Ветер, скорость, сила и направление. Роза ветров. Типы ветров.

Перемещение воздуха над поверхностью Земли в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого. Ветер характеризуется скоростью, силой и направлением.

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду и километрах в час. Сила ветра измеряется в баллах (один балл приблизительно равен 2 м/с). Скорость зависит от барического градиента: чем больше барический градиент, тем выше скорость ветра. От скорости зависит сила ветра. Чем больше разность атмосферного давления между соседними участками земной поверхности, тем сильнее ветер.

Различают сглаженную скорость ветра за некоторый небольшой промежуток времени, в течение которого производятся наблюдения, и мгновенную скорость ветра, которая вообще сильно колеблется и временами может быть значительно ниже или выше сглаженной скорости.

У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4—8 м/сек и редко превышают 12—15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы — до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70—100 м/сек.

Шкала Бофорта — условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море. Была разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 г. и сначала применялась только им самим. В 1874 г. Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в Международной синоптической практике. В последующие годы шкала менялась и уточнялась. Шкалой Бофорта широко пользуются в морской навигации.

Баллы Бофорта	Словесное определение силы ветра	Скорость ветра, м/с	Действие ветра
на суше	на море
	Штиль	0-0,2	Штиль. Дым поднимается вертикально	Зеркально гладкое море
	Тихий	0,3-1,5	Направление ветра заметно но относу дыма, но не по флюгеру	Рябь, пены на гребнях нет
	Легкий	1,6-3,3	Движение ветра ощущается на лице, шелестят листья, приводится в движение флюгер	Короткие волны, гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными

 

	Слабый	3.4-5,4	Листья и тонкие ветви деревьев все время колышутся, ветер развевает верхние флаги	Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки
	Умеренный	5,5-7,9	Ветер поднимает пыль и бумажки, приводит в движение тонкие ветви деревьев	Волны удлиненные, белые барашки видны во многих местах
	Свежий	8,0-10,7	Качаются тонкие стволы деревьев, на воде появляются волны с гребнями	Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги)
	Сильный	10.8-13,8	Качаются толстые ветви деревьев, гудят телеграфные провода	Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные плошали (вероятны брызги)
	Крепкий	13,9-17,1	Качаются стволы деревьев, идти против ветра трудно	Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру
	Очень крепкий	17,2-20,7	Ветер ломает сучья деревьев, идти против ветра очень трудно	Умеренно высокие длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра
	Шторм	20.8-24,4	Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу	Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться в брызги, которые ухудшают видимость

 

	Сильный шторм	24.5-28,4	Значительные разрушения строений, деревья вырываются с корнем. На суше бывает редко	Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая
	Жестокий шторм	28,5-32,6	Большие разрушения на значительном пространстве. На суше наблюдается очень редко	Исключительно высокие волны. Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море все покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая
	Ураган	32,7 и более		Воздух наполнен пеной и брызгами. Море все покрыто полосами пены. Очень плохая видимость

Направление ветра

Нужно хорошо запомнить, что, говоря о направлении ветра, имеют в виду направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т. е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад — и 8 промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад (рис. 68). 16 румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют следующие сокращенные обозначения, русские и международные:

Если направление ветра характеризуется углом его с меридианом, то отсчет ведется от севера по часовой стрелке. Таким образом, северу будет соответствовать 0° (360°), северо-востоку 45°, востоку 90°, югу 180°, западу 270°. При наблюдениях над ветром в высоких слоях атмосферы направление его, как правило, указывается в градусах, а при наблюдениях на наземных метеорологических станциях — в румбах горизонта.

Направление ветра определяется с помощью флюгера, вращающегося около вертикальной оси. Под действием ветра флюгер принимает положение по направлению ветра. Флюгер обычно соединяется с доской Вильда.

На климатической карте господствующие ветры показаны стрелками.Поверхность суши и воды нагревается по-разному. В летний день поверхность суши нагревается сильнее. От нагревания воздух над сушей расширяется и становится легче. Над водоемом в это время воздух холоднее и, следовательно, тяжелее. Если водоем сравнительно большой, в тихий жаркий летний день на берегу можно почувствовать легкий ветерок, дующий с воды, над которой атмосферное давление выше, чем над сушей. Такой легкий ветерок называют дневным бризом. Ночной бриз, наоборот, дует с суши, так как вода охлаждается гораздо медленнее и воздух над ней теплее. Бризы могут возникать и на опушке леса.

Местные ветры могут возникать не только на побережье, но и в горах.

Фён — теплый и сухой ветер, дующий с гор в долину.

Бора — порывистый, холодный и сильный ветер, появляющийся, когда холодный воздух переваливает через невысокие хребты к теплому морю.

Сезонные ветры - муссоны — меняют свое направление два раза в год. Летом суша быстро прогревается, и давление воздуха над ее поверхностью падает. В это время более прохладный воздух начинает перемещаться на сушу. Зимой — все наоборот, поэтому муссон дует с суши на море. Со сменой зимнего муссона на летний происходит смена сухой малооблачной погоды на дождливую. Действие муссонов сильно проявляется в восточных частях материков, где с ними соседствуют огромные пространства океанов, поэтому такие ветры часто приносят на материки обильные осадки. Неодинаковый характер циркуляции атмосферы в разных районах земного шара определяет различия в причинах и характере муссонов. В результате различают внетропические и тропические муссоны.

Внетропические муссоны — муссоны умеренных и полярных широт. Они образуются в результате сезонных колебаний давления над морем и сушей. Наиболее типичная зона их распространения — Дальний Восток, Северо-Восточный Китай, Корея, в меньшей степени — Япония и северо-восточное побережье Евразии.

Тропические муссоны — муссоны тропических широт. Они обусловлены сезонными различиями в нагревании и охлаждении Северного и Южного полушарий. В результате зоны давления смещаются по сезонам относительно экватора в то полушарие, в котором в данное время лето. Тропические муссоны наиболее типичны и устойчивы в северной части бассейна Индийского океана. Этому в немалой мере способствует сезонная смена режима атмосферного давления над Азиатским материком. С южноазиатскими муссонами связаны коренные особенности климата этого региона.

Образование тропических муссонов в других районах земного шара происходит менее характерно, когда более четко выражается один из них — зимний или летний муссон. Такие муссоны отмечаются в Тропической Африке, в северной Австралии и в приэкваториальных районах Южной Америки.

Постоянные ветры Земли - пассаты и западные ветры — зависят от положения поясов атмосферного давления. Так как в экваториальном поясе преобладает низкое давление, а близ 30° с. ш. и ю. ш. — высокое, у поверхности Земли в течение всего года ветры дуют от тридцатых широт к экватору. Это пассаты. Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии к западу и дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном они направлены с юго-востока на северо-запад.

От поясов высокого давления (25-30° с. ш. и ю. ш.) ветры дуют не только к экватору, но и в сторону полюсов, так как у 65° с. ш. и ю. ш. преобладает низкое давление. Однако вследствие вращения Земли они постепенно отклоняются к востоку и создают воздушные потоки, перемещающиеся с запада на восток. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры.

Роза ветров (в большинстве языков она называется «Роза компаса»), — векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии иклиматологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям и выглядит как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений («откуда» дует ветер). Розу ветров учитывают при строительстве взлётно-посадочных полос аэродромов, автомобильных дорог, планировке населенных мест (целесообразной ориентации зданий и улиц), оценке взаимного расположения жилмассива и промзоны (с точки зрения направления переноса примесей от промзоны) и множества других хозяйственных задач (агрономия, лесное и парковое хозяйство, экология и др.).

Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направление господствующего, или преобладающего ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность. Поэтому настоящая роза ветров, построенная на основании ряда наблюдений, может иметь существенные различия длин разных лучей.

ля того чтобы определить господствующее направление ветра, необходимо построить «розу» ветров. Для построения «розы» ветровпо направлению и повторяемости проводят из одной точки прямые по направлению восьми румбов и на каждой из них откладывают столько единиц, сколько раз в этом направлении за отдельный промежуток времени дул ветер, концы отрезков соединяют прямыми.

 

Воздушные массы и фронты.

В тропосфере выделяют относительно однородные по температуре, влажности и другим параметрам крупные объемы воздуха - воздушные массы. Протяженность их достигает тысяч километров, вертикальная мощность - вплоть до верхней границы тропосферы. Воздушные массы бывают местные (малоподвижные) и движущиеся. Последние по отношению к подстилающей поверхности делят на теплые воздушные массы (приходят на более холодную подстилающую поверхность) и холодные воздушные массы (надвигаются на более теплую поверхность). Взаимодействие воздушных масс, их перемещение - определяет погоду.

В зависимости от районов формирования выделяют четыре зональных типа воздушных масс:

- экваториальный - формируется в экваториальной зоне, перемещаясь в северное и южное полушария. И над морем, и над сушей всегда имеет высокую температуру и влажность; поэтому на морской и континентальный не подразделяется. При переходе с океана на более нагретую сушу из экваториального воздуха выпадают тропические дожди. За пределы тропиков экваториальный воздух (ЭВ) не распространяется.

- тропический - воздушная масса, круглый год формирующаяся в тропиках и субтропиках, а летом над сушей на юге умеренных широт (юг Европы, Казахстан, Средняя Азия, Забайкалье и др.). Обычно ТВ вторгается из низких широт в более высокие, вызывая резкое повышение температуры—оттепели зимой и жаркую погоду летом. Морской ТВ отличается высокой влажностью и температурой, континентальный— запыленностью и более высокой температурой.

- полярный - воздух умеренных широт. Название не совсем точное и сохраняется, скорее, по традиции. Очаги ПВ располагаются в средних и субполярных, т. е. во внетропических, широтах обоих полушарий. Он также бывает континентальным и морским. Зимой континентальный ПВ сильно охлажден. Он отличается небольшим содержанием влаги. С вторжением континентального ПВ устанавливается ясная, морозная погода. Летом он сильно нагрет. Морской ПВ обычно формируется над океанами; он влажный, умеренной температуры; зимой приносит оттепели; летом—пасмурную погоду и похолодание.

- арктический (антарктический) - формируется над ледяной поверхностью полярных стран; характеризуется низкими температурами, малым содержанием влаги, небольшим количеством пыли, большой прозрачностью. Вторгаясь в низкие широты, этот воздух значительно понижает температуры. Он может проникнуть далеко от области своего возникновения, задерживаясь только горными цепями. По своим свойствам АВ подразделяется на континентальный и морской. От континентального морской воздух отличается повышенным содержанием влаги.

Они различаются прежде всего по температуре. Все типы, кроме экваториального, делятся на подтипы: морской и континентальный в зависимости от характера поверхности, над которой формируется воздух.

Воздушные массы обычно находятся в постоянном движении. На их контакте образуются обширные переходные зоны - атмосферные фронты, ширина их (500-900 км) намного меньше длины (2-3 тыс. км). Плоскость раздела между воздушными массами, всегда наклоненная в сторону холодного воздуха, называется фронтальной поверхностью. Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли называется линией фронта, или просто фронтом (атмосферным фронтом). Чаще всего одна из воздушных масс оказывается более активной, а фронт движущимся.

Атмосферные фронты бывают стационарные и движущиеся.

Если воздушные течения направляются с обеих сторон вдоль линии фронта и она не перемещается заметно ни в сторону теплого, ни в сторону холодного воздуха, то фронт называется стационарным.

Движущийся фронт образуется в том случае, если одна из воздушных масс имеет составляющую скорости, перпендикулярную линии фронта. В зависимости от направления перемещения движущиеся фронты подразделяют на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при наступлении теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемещается в сторону холодного воздуха. После прохождения теплого фронта наступает потепление. Холодный фронт образуется при подтекании холодного воздуха под теплый. При этом линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха, который вытесняется наверх. После прохождения холодного фронта наступает похолодание. Различают холодные фронты первого и второго рода. Холодный фронт первого рода образуется в случае медленного наступания холодного воздуха. При этом теплый воздух спокойно поднимается по фронтальной поверхности и линия фронта движется медленно. Холодный фронт второго рода возникает при быстром движении холодного воздуха и резком подтекании его под теплый воздух, который подбрасывается вверх. Фронтальная поверхность при этом круто поднимается над земной поверхностью из-за того, что приземные слои воздуха тормозятся трением. Линия фронта движется быстро

На фронтах из теплого воздуха развиваются подвижные фронтальные циклоны -огромные восходящие вихри, а из холодного воздуха антициклоны - огромные нисходящие вихри. С циклонами связаны облачность, осадки, понижение температуры летом, повышение зимой. С антициклонами - ясная, сухая погода, жаркая летом, морозная зимой. В целом при прохождении атмосферных фронтов происходят резкие изменения погоды: перепады температуры, давления, выпадение осадков, усиление и резкая смена направления ветров и др. В формировании климата нашей страны, расположенной большей частью в умеренных широтах, фронтальной деятельности принадлежит существенная роль, поэтому погода обычно неустойчивая, особенно в зимнее время.

Фронты имеют большое значение для погоды, так как вблизи них образуются облака и часто выпадают осадки В местах встречи теплого и холодного воздуха зарождаются и развиваются циклоны, погода становится не стойкою. Зная расположение атмосферных фронтов, направления и скорости их передвижения, а также имея метеорологические данные, характеризующие воздушные массы, составляют прогнозы погоды.

На климатических картах выделяются зоны, где, по средним многолетним данным, чаще встречаются воздушные массы различных типов и подтипов и где наиболее активно образуются атмосферные фронты. Такие статистически устойчивые фронтальные зоны называются климатическими фронтами. В этих зонах больших горизонтальных контрастов температуры, давления и сильных ветров концентрируются большие запасы энергии, которые расходуются на образование циклонов и антициклонов. Таким образом, эти зоны отражают среднее многолетнее наиболее типичное положение серий подвижных атмосферных фронтов.

Среди климатических фронтов выделяют главные и вторичные фронты.

Главные фронты являются зонами раздела и взаимодействия основных типов воздушных масс, контрастных прежде всего по температуре. Между арктическим (антарктическим) и полярным (умеренных широт) воздухом они называются соответственно арктическим и антарктическим фронтами, между полярным и тропическим воздухом – полярным фронтом. Раздел между теплыми воздушными массами – относительно сухой тропической и влажной экваториальной, – считавшийся ранее тропическим фронтом, представляет собой зону сходимости пассатов северного и южного полушарий и называется в настоящее время внутритропической зоной конвергенции.

Особенности главных фронтов таковы. Во-первых, они прослеживаются вверх до самой стратосферы, часто вызывая образование так называемых струйных течений – очень сильных ветров, которые достигают наибольшей величины близ тропопаузы. Во-вторых, они не образуют на Земле сплошных полос, а разрываются на отдельные ветви (отрезки), которые носят собственные названия. Особенно это заметно на примере полярного фронта, который разделяется на целый ряд ветвей. В-третьих, эти ветви смещаются по сезонам вслед за Солнцем: летом фронты вместе с возникающими на них сериями циклонов мигрируют в сторону полюсов, зимой – к экватору, причем некоторые из них в определенные сезоны размываются.

Концы полярных фронтов, проникающих далеко в глубь тропиков, называются пассатными фронтами. Они разделяют в тропиках уже не полярный и тропический воздух, а различные по свойствам массы тропического воздуха, приносимого из разных океанических субтропических максимумов ветрами, называемыми пассатами. Вторичные фронты (фронты второго порядка) образуются обычно между воздушными массами разных подтипов одного и того же географического типа. Они часто возникают между морским и континентальным полярным воздухом, прежде всего зимой, когда температурная разница между ними достигает наибольших значений. Такой полярный фронт намечается над центром Восточно-Европейской равнины, в связи с чем Москву образно называют «прифронтовым» городом. Вторичные фронты прослеживаются на меньшую высоту, чем главные, – на несколько километров в пределах тропосферы.