологических явлений суховеи наносят наибольший урон народному хозяйству: усиливается испарение, нарушается водный баланс растений, падает уровень в реках, высыхает почва на поверхности, начинается засуха, даже если почва достаточно влажная. Сходны с суховеями жаркие ветры в тропиках и субтропиках.
Ветры обязаны своим происхождением местным условиям и поэтому приурочены к определенным географическим районам. К местным ветрам относятся бризы. Они появляются вблизи береговой черты морей, океанов, и здесь легко проследить суточную смену направления — днем с моря на сушу, а ночью с суши на море. И объяснение этого явления очень простое — в разнице температур над морем и сушей в различное время суток, порождающей замкнутую термическую циркуляцию воздуха. Горизонтальные потоки замыкаются вертикальными — восходящими над сушей и нисходящими над морем. Нижняя часть такого кольца и есть наблюдаемый и отчетливо ощущаемый жителями береговых районов морской прибрежный бриз. Утром в 8—10 часов бриз начинается, затем делается все заметнее, к полудню скорость ветра достигает своего предела — 5–6 м/с, потом ветер ослабевает, и к заходу Солнца его совсем не чувствуется.
Когда поверхность суши начинает охлаждаться больше, чем морская, возникает обратный лоток в приземном слое с суши на море, а в более высоких слоях — с моря на сушу. Особенно отчетливы бризы в тех местах, где им ничто не мешает, т. е. не накладываются другие, более общие и мощные потоки. В нашей стране бризы бывают на Черном, Азовском, Балтийском и Каспийском морях. Вертикальная мощность морских бризов 1–2 км, в этом же слое может находиться и верхнее противотечение. Бризы проникают в глубь суши на 150–180 км, сохраняя при этом заметные скорости ветра. Вертикальная мощность морских бризов в Крыму достигает 800 м, а в тропиках — почти вдвое больше. Значительно слабее по всем параметрам береговые бризы. Морские бризы дуют почти перпендикулярно к береговой черте. Они сильно влияют на погоду в прибрежных районах суши — понижается температура воздуха, повышается его влажность, меняются обычный ход ветра и характер облачности.
Совокупность основных воздушных течений над планетой называется общей циркуляцией атмосферы. Именно она осуществляет общий обмен воздухом между различными районами Земли. Нагревание и охлаждение земной поверхности на разных географических широтах, над сушей и морем создает воздушные течения, усложняемые отклоняющей силой вращения планеты и силой трения.
При всей сложности, подвижности и изменчивости воздушных потоков можно выявить определенные закономерности, повторяющиеся из года в год в тех или иных районах. Это делается путем осреднения данных, при котором сглаживаются отдельные возмущения и отчетливо выступает общая картина. Каковы же эти основные крупномасштабные атмосферные движения, слагающие общую циркуляцию атмосферы? Прежде всего — воздушные течения, далее — струйные течения, воздушные потоки в циклонах и антициклонах, пассаты и муссоны.
Если бы поверхность Земли была однородна, то температура воздуха плавно убывала бы, а давление возрастало от экватора к полюсам. В то же время с высоты 4–5 и до 20 км распределение давления противоположно приземному — на экваторе, где воздух теплее, оно выше, чем на полюсах. В действительности на высотах эти условия сохраняются. Но в пограничном слое и в нижней тропосфере отчетливо сказывается влияние неоднородности земной поверхности, барических систем и центров действия атмосферы.
Над полярными районами циркуляция связана с более высоким давлением над полюсами и относительно низким над широтным поясом 60°—65°. Для умеренных широт характерны северо-западное направление ветров в северном полушарии (кроме слоя трения) и юго-западное — в южном. Общая зональность циркуляции нарушается такими крупномасштабными возмущениями, как циклоны и антициклоны. В циклонах движение воздуха направлено против часовой стрелки, а в антициклоне — по часовой стрелке. Преобладает, однако, зональная циркуляция — западный перенос. Обмен воздуха (теплого и холодного) происходит и в направлении север — юг и запад — восток, а также по вертикали.
В тропических широтах возникают тропические восточные ветры — пассаты. У земной поверхности вследствие трения пассаты имеют северо-восточное направление в северном полушарии и юго-восточное — в южном. Пассаты не являются единым общим потоком, опоясывающим Земной шар. Они устойчивы и почти не изменяют своего направления в течение года, дуют со скоростью 5–6 м/с и имеют вертикальную мощность 2–4 км. Особенно хорошо заметны пассаты над океанами. В экваториальном районе во всей тропосфере и нижней стратосфере царят восточные пассатные ветры, а над этим слоем — западные.
В верхней тропосфере или стратосфере были открыты неизвестные до того мощные струйные течения. Их скорость резко меняется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях с нижним пределом скорости по оси 30 м/с. Обнаружены струйные течения были во время полетов на высоте 8—10 км со скоростью 300–400 км/ч. При этом самолеты неожиданно попадали в районы ветров, замедлявших их скорость, а иногда и вовсе снимавших ее, так что самолеты оказывались как бы подвешенными в воздухе. Попутное же струйное течение увеличивает скорость самолета. Это удивительное явление привлекло внимание не только авиаторов, но и ученых различных стран. Удалось обнаружить, что струйные течения — явление не местное, а существует во всем мире. Струйные течения движутся на запад, за исключением экваториальной зоны, где они имеют противоположное, восточное направление. На оси струйного течения скорости наиболее велики, в среднем они равны 45–55 м/с. Известны, однако, случаи, когда скорости струйных течений достигали более 200 м/с. Ширина струйных течений обычно составляет 1000–2000 км, крайние пределы — от 300 до 3000 км, вертикальное распространение 8—12 км. В некоторых случаях струйные течения на высоте 6—16 км охватывают кольцом всю планету. Обычно они тянутся на несколько тысяч километров. Струйные течения многократно наблюдались над европейской территорией нашей страны и Западной Сибирью. Они известны у восточных берегов США и в других районах. Открытие и изучение струйных течений имеет большое научное и практическое значение, и в первую очередь для самолетовождения.
Арабское слово «маусим», означающее «время года», дало имя устойчивому воздушному течению — муссону. Муссоны, в отличие от струпных течений, приурочены к определенным полосам Земли, где дважды в год преобладающие ветры движутся в противоположном направлении, образуя зимний и летний муссоны. Известны тропические и внетропические муссоны. В Северо-Восточной Индии и Африке зимние тропические муссоны складываются с пассатами, а летние юго-западные полностью разрушают пассаты. Самые мощные тропические муссоны наблюдаются в северной части Индийского океана и в Южной Азии. Внетропические муссоны обязаны своим происхождением возникающим над континентом мощным устойчивым областям повышенного давления в зимнее время и пониженного в летнее. Характерными в этом отношении являются районы советского Дальнего Востока, Китая, Японии. Вследствие действия внетропического муссона Владивосток, лежащий на широте Сочи, зимой холоднее Архангельска, а летом здесь часты туманы, осадки, с моря поступает влажный и прохладный воздух. Многие тропические страны Южной Азин обогащаются влагой, приносимой летним тропическим циклоном.
Энергию ветра люди использовали с времен парусных судов и ветряных мельниц. Ветер — вечный источник энергии, его не нужно ни добывать, ни пополнять. При современном уровне развития техники благодаря энергии ветра можно получать 10 млрд. кВт электроэнергии. Энергия ветра в тысячи раз превышает энергию угля, который сжигается на Земле. Но использование его очень сложно — ветер изменчив по скорости и направлению, его нельзя сохранять (во всяком случае, это очень сложно) с тем, чтобы запустить в нужный момент. Поэтому ветер лучше всего применять в сельском хозяйстве, где нет непрерывной потребности в электроэнергии. Суховеи также могут быть источником энергии. Поставив ветродвигатели, работающие на этом ветре, получают воду с больших глубин и тем самым борются с губительным воздействием суховеев.
Свет, тепло и питание для радиостанций дают ветродвигатели в Арктике и на Антарктиде. Такие двигатели могут быть расположены в любом месте. Но для этой работы нужно располагать подробной информацией о ветровом режиме.
Ветер распространяет вредные примеси, поэтому знание его режима в каждом конкретном районе имеет очень большое значение для сохранения здоровья и работоспособности людей.
http://www.amariner.net/article10_ru.htm
Когда ветер дует над земной поверхностью, возникает еще одна сила – сила трения воздуха об эту поверхность, и она влияет и на скорость и на направление ветра. Исходя из текучей натуры воздуха, можно провести сравнение с водой, стекающей по наклонной поверхности, например стеклянной и покрытой наждачной бумагой. Понятно, что наждачная бумага создает большую силу трения и поток замедляется больше, чем на стекле. Так и с ветром. Как только он начинает дуть из антициклона и Кориолисова сила отклоняет его вправо, трение воздуха о землю сопротивляется этому отклонению и уменьшает скорость ветра по сравнению с ветром на высоте, где нет трения о землю. В результате – скорость ветра у земли меньше, чем на высоте и его направление уже не следует строго вдоль изобар, а стремится слегка наружу от центра антициклона. То же происходит и в циклоне, только наоборот, приземный ветер отклоняется внутрь циклона, к его центру. Обычно угол отклонения ветра от изобар наружу в антициклоне и внутрь в циклоне составляет 15° - 30° и зависит от состояния моря и изгиба изобар. Над землей, где трение больше, этот угол может достигать значений 30° - 45°. (рис. G255)
Хотя это может показаться не важным, но эта разница в скорости и направлении ветра над землей и на высоте весьма важна при наблюдении за погодой и при ее прогнозе.
...
Если мы имеем северный ветер, скажем, 30 узлов на высоте кучевых облаков, то у поверхности будет только 20-узловой ветер от северо-северо-запада. Причина – трение воздуха о поверхность земли. Другими словами – ветер наверху поворачивает вправо относительно к ветру у земли, и это справедливо для всех ветров в антициклонах и циклонах. Результатом этого есть направление движения кучевых облаков. Поскольку они бегут в ветрах наверху, направление их движения не совпадает с направлением ветра у земли. Если вы станете лицом к ветру, вы увидите облака, бегущие не строго на вас. Обычно их курс отклоняется на 30° вправо. Порывы ветра – другой пример этого эффекта. Причиной порывов служит вертикальная нестабильность в воздухе. Порывы – это просто большие «куски» ветра с высоты, которые брошены вниз, к земле. И поскольку они приходят сверху, где нет трения о землю, ветер в порывах сильнее и заходит вправо относительно ветра, сохраняя свое «верхнее» направление. Если коротко: когда приходит порыв ветра, он отворачивает вправо.
