Як позначається слабкий східний вітер. Напрямок вітру. Визначення та спостереження. Сила вітру в балах за шкалою Бофорта і морське хвилювання.
Швидкість вітру вимірюється в метрах в секунду (м / с), кілометрах в годину (км / год), балах (за шкалою Бофорта від 0 до 12, в даний час до 13 балів). Швидкість вітру залежить від різниці тиску і прямо пропорційна їй: чим більше різниця тиску (горизонтальний баричний градієнт), тим більше швидкість вітру. Середня багаторічна швидкість вітру у земної поверхні 4-9 м / с, рідко більше 15 м / с. В штормах і ураганах ( помірних широт) - до 30 м / с, в поривах до 60 м / с. У тропічних ураганах швидкості вітру доходять до 65 м / с, а в поривах можуть досягати 120 м / с.
Коли ми говоримо про вітер, ми, звичайно, не можемо забути про терті. Тертя - це сила, яка обмежує рух, і в будь-який час, коли об'єкт контактує з поверхнею, він відчуває тертя. Ви можете відчути це, коли ви ковзати вниз по слайду - ви Безумовно відчувайте тертя на тильній стороні ніг, якщо ви ковзати в шортах замість довгих штанів!
Вітер зустрічає тертя по всій Землі, тому що він постійно стикається з поверхнею Землі. Чим грубіше поверхню, тим більше буде тертя. Таким чином, піщана пустеля дозволить вітрі рухатися по ній легше, але грубий гірський хребет, ймовірно, уповільнить цей вітер. Тертя також зменшує ефект ефекту Коріоліса, тому що, як ми дізналися раніше, повільний вітер відхиляється менше, ніж швидше рухається вітер.
Напрямок вітру визначається тією стороною горизонту, з якої дме вітер. Для його позначення застосовується вісім основних напрямків (румбів): С, СЗ, З, С, Ю, ЮВ, В, С. Напрямок залежить від розподілу тиску і від відхиляє дії обертання Землі.
Сила вітру залежить від його швидкості і показує, яке динамічний тиск надає повітряний потік на будь-яку поверхню. Сила вітру вимірюється в кілограмах на квадратний метр(Кг / м2).
Як повітря, що виходить з вашого рота, повітря в атмосфері охолоджується, коли він розширюється. У міру того, як тепле повітря в атмосфері розширюється і охолоджується, він опускається, щоб заповнити простір, залишене теплим повітрям, і ця циркуляція теплого повітря, що піднімається і охолоджуючого повітря, називається конвекційним струмом. Конвекційні струми створюють вітер, який є горизонтально рухомих повітрям. Але конвекційні струми в кінцевому рахунку знаходяться у владі температурних різниць, тому що саме це створює різницю в тиску.
Вітри надзвичайно різноманітні за походженням, характером і значенням. Так, в помірних широтах, де панує західний перенос, переважають вітри західних напрямків (СЗ, З, С). Ці області займають великі простори - приблизно від 30 до 60 ° в кожній півкулі. У полярних областях вітри дмуть від полюсів до зон зниженого тиску помірних широт. У цих областях переважають північно-східні вітри в Арктиці і південно-східні в Антарктиці. При цьому південно-східні вітри Антарктики, на відміну від Арктичних, більш стійкі і мають великі швидкості.
Шкала Бофорта для визначення сили вітру
Різниця тисків між двома точками називається градієнтом тиску, а сила, яка фактично переміщує повітря як вітер, називається силою градієнта тиску. Обертання Землі означає, що повітря не циркулює в односекційному конвекційному струмі для кожного півкулі. Замість цього ми отримуємо кілька повітряних осередків і ефект Коріоліса, що є очевидним прогином вітру через обертання Землі. Подібно до того, як кидати м'яч своєму другові на каруселі, коли він обертається, вітер дійсно подорожує по тому ж прямолінійним шляху, але, якщо спостерігати зверху, здається, відхиляється вправо в північній півкулі і вліво на півдні півсфера.
Найбільша зона вітрів земної кулізнаходиться в тропічних широтах, де дмуть пасати.
На Землі вітер є потоком повітря, який рухається переважно в горизонтальному напрямку; на інших планетах він є потоком властивим цим планетам атмосферних газів. найсильніші вітри сонячної системиспостерігаються на Нептуні і Сатурні. Сонячний вітер є потоком виряджених газів від зірки, а планетарний вітер є потоком газів, що відповідають за дегазацію планетарної атмосфери в космічний простір. Вітри, як правило, класифікують за масштабами, швидкості, видам сил, які їх викликають, місць розповсюдження і впливу на навколишнє середовище.
Відхилення вітру більше при більш високій швидкості вітру, а також в більш високих широтах. Тертя також грає важливу роль в поведінці вітру на Землі, тому що це сила, яка обмежує рух. Коли вітер стикається з більш грубими поверхнями на Землі, він значно сповільнюється. Коли вітер рухається повільніше, вплив ефекту Коріоліса також зменшується, тому що повільні вітри відхиляються менше, ніж вітри, що рухаються з більш високою швидкістю.
Коли цей урок закінчений, ви зможете.
- Визначте конвекційні струми.
- Опишіть градієнт тиску і силу градієнта тиску.
- Визначте, як Земля обертається допомагає створити ефект Коріоліса.
- Зрозуміти вплив тертя на вітер.
Вітри класифікують, в першу чергу, по їх силі, тривалості та напрямку.Таким чином, поривами прийнято вважати короткочасні (декілька секунд) і сильні переміщення повітря. Сильні вітри середньої тривалості (приблизно 1 хвилина) називаються шквалами.Назви більш тривалих вітрів залежать від сили, наприклад, такими назвами є бриз, буря, шторм, ураган, тайфун і ін.
Типова вітрова лопатка має покажчик спереду і плавники ззаду. Коли вітер дме, вітрова гілка вказує на вітер. Наприклад, в північному вітрі вітрова точка вказує на північ. Чашковий анемометр є звичайним інструментом для вимірювання швидкості вітру. Чашки ловлять вітер і створюють перепад тиску всередині і зовні чашки. Різниця тисків разом з силою вітру змушує чашки обертатися. Електричні перемикачі вимірюють швидкість обертання, яка пропорційна швидкості вітру.
При швидкості вітру нижче 3 миль / год чашковий анемометр схильний до помилок, тому що тертя утримує чашки від повороту. При швидкостях вітру вище 100 миль на годину чашкові анемометри часто здувають або дають ненадійні вимірювання. При заморожуванні дощ анемометр може буквально замерзати і припиняти обертання.
Вітри завжди впливали на людську цивілізацію, вони надихали на міфологічні розповіді, впливали на історичні події, розширювали діапазон торгівлі, культурного розвитку і воєн, поставляли енергію для різноманітних механізмів виробництва енергії і відпочинку. Завдяки вітрильним суднам, які пливли за рахунок вітру, вперше з'явилася можливість долати великі відстані по морях і океанах. Повітряні кулі, Які теж рухалися за допомогою вітру, вперше дозволили відправлятися в повітряні подорожі, а сучасні літальні апарати використовують вітер для збільшення підйомної сили та економії палива. Однак, вітри можуть бути і небезпечними, так градієнтні коливання вітру можуть викликати втрату контролю над літаком, швидкі вітри, А також викликані ними великі хвилі, на великих водоймах часто призводять до руйнування штучних споруд, а в деяких випадках вітри здатні збільшувати масштаби пожежі.
Пропелери також можуть вимірювати швидкість вітру. Обертові лопаті обертаються зі швидкістю, пропорційною швидкості вітру. В аеропортах часто використовується вітряк. Віндзор - це конусоподібний мішок з отвором на обох кінцях. Коли він кульгає, вітри світяться; коли він розтягнутий, вітри сильні. Пілоти можуть швидко визначати напрямок і швидкість вітру уздовж ЗПС, просто спостерігаючи за формою і напрямком вітрового скла.
Звукові анемометри використовують звукові хвилі, які люди не чують для вимірювання швидкості і напряму вітру. Інструмент визначає швидкість вітру, вимірюючи час між тим, коли прилад посилає звуковий імпульс і коли він приймається. Вітри вказують на занепокоєння атмосфери Землі: повітря переміщається хаотично поблизу землі, реагуючи на відмінності в нагріванні і атмосферному тиску, в той час як різні домінуючі вітри високого рівняпередають погодні системи по всьому світу. Незважаючи на великі масштаби цих рухів повітря і плутану картину, вони сплелися на спостерігача-людини на краю, скажімо, великого гроза, тригери напрямку вітру відносно прості.
Вітри можуть впливати і на формування рельєфу, викликаючи еолові відкладення, які формують різні види грунтів (наприклад, лес) або ерозію. Вони можуть переносити піски і пил з пустель на великі відстані. Вітри розносять насіння рослин і допомагають пересуванню літаючих тварин, які призводять до розширення видів на новій території. Пов'язані з вітром явища різноманітними способами впливають на живу природу.
Одним з головних чинників напрямку вітру є атмосферний тиск, по суті, вага в даній точці вищерозміщеної колони повітря. Низький тиск часто викликано сонячним нагріванням, коли піднімається більш тепле повітря; охолоджений, спадний повітря створює область високого тиску. Вітри обтікають, як правило, від високого до низького тиску, що істотно заміняє «втрату» повітря в останній ситуації. На додаток до допомоги рухомим вітрам, різниці тепла і тиску викликають зміни в місцевому напрямку вітру.
Вітер виникає в результаті нерівномірного розподілу атмосферного тискуі спрямований від зони високого тиску до зони низького тиску. Внаслідок безперервного зміни тиску в часі і просторі швидкість і напрям вітру постійно змінюються. З висотою швидкість вітру змінюється через зменшення сили тертя.
Наприклад, «морські бризи» і «наземні бризи» формуються через різне нагрівання наземних мас і великих водних об'єктів. Протягом дня поверхню землі поглинає тепло швидше, ніж поверхня води, і нагріває вищерозміщений повітря, який піднімається; У розпал цього, як правило, вдень, вітри переміщаються з водойми високого тиску всередині країни. Вночі відбувається зворотне: повітря над водою зберігає більше тепла, ніж земля з швидким охолодженням, а «наземний бриз» прямує до моря або до лісу.
Швидкість і напрямок вітру
Вітри, однак, частково уникають прямих курсів між високим і низьким тиском обертанням Землі. Ця невідповідність напрямки називається ефектом Коріоліса. Планета обертається із заходу на схід. У Північній півкулі ефект Коріоліса викликає стрімкі вітри з осередку високого тиску - антициклон - для дуття за годинниковою стрілкою, в той час як стрімкі вітри обертаються проти годинникової стрілки навколо циклону низького тиску.
Для візуальної оцінки швидкості вітру служить шкала Бофорта.Метеорологічне напрямок вітру зазначається азимутом точки,звідки дме вітер; тоді як аеронавігаційне напрямок вітру - куди дме, таким чином, значення розрізняються на 180 °. Багаторічні спостереження за напрямком і силою вітру зображують у вигляді графіка - рози вітрів.
На поверхні Землі топографічні зміни можуть впливати на напрямок вітру. Цей фактор не працює виключно під впливом тиску. Наприклад, в гірських районах вітри будуть перемикатися з роздування і спуску в залежності від часу доби. Це пов'язано з диференціальним нагріванням, тиском і повітряними вагами: вночі сильний холодне повітря котиться вниз в долину долини; протягом дня, нагрів оточуючих схилів витягує вітри з дна.
Швидкість вітрувимірюють в метрах в секунду. При штилі швидкість вітру не перевищує 0 м / с. Вітер, швидкість якого більше 29 м / с, називається ураганом.
Найсильніші урагани відзначені в Антарктиді, де швидкість вітру досягала 100 м / с.
силу вітрувимірюють в балах, вона залежить від його швидкості та щільності повітря. За шкалою Бофорта штилю відповідає 0 балів, а урагану максимальну кількість балів - 12.
Тому вітер - раптове і раптове збільшення швидкості вітру. В результаті виміряний 10-хвилинне середнє значення швидкості вітру має бути перевищено не менше ніж на 10 уз протягом декількох секунд. У вітрах вітер може виходити з того ж напрямку, що і середній вітер, Але часто зміна напрямку вітру супроводжується зміною. Якщо бульбашки не виникають, то називається так званий «ламінарний» потік і впорядковується рух частинок повітря. В аеродинамічній трубі цей ламінарний потік можна побачити в паралельному напрямку ліній потоку, які стають видимими з димом або туманом.
На берегових станціях напрямок і силу вітрувизначають по флюгеру і анемометру.
Знаючи загальні закономірності розподілу атмосферного тиску, можна встановити напрямок основних потоків повітря в нижніх шарах атмосфери Землі.
Роза вітрів(В більшості мов вона називається «Роза компаса»), - векторна діаграма, що характеризує в метеорології і кліматології режим вітру в даному місціза багаторічними спостереженнями і виглядає як багатокутник, у якого довжини променів, що розходяться від центру діаграми в різних напрямках (румбах горизонту), пропорційні повторюваності вітрів цих напрямів ( «звідки» дме вітер). Розу вітрів враховують при будівництві злітно-посадочних смуг аеродромів, автомобільних доріг, Плануванні населених місць (доцільною орієнтації будівель і вулиць), оцінці взаємного розташування житлового масиву і промзони (з точки зору напрямки перенесення домішок від промзони) і безлічі інших господарських завдань (агрономія, лісове та паркове господарство, екологія та ін.).
Тоді ламінарний потік стає поверхневим для найменших збурень. Якщо Турбулент, вигини можуть іноді досягати землі. Існують різні причини вітру. Важливим моментом є те, що вітер сповільнюється через тертя на поверхні землі. Чим більше нерівномірним є надра, тим сильніше гальмування. Наприклад, над забудованої територією, більш сильно загальмованою, ніж на відкритому морському пляжі. Зокрема, з високо структуровані поверхнею, на зміну швидкості вітру також сильно впливає напрямок вітру.
Напрямок тоді потрібно лише злегка варіювати, щоб істотно змінити швидкість потоку. Однак такі перешкоди не обов'язково повинні мати велику вертикальну протяжність. Таким чином, приземний повітряний потік вже гальмується природою земної поверхні через тертя.
Роза вітрів, побудована за реальними даними спостережень, дозволяє по довжині променів побудованого багатокутника виявити напрямок панівного, або переважаючого вітру, з боку якого найчастіше приходить повітряний потік в дану місцевість. Тому справжня троянда вітрів, побудована на підставі ряду спостережень, може мати істотні відмінності довжин різних променів. Те, що в геральдиці традиційно називають «розою вітрів» - з рівномірним і регулярним розподілом променів по азимутах сторін світу в даній точці є поширеною метеорологічної помилкою; насправді це всього лише географічне позначення основних географічних азимутів сторін горизонту у вигляді променів.
З іншого боку, через більш низького тертя потік повітря більше, що призводить до турбулентності - потік стає турбулентним. Крім того, вітер також змінюється в результаті перешкод і ефектів каналізації. Якщо повітря завдає перешкода, він закручується за ним. Потім він випромінює хаотичний хаос на різних швидкостях в різних напрямках в хребцях. Така турбулентність може спостерігатися, коли повітряний потік порушується такими перешкодами, як вдома, дерева, пагорби або навіть гори. В цьому випадку утворюються хребці з переважно горизонтальною віссю обертання.
Роза вітрів крім напрямку вітру може демонструвати частоту вітрів (дискретизованої за певною ознакою - в день, на місяць, на рік), а також силу вітру, тривалість вітру (хвилин в день, хвилин на годину). Причому можуть існувати рози вітрів як для позначення середніх значень, так і для позначення максимальних значень. Також можливе створення комплексної рози вітрів, на якій будуть присутні діаграми двох і більше параметрів.
Міжнародна стандартна атмосфера
Ці хребці змінюються в залежності від характеру перешкод - так званої шорсткості. Залишки, що випливають з цього, відповідно різні. У містах з великими блоками будинків і висотних будівель все це вже випробували. Вітер змушений проходити повз будівлю. За будинками часто виникають затінення, де дме вітер. З іншого боку, вітер посилюється, коли він прямує між двома перешкодами. Якщо хтось йде по місту, то помічає, що вітер дме набагато сильніше в певних точках, ніж в інших, в певних напрямках вітру.
Вертикальний рух повітря називається висхідним або низхідним потоком.
Під вітром зазвичай розуміється поздовжнє спрямований рух атмосферних потоків. Це природне явище спостерігається на всіх планетах, де є атмосфера, при цьому напрямок атмосферних потоків може бути непередбачуваним. На Землі атмосфера відносно спокійна, тому прийнято відокремлювати звичайні вітру, поздовжньо дмуть уздовж поверхні, від таких явищ, як смерчі або вертикальні потоки.
Така зміна вітру можна спостерігати всюди, тому що не тільки будівлі, але і форма місцевості і рослинність часто призводять до цих наслідків. Ще один фактор впливу обумовлений стратифікацією атмосфери в вертикалі. Якщо цей шар стабільний, обмін з вищими повітряними шарами відсутня. У разі лабільною стратифікації, особливо в тремтіння і грози, цей обмін може бути дуже інтенсивним. Вітер дме по-різному на різних висотах. Як правило, швидкість вище на великих висотах, ніж нижче. Проте, можуть бути і термічні причини: особливо в літні місяцігрунт нагрівається, а грунтовий повітря також дуже вражає через сонячних променів.
Відповідно до сучасних метеорологічним стандартам, всі земні поділяються залежно від наступних параметрів:
- масштаб і область поширення;
- сила і швидкість;
- природа виникнення;
- тривалість;
Освіта атмосферних потоків, їх масштаб
Перша важлива характеристика - масштаб і сполучена з ним область поширення (впливу) вітрів. Існують глобальні атмосферні потоки: мусони, пасати, східні і західні вітри, полярні і субтропічні атмосферні фронти. Вони відносяться до так званим постійним вітрам планети і утворюються в результаті масштабних кліматичних зсувів при зміні пір року.
Локальні вітру утворюються на тлі місцевих кліматичних особливостей - при перепаді температур, вздовж водойм або гірських хребтів. Найвідомішими локальними вітрами є бор, фён, бриз, суховій і безлічі інших атмосферних потоків, характерних для конкретної місцевості. Їх виникнення обумовлюється як міжсезоння змінами повітряних потоків, так і різними географічними особливостями.
Тривалість - ще один параметр, що характеризує різні типивітрів. Вище були розглянуті тривалі вітру широкої області охоплення, однак існують і короткочасні обмежені атмосферні обурення. До них відносять різні локальні антициклони і циклони, грози, смерчі, сезонні вітру і деякі інші. Цей тип вітрів - найпоширеніший і непостійні, вони можуть сформуватися протягом декількох днів і так само швидко згаснути.
Вплив вітру на погодні умови
Атмосферні потоки - один з основоположних природних факторів, який безпосередньо пов'язаний з більшістю природних явищ. Циклони і антициклони, які обумовлюють локальні зміни клімату, являють собою локальні атмосферні освіти. Вони здатні привести до різкої зміни погоди, нехарактерною для певного регіону.
Інший приклад впливу вітрів на погоду - грози і град. Саме під впливом гарячих висхідних вітрів утворюються сильні грозові вітру, відбувається електризація між молекулами води. Згідно з останніми даними, всі погодні явища схильні до впливу атмосферних фронтів: В тому числі, дощі, посухи, стихійні пожежі, урагани.
Крім того, локальні вітру продукують такі явища, як турбулентність і обмерзання, що обумовлює важливість їх вивчення і своєчасного відстеження.
Швидкість і сила вітру, шкала Бофорта
Розглядаючи характеристики вітрів, не можна не торкнутися їх сили, яка знаходиться в прямій залежності від швидкості. Вона вимірюється в метрах в секунду, при цьому за підсумкову швидкість зазвичай приймають усереднене значення в межах 10 хвилин безперервного виміру. Рекордний показник для нашої планети був зафіксований в 1996 році, в Австралії і склав близько 113-115 м / с або приблизно 410 кілометрів на годину. Найсильніші постійні вітри дмуть в Антарктиді: їх швидкість досягає позначки в 90м / с.
Так як швидкість і сила вітру є його основними потенційно небезпечними характеристиками, була розроблена міжнародна шкала класифікації Бофорта. Вона оцінює приблизну вплив швидкості вітру на будівлі, різні наземні споруди, людини, природу і техніку. В даний час прийнятий стандарт шкали з 12 балами:
|
бали |
характеристика |
Швидкість (м / с) |
видимі прояви |
|
відсутність |
Нерухома листя дерев і дим |
||
|
тихий |
Дим від багаття помітно відхиляється |
||
|
легкий |
Помітний шелест листя |
||
|
слабкий |
Колишуться гілки дерев |
||
|
помірний |
У повітря піднімається пил і легкий сміття |
||
|
Свіжий |
Погойдуються стовбури дерев |
||
|
сильний |
Дерева сильно гойдаються |
||
|
міцний |
Гудуть дроти, ламаються тонкі гілки |
||
|
Дуже сильний |
Ламаються товсті гілки і сучки |
||
|
шторм |
Руйнуються дахи будівель |
||
|
Сильний шторм |
Дерева вириваються з коренем |
||
|
жорсткий шторм |
руйнуються будівлі |
||
|
ураган |
катастрофічні руйнування |
Слід враховувати, що в цій таблиці вказані усереднені показники швидкості і приблизні прояви, які можуть дещо відрізнятися від реальних.