9.3. Ветер и его характеристики

Неравномерное распределение давления у земной поверхности вызывает перемещение воздуха. Движение воздуха в горизонтальном направлении называется ветром. Ветер всегда дует из области повышенного давления в область пониженного давления. Как всякое движение, ветер имеет две характеристики: скорость и направление.

Скорость ветра – количество метров, проходимое воздухом в секунду (м/с). На метеорологических станциях ее определяют флюгером Вильда и анеморумбометром (греч. anemos – ветер), в полевых условиях – анемометрами различной конструкции. Иногда скорость ветра, т. е. его силу, оценивают визуально в баллах (по двенадцатибалльной шкале Бофорта), указывая название ветра.

На скорость ветра влияет разница в давлении, трение и плотность воздуха. Разность давления определяется горизонтальным барическим градиентом. Это изменение давления по нормали (т. е. перпендикулярно) к изобаре в сторону уменьшающегося давления на единицу расстояния – длину 1° меридиана или 100 км. Чем больше разница в давлении, т. е. горизонтальный барический градиент, тем сильнее ветер. Трение уменьшает скорость ветра, поэтому с увеличением высоты над земной поверхностью ветер сильнее. На высоте ветер усиливается и из-за меньшей там плотности воздуха. Это особенно ощущается в горах, на их вершинах или перевалах, где создаются условия аэродинамической трубы. Скорость ветра учитывается в повседневной жизни, особенно при строительстве высотных сооружений, например телебашен, труб и пр.

Направление ветра определяется по той стороне горизонта, откуда дует ветер. Оно обычно определяется по 16 румбам: северный, северо-севере-восточный, северо-восточный и т. д. Для более точного определения направления ветра указывают азимут – угол, отсчитываемый от точки севера до вектора скорости по часовой стрелке от 0° до 360°. Направление ветра зависит от направления горизонтального барического градиента, отклоняющего действия вращения Земли, и от трения. Ветер всегда направлен по нормали к изобаре в сторону убывающего давления. Но при движении воздуха сразу проявляется сила Кориолиса, в результате чего ветер отклоняется от первоначального направления: вправо – в северном полушарии, влево – в южном. Отклонение сильнее при больших скоростях и увеличивается от экватора к полюсам. При этом скорость ветра и отклонение его над водой больше, чем над сушей, где они снижены из-за неровностей земной поверхности. В среднем трение наполовину уменьшает отклонение ветра в приземном слое тропосферы (в слое трения). Связь между распределением атмосферного давления и направлением ветра в слое трения выражается барическим законом ветра (закон Бёйс-Баллота). Он таков: в северном полушарии, если встать спиной к ветру, низкое давление окажется слева и несколько впереди, а высокое – справа и несколько позади. В южном полушарии, наоборот, низкое давление – справа, несколько впереди, а высокое – слева, несколько позади.

На высоте более 1000–1200 м, выше слоя трения, в так называемой свободной атмосфере, отклонение становится столь значительным, что ветер практически дует вдоль изобар; его называют градиентным. Градиентный ветер, дующий вдоль прямолинейных изобар, называется геострофическим, а вдоль круговых изобар – геоциклострофическим: циклональным или антициклональным. Если движение воздуха происходит против часовой стрелки – в северном полушарии или по часовой стрелке – в южном полушарии, ветер называется циклональным. Если движение воздуха происходит по часовой стрелке – в северном полушарии или против часовой стрелки – в южном полушарии, ветер анти-циклональный.

Ветер – сложное воздушное течение, скорость его постоянно колеблется, направление частиц воздуха непрерывно меняется, поэтому он дует порывисто. Турбулентность ветрового потока можно наблюдать во время падения снежинок при ветре, когда они совершают беспорядочные движения. Турбулентность ветра обусловлена неравномерным нагревом и неровностями земной поверхности, т. е. она термического и динамического происхождения. Турбулентность ветра зависит также от соотношения температуры приходящего воздуха и подстилающей поверхности. Когда холодная воздушная масса приходит на теплую поверхность (например, на Восточно-Европейскую равнину летом с Арктики или Атлантики), она снизу подогревается, развивается конвекция и турбулентность усиливается. Когда относительно теплый воздух приходит на холодную поверхность (зимой с Атлантики), то он от снега охлаждается, стратификация воздуха становится устойчивой, а турбулентность – незначительной.

Чтобы охарактеризовать ветровой режим местности, т. е. скорость или направление ветров, надо взять их осредненные значения за длительное время и построить диаграмму – розу ветров. С помощью розы ветров обычно определяют преобладающее направление ветров за год. Для этого от начала координат откладывают 8 или 16 отрезков по сторонам горизонта, длины которых пропорциональны повторяемости ветров соответствующего направления (%). Концы отрезков соединяют ломаной линией. Повторяемость штилей указывают числом в центре диаграммы (рис. 55).

На Земле одновременно дуют ветры разной протяженности, разной силы и разных направлений. Значительная их часть обусловливается динамикой воздушных масс в постоянных и сезонных центрах действия атмосферы, а также в циклонах и антициклонах умеренных широт на границах воздушных масс с различными свойствами. В то же время существуют и локальные ветры, возникающие только в определенных районах и вызванные спецификой местных орогидрографических условий. Таким образом, все ветры Земли можно в первом приближении разделить на ветры планетарного масштаба – общую циркуляцию атмосферы, ветры атмосферных вихрей во фронтальных зонах и местные ветры.

Рис. 55. Диаграмма «роза ветров»