Изменение направления ветра на фронте порывистости

На практике это означает, что непосредственно перед подходом порыва к яхте возможно небольшое изменение направления ветра. Сам порыв может следовать в направлении общего ветрового потока, но за фронтом порывистости снова можно встретить воздушный поток, идущий под углом к генеральному направлению перемещения порыва. Мы вернемся к этому примеру позже.

 

Порывы, направленные вниз

Порывы часто бывают направлены вниз, к поверхности воды, с высокого берега или другого препятствия на наветренной стороне. При таком порыве вода, продвигаясь вперед по радиусам от центра, как бы выплескивается наружу. В этом случае опять происходит возмущение потока воздуха, но теперь уже из-за столкновения с поверхностью воды. Это явление показано на рис. 77.

 

Изменения направления ветра вблизи порыва

Стремление воздушного потока уходить от порыва под углом проявляется не только у его вершины, но и по краям. При этом поток отклоняется в наружную сторону. Более быстрый воздух замедляется к периферии порыва, где инерция более медленного общего потока воздействует на него, выталкивая в сторону. На рис. 78 показано, как это происходит.

Рис. 77. Расхождение воздуха при порыве, направленном вниз. Рис. 78. Более быстрый воздух на краю порыва направлен к медленно движущемуся воздуху.

 

Характеристики штилевых пятен

Штилевые пятна являются зеркальным, отражением порывов.

Для упрощения можно рассмотреть штилевое пятно как почти неподвижный воздух, окруженный порывами более сильного ветра. Ветровой поток стремится к пятну со всех сторон, под углом к генеральному направлению его перемещения. Тенденция к заполнению неподвижного пятна проявляется, как с краев, так и с подветренной стороны, поэтому изменение направления ветра подтверждает близость штилевого пятна.

В этом случае не следует идти слишком круто к штилевому пятну, даже если ветер, направленный к спокойному району, заходит к корме. При всей заманчивости такого пути используйте изменение направления ветра с осторожностью и воспринимайте его скорее как предупреждение, а не подарок.

 

Порывы и вымпельный ветер

Влияние порывов на яхты зависит от их относительного положения и курса. Изучение этого влияния интересно и весьма запутанно. Необходимо принимать во внимание не только скорость и направление ветра на различных участках ветрового потока, но также и изменения скорости яхты, которые влияют на вымпельный ветер (см. главу 4).

Для последующего изложения важно понять явление вымпельного ветра. Читателю, которому нужно вспомнить об этом, следует обратиться к стр. 29.

Очень коротко вымпельный ветер можно определить как результирующий между истинным ветром, дующим над водой, и искусственным ветром, создаваемым движением лодки вперед. На рис. 79 направление и скорость истинного ветра показаны вектором XY, а искусственного ветра — XZ. Сумма этих двух ветров показана на рис. 80 линией ХО; это и есть вымпельный ветер, который в рассматриваемом примере сильнее и круче истинного ветра.

Вернемся к рис. 76, где изображен курс яхты, плывущей в крутой бейдевинд через вершину порыва. Различные зоны, через которые проходит яхта, пронумерованы. Для упрощения рассмотрим влияние порыва отдельно в каждой зоне.

Зона 1. Яхта без всяких трудностей плывет в общем ветровом потоке в крутой бейдевинд правого галса.

Зона 2. Яхта вошла в более сильный ветер, направленный ближе к носу. Это первое влияние края порыва, где более медленно движущийся воздух выталкивается в сторону.

Зона 3. Яхта в центре порыва. Ветер возвращается к направлению общего ветрового потока в зоне1, но теперь он существенно более сильный.

Зона 4. Выйдя к другой стороне порыва, ветер ослаб, хотя все еще сильнее, чем в зоне1, и направлен ближе к корме.

Зона 5. Ветер вышел к наружной стороне порыва, условия возвращаются к условиям зоны1.

Сказанное относится к истинному ветру. Как влияют порывы на наиболее важный для нас вымпельный ветер, который действует на паруса и перемещает яхту?

Рассмотрим достаточно типичную зону 1, где яхта плывет довольно круто к слабому и умеренному ветру. При входе в зону 2 ветер одновременно усиливается и становится круче. Из рис. 79 и 80 видно, что при внезапном усилении ветра отрезок XY удлиняется быстрее, чем XZ, так как для ускорения яхты требуется некоторое время.

Рис. 79.	Рис. 80.

 

В результате вымпельный ветер дует ближе к траверзу. В этом случае более крутой истинный ветер в зоне 2 может затушевываться более свободным направлением вымпельного ветра при увеличении его скорости. На легкой быстроускоряющейся яхте изменение направления ветра более заметно, чем на менее чувствительной. В последнем случае медленное ускорение с последующим поворотом вымпельного ветра к более полным курсам может в значительной степени маскировать заход истинного ветра к носу.

Когда яхта входит в зону 3, ветер опять поворачивает к первоначальному генеральному направлению и усиливается. Из-за воздействия усиливающегося истинного ветра вымпельный ветер будет более свободным, чем в зоне 1. Вероятно, широко известный и очень популярный «приводящий порыв» характерен при порывах, идущих параллельно генеральному ветровому потоку, а не под случайными углами.

Когда швертбот идет через середину порыва, ветер ускоряет его движение. Яхта как бы догоняет усиливающийся ветер, и соотношение их скоростей становится более обычным. Можно сказать, что на рис. 79 и 80 XZ увеличилось прямо пропорционально XY, поэтому направление вымпельного ветра будет возвращаться к направлению в зоне 1.

На практике при мощном порыве ветер может дуть сильнее, чем необходимо для максимальной скорости при лавировке. При такой ситуации XZ, достигнув максимума (наибольшей скорости в лавировку при отсутствии глиссирования), остается пропорционально короче XY, которое при усилении ветра может увеличиваться бесконечно. При этом вымпельный ветер, разумеется, станет свободнее, что будет хорошо ощущаться в течение всего порыва.

Из рис. 76 видно, что в зоне 4 истинный ветер становится свободнее, но его скорость уменьшается. На вымпельный ветер опять будет влиять скорость, набранная яхтой ранее, это позволяет пройти через некоторый участок зоны 4 за счет «свободного хода». Описанный случай противоположен ситуации для зоны 2. При ослаблении ветра XY укорачивается; XZ также укорачивается, но из-за переноса яхты (или ее «свободного хода») движение вперед, создающее XZ, будет уменьшаться медленнее, поэтому после прохождения порыва XZ останется пропорционально длиннее, чем XY. В результате вымпельный ветер, ХО, направлен ближе к носу. Таким образом, более полные курсы истинного ветра маскируются тенденцией вымпельного ветра заходить к носу.

В зоне 5 ветер опять принимает обычное направление. Эффект «свободного хода» все еще действует и вызывает заход вымпельного ветра к носу. Поскольку в зоне 5 направление ветра ближе к носу, чем в зоне 4, то после прохождения порыва заход вымпельного ветра в указанном направлении, вероятно, будет сильно выражен. Заход ветра не всегда легко заметить: как правило, яхтсмены столь благодарны за «приводящий порыв», что принимают этот заход за возвращение к генеральному направлению ветра. Описанное явление всегда очень кратковременно.

"Хотя при входе в зону 5 ощущается заход ветра к носу, это. происходит только с вымпельным ветром — благодаря «свободному ходу», полученному от импульса в центре порыва. Это не обычный заход ветра, тай как направление истинного ветра не меняется. Поскольку такой ветер создается только инерционным движением яхты, то действует он недолго и, следовательно, выигрыша при повороте оверштаг не дает.

Встречные ветры, возникающие при изменении направления вымпельного и истинного ветра, очень сходны, но понимание происходящего позволяет их различать. Интересно, что почти на всех стадиях изменения направления и силы порыва частично маскируются или исключаются противоположными факторами, влияющими на направление вымпельного ветра — которое наиболее важно для яхтсмена. Таким образом, изменения направления ветра в порывах уловить нелегко, но поскольку из них можно извлечь определенные преимущества, яхтсмену следует научиться этому.

Влияние порыва на направление вымпельного ветра сказывается на разных типах яхт по-разному, так как при изменениях ветра легкие яхты ускоряются и, соответственно, замедляются быстрее, чем тяжелые.

На рис. 76 показан прямолинейный курс яхты через порыв. Из рассмотренного выше влияния порыва на вымпельный ветер с очевидностью следует, что это не наилучший курс. Для наискорейшего продвижения рулевой должен уваливаться или приводиться в соответствии с тем, что диктует ему ветер.

 

ГЛАВА 15 Ветер у побережья

Наиболее известной особенностью ветров, дующих с моря на сушу и с суши на море, является их стремление пересечь береговую линию под прямым углом. Это показано на рис. 81 и 82. В действительности ветер никогда не перпендикулярен к берегу, но тенденция к этому имеется.

Рис. 81. Ветер на сушу отклоняется, у линии берега.	Рис. 82. Ветер с суши отклоняется на подходах к воде.

 

В примере, приведенном на рис. 81, ветер дует иод углом к берегу. Приближаясь к суше, он постепенно меняет направление и пересекает береговую линию под прямым углом, а затем постепенно возвращается к первоначальному направлению.

То же самое происходит при ветре с берега. Из рис. 82 видно, что ветровой поток заметно отклоняется вблизи береговой линии и стремится пересечь ее почти под прямым углом, а затем возвращается к первоначальному направлению.

Такое поведение ветра связано со многими факторами, которые могут существенно изменяться в зависимости от погодных условий, очертаний береговой линии и ряда других причин, которые будут изложены ниже. Поэтому вначале рассмотрим каждый фактор отдельно, а затем изучим их совместное влияние при различных сочетаниях.

 

Искривление из-за рефракции

Основной причиной искривления воздушного потока при пересечении береговой линии, так же как и разворота волн параллельно берегу (см. рис. 8), несомненно, является обыкновенная рефракция. Как уже отмечалось, трение о сравнительно неровную поверхность суши существенно замедляет воздушный поток, приходящий с более гладкой водной поверхности. Естественно, что при ветре с суши справедлива обратная картина — ветер сильнее, или, если хотите, быстрее, над водой, чем над сушей. Изменение скорости вызывает рефракцию.

Рефракцию ветрового потока наиболее просто представить, рассматривая столб воздуха, движущегося с поверхности воды и под углом к берегу (рис. 83). На рисунке линии, ограничивающие столб воздуха, разделены на отрезки, равные примерно 100 метрам. Для удобства рассмотрим ветер, движущийся над водой со скоростью 400 м/мин (примерно 13 узлов). Тогда движение столба воздуха за минуту можно показать штриховой линией через 400 метров. Предположим также, что скорость ветра над сушей составляет ³/4 скорости над водой, то есть 300 м/мин; Следовательно, при пересечении линии берега правая часть столба воздуха пройдет только 300 метров, а левая — 400 метров. В результате— изменяется направление движения воздуха. На рисунке это показано достаточно четко. Из рис. 83 также хорошо видно, как происходит рефрагирование берегового ветра; картина здесь обратная.

Построение диаграмм искривления ветрового потока в основном такое же, как при рефракции световых волн по волновой теории света. Это показано на рис. 84, где АВ — расстояние X, пройденное столбом воздуха за 1 минуту над водой. Расстояние, пройденное воздухом за 1 минуту над сушей, уменьшилось (за счет трения) до ³/₄ X. Следовательно, мы можем описать полукруг с центром в точке В и радиусом ³/₄X. Линия из точки Р касается полукруга в точке Q. BQ дает направление перемещения столба воздуха над сушей.

Однако построение плана рефракции имеет небольшое практическое значение, так как на воздушный поток одновременно влияет много других факторов.

Рис. 83. Замедление одного края столба воздуха раньше другого вызывает рефракцию ветрового потока. Трение о поверхность суши уменьшило скорость ветра с 400 до 300 метров в минуту.

 

Следует отметить, что степень искривления воздушного потока за счет рефракции при ветре, более или менее перпендикулярном берегу, меньше, чем при его косом подходе. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при совместном рассмотрении рефракции и других факторов, влияющих на искривление воздушного потока.

Рефракция не проявляется (по крайней мере теоретически) до пересечения береговой линии, где начинает сказываться разница в скорости ветра над сушей и водой. Следовательно, при ветре на сушу влияние рефракции часто заметно настолько близко от берега, что не имеет практического значения для яхтсменов, но при береговом бризе этот эффект может быть полезен. Однако еще до рефракции некоторый поворот воздушного потока в направлении рефракции все-таки происходит.

Рис. 84. Построение диаграммы рефракции. Скорость ветра, равная над водой х, над сушей уменьшается до ^3/4 х.

 

 

Возвращение после рефракции

При ветре как на берег, так и с берега воздушный поток после искривления рефракцией неизбежно возвращается к своему первоначальному направлению. Это показано на рис. 81 и 82. Конечно, иногда на воздушный поток кроме рефракции влияют и другие факторы и их действие может препятствовать возвращению ветра к первоначальному направлению, но даже в этих случаях некоторый возврат все же отмечается.

Причиной возврата является трение между слоями воздуха, расположенными на различной высоте. Рефракция действует до сравнительно небольших высот, где ощущается замедляющее влияние трения о землю. На достаточно больших высотах трение о поверхность суши не влияет на ветер и рефракция не наблюдается, здесь возможно только незначительное изменение направления ветрового потока из-за трения между различными горизонтальными слоями воздуха.

Таким образом, основная масса ветрового потока пересекает береговую линию без рефракции, и трение между основным потоком и слаборефрагированным ветром внизу постепенно выталкивает нижележащий воздух в направлении его собственного движения.

 

Влияние термиков

У береговой линии при соответствующих условиях наиболее сильно ощущается влияние морских и береговых бризов.

В жаркий летний день, если нет ветра с берега, обусловленного полем давления, возможно образование бриза, несущего холодный воздух от поверхности воды на замену теплому воздуху, который поднимается над более быстро нагревающейся сушей (см. гл. 11 и 13). Такие бризы, следуя из более холодного района в более теплый, обычно пересекают береговую линию примерно под прямым углом. Бриз (или тенденция к его образованию, если ветер, обусловленный полем давления*, слишком силен и препятствует заметному появлению бриза) будет влиять на градиентный ветровой поток.

* В дальнейшем для удобства будем иногда называть его градиентным ветром, или генеральным ветровым потоком. Несмотря на неточность этого определения для ветра у поверхности, суши или воды, оно довольно часто используется в прикладных работах. В последнее время ветер, обусловленный полем атмосферного. давления, стали называть также фоновым ветром. (Прим. перев.)

 

Даже слабые ветры, дующие с берега, препятствуют образованию бризовой циркуляции. При ветре на сушу влияние береговой линии на термики обычно распространяется гораздо дальше, чем при рефракции. Эти термики могут проявляться как морской и береговой бризы большого масштаба или как более легкие локальные возмущения.

 

Влияние конфигурации суши

Форма береговой черты также может оказывать сильное влияние на направление ветра.

Если ветер спускается с относительно высокого обрыва под углом к береговой линии, то, подобно любому скатывающемуся телу, ветер (при отсутствии других сил) стремится вниз, а не поперек холма. Можно допустить некоторую аналогию между действием ветра на склон холма и попыткой прокатить мяч под углом к склону: мячик будет отклоняться от первоначального движения и неизбежно скатится вертикально вниз.

Можно также применить эту аналогию к воздушному потоку, набегающему на наветренную сторону холма под некоторым углом. Мяч, катящийся вверх по склону под некоторым углом, стремится изменить направление, следуя по линии наименьшего сопротивления, то есть вдоль основания склона. Аналогичным образом -ветер, приближающийся под углом к склону, стремится повернуть к нему под более острым углом и идти вдоль основания. (Аналогию не следует распространять слишком далеко, так как мячик обязательно будет скатываться вниз по склону, а с ветром, перемещение которого зависит не только от количества движения, этого не происходит.)

Таким образом, влияние конфигурации берега на ветер с суши и с моря прямо противоположно. Береговой эффект отклоняет ветер с моря параллельно крутому берегу, этот же эффект заставляет ветер с суши опускаться с обрыва под прямым углом.