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
- 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.
По «Авиационной метеорологии»
Тема 1 «Строение атмосферы» (1 час).
Различные классификации слоев атмосферы.
Международная стандартная атмосфера.
Различные классификации слоев атмосферы
1.Деление атмосферы на слои, в основу которой положено деление температуры по вертикали:
а).Тропосфера (0-11км).
Температура понижается с высотой (6,5* на 1000м): от 8*-10* (на полюсах) до 16*-18* (в тропиках).
Нижний слой тропосферы (пограничный, или слой трения) - до 1-1,5 км. В этом слое особенно сильно проявляется влияние земной поверхности.
Ниже нижнего слоя находится приземный слой (до 200 м).
б).Стратосфера (до высоты 50 км).
Температура в стратосфере постоянная (-56*), но потом начинает повышаться (до +20*).
в).Мезосфера (до 50-80 км).
Температура начинает уменьшаться (3,5* на 1 км).
г).Термосфера (до 800 км).
Температура очень быстро повышается и достигает 100*.
д).Экзосфера (более 800 км).
Температура выше 100*С.
2.Деление атмосферы на слои по составу воздуха.
а).Гомосфера - слой, где состав воздуха постоянен.
б).Гетеросфера - слой, где состав воздуха меняется с высотой.
в).Озоносфера - сильно разряженный воздух, озоновый слой (от 15 до 50 км).
3.Деление атмосферы на слои по признаку взаимодействия с земной поверхностью:
а).Пограничный слой (1-1,5 км).
б).Свободная атмосфера.
Международная стандартная атмосфера.
Стандартная атмосфера - это условное распределение по высоте средних значений основных физических параметров атмосферы (давление, температура, плотность, скорость звука для сухого и чистого воздуха постоянного состава, показатель которой используется при расчетах при приведении результатов испытаний к одинаковым условиям).
ГОСТ МСА:
Н = 2км - 50 км;
широта - 45*32 33;
t*C = 15*С (Т=288,15К);
ВТГ (вертикальный температурный градиент) - 6,5* на 1 км;
P(давление) = 760 мм рт. ст.(1013,25 гПа);
p(плотность воздуха) = 1,225 кг на кубический метр;
при этом показания ВТГ, Р, p даны на высоте Н=0.
Все важнейшие для летчика явления погоды развиваются главным образом в тропосфере.
Масса атмосферы составляет 5,27х10 в 15 степени тонн.
Тема 2 «Метеорологические элементы
И их анализ. Метеокоды и карты погоды».
Метеорологические элементы:
а) атмосферное давление и плотность воздуха;
б) температура воздуха;
в) плотность и влажность воздуха;
г) направление и скорость ветра;
д) количество, форма и высота облаков и осадки;
е) видимость;
Явления погоды:
а) туманы и дымки;
б) обледенения;
в) грозы и шквалы;
Карты погоды:
а) приземные карты;
б) высотные карты.
Состояние атмосферы в определенный момент времени характеризуется рядом физических величин, которые называются метеоэлементами или параметрами (атмосферное давление, температура, плотность и влажность воздуха, направление и скорость ветра, количество, форма и высота облаков).
Кроме метеорологических элементов авиационной метеорологией изучаются и атмосферные явления (гроза, метель, туман и т.д.).
Совокупность метеоэлементов и атмосферных явлений, наблюдаемых в какой-либо момент или промежуток времени, называется погодой.
Основные параметры атмосферы оказывают влияние на часовой расход топлива, силу тяги двигателей, скороподъемность и потолок ВС, его устойчивость, длину разбега и пробег.
Метеорологические элементы.
Атмосферное давление
Это вес столба воздуха от данной поверхности до верхней границы атмосферы на 1 кв.см. поперечного сечения этого столба; атмосферное давление измеряется ртутным барометром, для нужд авиации - в миллиметрах ртутного столба, а для нужд погоды - в миллибарах (мб). Соотношение между этими единицами следующее: 1мб соответствует 0,75 мм рт. ст. (3/4), 1 мм рт. ст. соответствует 1,33 мб (4/3).
Стандартное атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. (при температуре 0* на широте 45*), что равно 1013,25 мб.
Для характеристики атмосферного давления используется такое понятие, как барический градиент. Барический градиент - изменение давления на единицу длины (используется для характеристики изменения давления с высотой и по горизонтали).
Положительный барический градиент направлен в сторону падения давления по кратчайшему пути.
Для характеристики изменения давления с высотой применяется барическая ступень. Барическая ступень - это расстояние по вертикали в метрах, на котором давление изменяется на 1 мм рт. ст. или на 1 мб, т.е. высота, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 единицу. Так вблизи земли следует подняться в среднем на 8м, чтобы давление изменилось на 1 мм, на высоте 5 км - на 15м, а на высоте 18 км - на 70-80м.
Величина барической ступени зависит от давления и температуры: с увеличением давления и понижением температуры она уменьшается, с уменьшением давления и повышением температуры - увеличивается.
Влияние атмосферного давления на полет:
1).необходимо учитывать изменение давления при определении высоты полета;
2).рост атмосферного давления приводит к уменьшению скорости отрыва;
Значения атмосферного давления наносятся на синоптическую карту в виде линий равного атмосферного давления, называемых изобарами.
При оценке атмосферного давления следует учитывать барометрическую тенденцию, т.е. изменение атмосферного давления за последние 3 часа.
Плотность воздуха
Это отношение массы воздуха к объему, который он занимает, выраженное в г/куб.м. Плотность воздуха может быть вычислена, если известны давление воздуха и его температура. Она увеличивается с понижением температуры и увеличением давления, и наоборот.
Плотность воздуха зависит также от количества водяного пара в воздухе. Плотность водяного пара меньше плотности сухого воздуха, и поэтому влажный воздух при том же давлении будет иметь меньшую плотность, чем сухой. Так, при давлении 750 мм рт. ст. и температуре 20*С, плотность сухого воздуха составляет 1189 г/куб.м, а плотность насыщенного водяным паром воздуха при тех же условиях составляет 1178 г/куб.м, т.е. на 11 г/куб.м меньше.
Плотность изменяется в течение года в зависимости от географической широты, а также от изменения температуры и давления воздуха. В тропосфере плотность воздуха в общем меньше летом и больше зимой.
С высотой плотность воздуха уменьшается. Это уменьшение в основном определяется изменением атмосферного давления.
Давление, плотность и температура воздуха являются основными физическими параметрами, характеризующими воздух как среду, в которой происходит полет ЛА.
Температура воздуха
Это параметр, характеризующий степень нагретости воздуха.
Температура воздуха измеряется на Н=2м жидкостными термометрами.
В большинстве стран применяется стоградусная шкала (шкала Цельсия - *С), в которой за 0*С принята температура таяния льда, а за +100*С - температура кипения воды при давлении 760 мм рт.ст. В теоретической метеорологии, аэродинамике и других научных дисциплинах применяется абсолютная шкала температуры (Т), предложенная Кельвином (К*). Температуры по шкале Кельвина и Цельсия связаны соотношением:
Т= 273,15 + t*С,
где величина 273,15 называется абсолютным нулем температуры, а t* - температура по стоградусной шкале Цельсия.
Температура воздуха - это очень изменчивый метеоэлемент, зависящий от множества факторов: от количества тепла, поступающего на данной географической широте от Солнца, от характера подстилающей поверхности, от времени года и суток, от циркуляции атмосферы и т.д.
Под влиянием этих факторов температура испытывает периодические (суточные и годовые) и непериодические колебания.
Амплитуда суточного хода температур - это разность между максимальной и минимальной температурой в течение суток.
Годовая амплитуда температур - это разность между максимальной и минимальной температурой в течение года.
Правильный суточный ход температур - наиболее высокая температура от 13 до 15 часов местного времени, минимальная - перед восходом солнца.
Нагревание и охлаждение воздуха происходит от поверхности Земли. Воздух прогревается снизу вверх, поднимается, одновременно более холодный воздух опускается вниз сжимаясь. В результате происходит перемешивание воздуха по вертикали.
Повышение температуры с высотой в некотором слое называется инверсией. Слой, где температура воздуха не изменяется с высотой, называется изометрией. Инверсию и
изометрию называют задерживающими слоями, т.к. они затрудняют вертикальное движение воздуха. Эти слои регулярно наблюдаются на разных слоях в тропосфере, особенно в холодную половину года и в ночное время. Эти слои оказывают существенное влияние на формирование погоды. Под ними всегда может быть облачность, ухудшенная видимость, обледенение, болтанка, сдвиг ветра.
Изменение температуры с высотой на каждые 100м называется вертикальным температурным градиентом. По МСА в тропосфере вертикальный градиент температуры равен 0,65* при подъеме на 100м.
Температура воздуха наносится на карту погоды в виде сплошных линий равных температур - изотерм.
Влияние температуры воздуха на работу авиации значительное. Температура воздуха влияет на потребную и максимальную скорость полета, скороподъемность и потолок, мощность и тягу двигателей, длину разбега и пробега, показания приборов.
Высокие и низкие температуры у земли затрудняют работу техсостава по подготовке техники, при сильных морозах затрудняется запуск авиационных двигателей.
Отрицательное влияние на эксплуатацию авиатехники оказывают также резкие перепады температуры воздуха, особенно когда после сильных морозов наступает оттепель.
При положительных отклонениях температуры воздуха от данных МСА летные характеристики самолетов ухудшаются, а при отрицательных отклонениях - улучшаются.
При температуре воздуха у земли 0*С - (-3*С) на РД, ВПП, наземных сооружениях возможен гололед; при полете в облаках, осадках, где температура 0*С- (-10*С), возникает обледенение. При полете в воздушной массе, где вертикальный градиент температуры больше, чем 0,65* на 100м, отмечается болтанка, возникают грозы и явления с ней связанные.
Влажность воздуха
Это степень насыщения воздуха водяным паром. Она является важной величиной в оценке погоды, т.к. способствует образованию облаков, осадков, туманов, гроз и т.д.
Для оценки содержания водяного пара в воздухе применяются различные характеристики.
Абсолютная влажность (а) - количество водяного пара, содержащегося в 1 куб. метре, выраженное в граммах.
Упругость водяного пара (е) - парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе, выражающееся в мм рт. ст. или мб. Численно обе эти величины близки между собой.
Абсолютную влажность в основном учитывают в весенне-летний период при прогнозировании гроз. Если а=15мб, следует ожидать грозу; а=20мб - гроза будет с ливневыми осадками, а больше 23мб - гроза будет со шквалом.
Относительная влажность (r) - процентное отношение фактического количества водяного пара в данном объеме воздуха к количеству водяного пара, насыщающего этот объем воздуха при той же температуре, выраженное в процентах:
r =------- х 100%, где
а - фактическое количество водяного пара;
А - максимально возможное количество водяного пара при данной температуре воздуха.
Максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе (относительная влажность 100%), зависит только от температуры: чем выше температура, тем больше водяного пара необходимо для насыщения, и наоборот.
На приземных картах погоды вместо рассмотренных выше величин влажности воздуха наносится точка росы (t*d) - температура, при которой воздух достигает состояния насыщения при данном содержании водяного пара и неизменном давлении. Точка росы равна температуре воздуха при относительной влажности 100%. При этих условиях происходит конденсация водяного пара (переход водяного пара в жидкое состояние) и образование облаков и туманов. Чем суше воздух, тем больше разность между температурой воздуха и точкой росы (дефицит точки росы - дельта td).Охлаждение воздуха, содержащего водяной пар, может вызвать сублимацию (переход водяного пара в твердое состояние, минуя жидкую фазу).
Дефицит точки росы наносится на картах абсолютной топографии и служит для определения возможности образования облаков. На высотах до 5 км можно предполагать наличие 10 баллов облаков при дефицитах 0*, 1*, 2*. По дефициту можно определить уровень конденсации водяного пара, т.е. уровень, где воздух достигает 100% насыщения:
hк= 123 (t*C-t*d),
где hк - уровень конденсации.
Водяной пар играет исключительно важную роль в определении метеорологических условий полета в тропосфере. Наличие водяного пара в атмосфере является необходимым условием образования облаков, осадков, туманов. Атмосферные явления - грозы, метели, обледенение и такие оптические явления, как радуга, гало, венцы, - также неразрывно связаны с наличием воды в атмосфере. Такой важный метеорологический элемент, как видимость, в большинстве случаев обуславливается наличием в атмосфере мельчайших капель воды, кристаллов льда или тех и других вместе.
Направление и скорость ветра.
Ветром называется горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Но воздушные потоки не строго горизонтальны, т.к. почти всегда в этих движениях есть вертикальные составляющие.
Ветер - величина векторная и определяется двумя составляющими: направлением и скоростью.
Направление ветра - азимут точки горизонта, откуда дует ветер, измеряется в градусах.
Скорость ветра - скорость перемещения воздуха за выбранный интервал времени. Обычно измеряется в метрах в секунду. Для авиационных расчетов скорость ветра выражают в километрах в час. (1 м/сек = 3,6 км/час). Со скоростью ветра неразрывно связано понятие силы ветра:
2-3 м/сек - слабый (чуть ощущается);
4-7 м/сек - умеренный (качаются тонкие ветви деревьев);
10-12 м/сек - сильный (качаются толстые ветви деревьев);
Больше 15 м/сек - буря;
Больше 20 м/сек - шторм;
30 м/сек - ураган.
Ветер не является устойчивым течением и в короткие промежутки времени изменяется как по скорости, так и по направлению. Эта изменчивость ветра особенно резко выражается вблизи поверхности земли и непосредственно связана с турбулентным состоянием воздушного потока.
Движение воздуха происходит под действием силы вращения земли (кориолисова сила), силы барического градиента, возникающей вследствие неравномерного распределения давления воздуха в горизонтальном направлении, силы трения и силы тяжести.
Под воздействием этих сил в слое до 1000-1500м вектор времени направлен к изобаре под острым углом, величина которого больше над сушей и меньше над морем, больше в низких широтах и уменьшается к полюсам.
В циклоне в Северном полушарии ветры у земли дуют по спирали от периферии к центру против часовой стрелки, в антициклоне - по спирали от центра к периферии по часовой стрелке.
Скорость и направление ветра зависят от высоты над поверхностью земли, географического района, времени года и суток, от распределения давления.
Суточный ход скорости ветра у земли наиболее четко выражен над сушей и почти незаметен над морем. Более резко он выражен в теплую половину года и при ясной погоде, слабее - в холодную и при облачной погоде.
С увеличением высоты скорость ветра в среднем возрастает, и на высоте 500 м она выше почти вдвое, чем у земли; в слое трения ветер поворачивает вправо, а в свободной атмосфере дует почти строго вдоль изобар (если встать спиной к ветру, то меньшее давление будет слева).
Ветер имеет большое значение для авиации:
Ветер существенно влияет на взлет и посадку, при встречном ветре сокращается длина разбега и пробега;
При боковом ветре возникают силы, затрудняющие управление ЛА. Так, например, если ветер дует справа от направления взлета, то на правой плоскости возникает дополнительная подъемная сила, а на левой она уменьшается, в результате возникает кренящий момент; кроме того, боковой ветер создает силу, стремящуюся развернуть ЛА относительно его продольной оси, а следовательно - и в сторону от оси ВПП;
Еще большие трудности боковой ветер создает при посадке ЛА, т.к. затрудняет точное выдерживание ЛА на глиссаде снижения и во время пробега на ВПП;
Ветер значительно влияет на самолетовождение (необходима поправка на ветер при выдерживании направления);
Ветер вызывает болтанку, пыльные бури, низовые метели, ухудшающие видимость и затрудняющие взлет, полет, посадку ВС.
При оценке конкретных метеоусловий необходимо учитывать местные ветры, которые возникают под влиянием местных физико-географических и термических условий.
Серьезные трудности для пилотирования ЛА на глиссаде снижения, при взлете, посадке вызывает
сдвиг ветра.
Под сдвигом ветра понимается изменение направления или скорости ветра, или того и другого вместе в горизонтальном направлении, либо одного слоя атмосферы по отношению к другому по вертикали.
Различают горизонтальный и вертикальный сдвиги ветра:
Вертикальный сдвиг ветра (вертикальная составляющая градиента ветра) - это изменение направления и скорости ветра по высоте (например, на Н=200м направление ветра 280* и его скорость 18 м/сек, а на Н=100м направление ветра 80* и скорость 8 м/сек).
Горизонтальный сдвиг ветра (горизонтальная составляющая градиента ветра) - изменение направления и скорости ветра в различных точках по горизонтали на одной и той же высоте.
Для оценки интенсивности сдвига ветра следует пользоваться терминами и их численными категориями, которые рекомендованы ИКАО (смотреть Таблицу 1).
Направление ветра в буквальном понимании в современной жизни играет настолько незначительную роль, что постепенно стало идиомой, образным выражением. Хотя до сих пор есть люди, знающие, как определить направление ветра, и регулярно пользующиеся этими навыками. Причем язык не повернется назвать их ретроградами: это поклонники активных видов спорта. Определять направление и силу ветра необходимо в парашютном, горнолыжном и парусном спорте, кайтбординге, виндсерфинге, планеризме и т.д.
Пусть спортсменам-экстремалам и не приходится определять направление ветра по флюгеру и/или розе ветров - в их распоряжении современные приборы и компьютерная техника. Но знания не бывают лишними, особенно когда от них зависит здоровье и даже жизнь. Навигаторы теряют сеть, смартчасы выходят из строя, зато карты, компасы и розы ветров по-прежнему, как и сотни лет назад, верой и правдой служат для определения направления ветра. Научитесь измерять скорость ветра простыми способами для собственной безопасности.
Чем измеряют параметры ветра? Приборы для определения направления ветра
Очевидно, и тем более ощутимо, что окружающая нас атмосфера не бывает неподвижной. Колебания воздуха или, говоря научным языком, циркуляция атмосферы, - это то, что мы привыкли называть ветром. Ветер, как движение, характеризуются вполне конкретными параметрами: направлением, силой и скоростью. Еще древние исследователи придумали простейшие устройства для измерений направления ветра, которые развивались и совершенствовались по мере технического прогресса:
Если направление ветра играет роль в вашей деятельности, есть смысл купить прибор для его измерения или сделать анемометр, флюгер или ветроуказатель самостоятельно. Так вы в любой момент сможете определить направление ветра, но этого еще не достаточно. Чтобы правильно трактовать показания приборов, нужно понимать основы определения направления ветра:
- Направление ветра, означающее, куда ветер дует, называется аэронавигационным
. Это логичное, но не единственное измерение направления ветра.
- Метеорологическое
направление ветра показывает, откуда дует ветер.
Что такое роза ветров? Как определить направление ветра по розе ветров?
Движение воздуха зависит от географического положения и рельефа. Причем, если сила и скорость ветра меняются часто, то направление придерживается основных векторов, типичных для той или иной местности. Для записи направления ветра исследователи придумали наглядный график-диаграмму: так называемую розу ветров. Роза ветров похожа на розу не больше, чем на ромашку или просто многолучевую звезду. Но это совершенно не важно, если вы научитесь определять направление ветра по розе ветров, как делали это средневековые мореплаватели и продолжают делать современные строители, авиаторы и метеорологи:
- Роза ветров показывает преобладающее направление ветра, или господствующий ветер. Этого не всегда достаточно для точных измерений, но необходимо для выбора траектории движения транспорта, расположения строительных объектов и просто принятия решения о покупке путевки на горнолыжный курорт.
- Роза ветров состоит из осей координат, которые пересекаются между собой в точке, условно обозначающей «0». По мере отдаления от центра каждый ось размечена отрезками для измерения силы ветра. Четыре луча розы ветров указывают стороны света, восемь лучей – промежуточные значения и т.д.
- Сила ветров, дующих в каждом из направлений в течение некоторого времени, отмечается на соответствующей оси. Затем крайние точки измерений соединяются между собой непрерывной линией, образующей фигуру неправильной формы. Глядя на нее, сразу становится видно, в каком направлении ветер дует чаще/сильнее.
Как определить направление ветра по карте? Ветер и атмосферное давление
Ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого. Вращение Земли влияет на этот процесс и отклоняет направление ветра по спирали. Это отображается на климатических картах, по которым можно определить направление ветра над поверхностью суши и воды:
- Днем вода холоднее суши, поэтому атмосферное давление над водой выше, и ветер дует от водоема на берег, параллельно прибою. Этот ветер называется морским бризом и на климатических картах его направление отображается в виде тонких стрелок, закругленной формы, направленных против часовой стрелки. Ночью вода остывает медленно, области высокого и низкого давления над сушей и водой меняются местами и ночной, или береговой бриз дует в сторону водоема (стрелки на карте по часовой стрелке).
- Местные ветры в горах и на континентах реже меняют направление. Сезонные ветры муссоны сменяются всего дважды в год. Они подчиняются тому же принципу атмосферного давления, но с воды на сушу дуют летом, а с суши – зимой. Направление муссонов отражается на картах более широкими стрелками разного цвета (обычно синими и красными).
- Постоянные ветры называются пассатами. Направление пассатов также зависит от давления, но в планетарных масштабах. Так, самое низкое давление наблюдается у экватора, поэтому ветры от широты около 30° устремляются туда, немного отклоняясь к западу. Давление у параллели 56° так же низко, как и у экватора, поэтому пассаты дуют и в сторону полюсов, отклоняясь к востоку. Все это можно увидеть на климатических картах и глобусах или просто запомнить, что западные ветры господствуют в умеренных широтах, а у экватора - восточные.
Как определить направление ветра по флюгеру и другим подручным материалам?
Зимние и летние туристы наверняка насмешили бы бывалых мореплавателей, если бы им довелось встретиться по воле фантастической временной петли. С одной стороны, мы можем пользоваться чудесами техники, умещающимися в смартфоны, часы и брелоки. С другой стороны, часто забываем посмотреть даже готовый прогноз погоды, не говоря уже о том, чтобы запастись климатической картой или хотя бы специальным приложением для определения направления ветра. На всякий подобный случай запомните простые способы определения примерного направления ветра в данный момент:
- Если вы или кто-то поблизости жарит шашлыки, обратите внимание на дым: он отклоняется в ту же сторону, в которую дует ветер, то есть показывает аэронавигационное направление ветра.
- Если барбекю не входит в планы, снимите с головы бандану или возьмите в руки легкое парео, выйдите на открытый участок пляжа или лесную поляну, и поднимите руку с этим импровизированным флагом. Если ветер достаточно сильный, он поднимет ткань и направит ее, как флюгер.
- Находясь на берегу, посмотрите на воду. Летним днем ветер почти наверняка будет направлен на сушу, и волны помогут в этом убедиться. Однако не путайте направление ветра с течением реки – они могут не совпадать.
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.
Определить направление ветра и его силу - довольно стандартная задача в метеорологии. От этих параметров зависит ощущаемая температура воздуха, а также сама погода - ведь ветры переносят значительные воздушные массы. От можно часто услышать, что куда-то идут крупные циклоны или антициклоны из Арктики или, например, со стороны Атлантики. Ветер - это движение воздушных масс в нижних слоях атмосферы из области высокого в область низкого давления, так что от сильных различий показателя давления в близких областях зависит и сила ветра. Именно поэтому ураганы и тайфуны крайне редко возникают в глубине материка. А вот вблизи берега моря или океана - гораздо чаще. Штиль, то есть затишье, наблюдается там, где давление в смежных областях одинаково. Но такая ситуация не является очень частой.
Определять преобладающее направление ветра, а особенно его скорость и силу порывов, очень важно для авиадиспетчеров. При сильном ветре пилоту нужно будет делать на это поправку, а если ветер слишком сильный, возможно, даже придется отменить или отложить полет. То же самое и с кораблями. Даже на теплоходе сила и направление ветра имеют значение. Вот почему метеорологи фиксируют скорость и направление ветров с помощью специальных приборов, а потом даже составляют специальный график, розу ветров, иллюстрирующий, ветер какого направления является преобладающим в том или ином месте. Обычно роза ветров составляется по итогам года или еще более длительного периода. Например, преобладающее направление ветра в Москве за последние годы - юго-западное. То есть большую часть времени в году дует именно юго-западный или западный ветер.
Кстати, когда говорят про направление ветра, обозначение сторон света имеет особое значение. Если о ветре говорят, что он южный, значит, он дует с юга. Так, некоторая путаница возникает, когда люди видят направление стрелки слева направо и считают, что ветер восточный. Никакой ошибки нет! В деле определения ветров стрелки всегда указывают направление, откуда дует ветер, а не куда. Почему так повелось, сказать затруднительно, так уж сложилось.
Так как же определить направление ветра? Легко! Человечество изобрело несколько приборов, позволяющих сделать это быстро: анемометр, используемый на судах, флюгер, который помогает определить направление и силу ветра даже в быту, а также специальные указатели ветра, которые часто можно увидеть в аэропортах: они выполнены в форме длинного оранжево-белого подобия сачка.
обычно определяемая вместе с его направлением, часто обозначается в баллах или метрах в секунду. Иногда, когда точные цифры неважны, используются термины "умеренный", " слабый" и так далее.
Помимо всего прочего, бывают сезонные ветра, а также те, направление которых зависит от времени суток - обычно это наблюдается на побережье морей или других крупных водоемов. Речь идет о бризах и муссонах. Они оказывают серьезное воздействие на климат и погоду в городах и поселениях, расположенных не только вблизи крупных водоемов, но и в глубине материка.
Таким образом, направление ветра и его сила - это одни из основных погодных и климатических показателей, наряду с температурой, давлением и осадками.
