Ветер – это поток воздуха, который перемещается, как правило, в горизонтальном направлении из зоны высокого атмосферного давления в зону низкого. Существует несколько классификаций ветров. Главные его свойства – направление, сила и продолжительность.
Как образуется ветер?
Основная причина образования ветра – неравномерное распределение атмосферного давления. Солнечные лучи, достигая поверхности Земли, нагревают океан и сушу. При этом температура в разных уголках нашей планеты возрастает неравномерно.
Например, сильнее всего нагревается зона экватора и соответствующие пояса. Температура океанических вод повышается менее интенсивно, чем температура суши, однако водные массивы дольше удерживают тепло.
Таким образом, воздушные массы тоже нагреваются неравномерно. Образуются зоны с разным давлением, вследствие чего происходит воздушная циркуляция. Так, нагретые потоки (восходящие) из зоны низкого давления устремляются вверх. Тем временем, остывший воздух (нисходящие потоки) опускается вниз и устремляется в область низкого давления.
Атмосфера Земли не останавливается ни на секунду. Процесс воздушной циркуляции носит глобальный характер. Когда массивные потоки теплого и холодного воздуха сталкиваются, возникают различные по интенсивности ветры.
Классификация скорости ветра в баллах по шкале Бофорта
В мире принято различать ветер по скорости и силе в баллах от 0 до 12. Для этого используется шкала Бофорта, разработанная ирландским моряком, картографом и военным адмиралом – Фрэнсисом Бофортом.
У Бофорта было немало заслуг и талантов, однако всемирную известность он обрел именно благодаря этой шкале. Во время службы на флоте Фрэнсис вел регулярные наблюдения за ветром. Полученные данные он записывал в дневник. В будущем наблюдательность помогла ему в разработке шкалы, которую официально утвердили в 1838 году.
В 20-м веке шкала Бофорта была доработана: систему из 12 баллов расширили до 17, чтобы можно было классифицировать особенно сильные ветры, например, тайфуны. Но расширенная версия используется лишь в тех зонах, где такие тайфуны происходят достаточно часто (Китай, Тайвань и т.п.).
Согласно шкале Бофорта, сила ветра определяется по 2-м критериям:
- волнение открытого моря;
- влияние ветра на сухопутные объекты.
Соответственно имеется и 2 таблицы: одна для суши, другая – для открытого океана. В таблице для суши показана сила ветра и скорость в метрах за секунду. Во втором варианте скорость ветра дается в узлах. В обеих шкалах указаны общие черты, по которым можно определить силу воздушных потоков.
Направление ветра
Направление ветра зависит преимущественно от разницы атмосферного давления и вращения Земли. Замечено, что на полюсах планеты преобладают восточные ветры. В умеренном поясе обоих полушарий ветры дуют в западном направлении.
В области тропического пояса наблюдаются воздушные потоки восточного направления. Также есть большие зоны, в которых ветер движется по вертикали, соблюдая правило низкого и высокого атмосферного давления. Это субтропические и приполярные пояса.
В климатологии и метеорологии существует понятие розы ветров. Это диаграмма векторного типа, которая отображает режим ветра в заданной местности, основанный на продолжительном наблюдении.
Роза ветров представляет собой многоугольник, лучи которого расходятся от центральной части диаграммы. По длине каждого луча можно судить, насколько часто ветер дует в определенном направлении. Эту информацию учитывают при строительстве объектов инфраструктуры (дорог, посадочных полос и т.д.) и во многих других отраслях.
Виды ветров
По основной классификации ветры делятся на постоянные (или преимущественные) и сезонные.
Постоянными называются ветры, которые не меняют своего направления. Они образуются благодаря соприкосновению зон высокого и низкого давления. Сезонные ветры, соответственно, меняют свое направление в зависимости от текущего времени года.
Также отдельную категорию составляют местные ветры. Это воздушные массы, которые циркулируют только на определенных территориях планеты. При этом они определяют климатические условия данной зоны.
Постоянные
Разновидности преимущественных ветров:
- пассаты;
- западные;
- восточные.
Пассаты – ветры, дующие с востока между тропиками и устремляющиеся к экватору. Они разделены безветренной полосой. Именно пассаты направляют тропические циклоны в западном направлении.
Западные ветры умеренного пояса представляют потоки воздуха, которые преобладают на умеренной широте – в зоне между 35 и 65 градусами северной и южной широты. Движутся они с запада на восток.
Восточные ветры полярных районов направляются из зон высокого давления в зоны низкого давления.
Сезонные
Сезонные ветры представлены одной категорией – муссонами. Они дуют в области тропиков на протяжении нескольких месяцев. При этом дважды в год муссоны резко меняют свое направление.
В летний период воздушные потоки движутся с океана на сушу, а зимой, наоборот – с материковой части в сторону океана. Муссоны приносят с собой большое количество осадков в теплое время года. Формирование ветров происходит на востоке и юго-востоке Азии.
Местные
Наибольшим разнообразием отличаются местные ветры. Среди них можно выделить следующие виды:
- Бриз – теплый поток воздуха на стыке морских водоемов и береговой линии. Меняет направление два раза в сутки. Днем бриз дует с моря на сушу, ночью – с побережья в сторону моря.
- Самум – сухой ветер пустынного типа, который переносит огромные песчаные массы. Встречается в африканских пустынях и на Аравийском полуострове.
- Сирокко – воздушные потоки над Северной Африкой и Средиземноморьем, которые имеют юго-западное и южное направление.
- Бора – ветры, формируемые на территориях, где горы граничат с морями. Температура потоков зависит от времени года. Направление – с гор к морю.
- Фён – ветер, дующий порывами с гор в направлении долин. Отличается сухостью и возникает из-за перепада высоты на небольшой территории. Распространен в горных районах Северной Америки, Евразии.
- Суховей – возникает в умеренном поясе над степями и пустынями. Воздух сухой и горячий.
- Нордер – ветер, наблюдаемый в Мексиканском заливе и дующий с севера.
- Зюйд – название обозначает южный ветер, встречающийся на северном полюсе.
- Зефир – воздушный поток в восточной части Средиземноморья, возникающий в теплое время года.
Также бывают необычные виды ветров, такие как торнадо (ураган, встречающийся в Северной Америке), хабуб (африканские песчаные бури), близзард (канадский буран наподобие сибирской пурги), хамсин (горячий штормовой ветер в Саудовской Аравии, длящийся около 50 дней) и другие.
Как измеряют скорость ветра?
Для измерения скорости ветра изобрели специальные приборы, которые называются анемометрами. Они бывают механическими, ультразвуковыми и тепловыми. Механические делятся на чашечные и крыльчатые.
Чашечный анемометр считается наиболее распространенным. Такой прибор состоит из полусферических чаш и ротора. При этом чаши насажены на ротор и при дуновении ветра начинают вращаться.
В основе данного способа измерения содержится разница давления, которую создает ветер на выпуклые и вогнутые стороны чаш. Скорость вращения ротора соответствует скорости ветра.
От чего зависит скорость и сила ветра?
Скорость ветра зависит от того, насколько велика разница атмосферного давления между территориями. Таким образом, чем быстрее движется ветер, тем больше показатель его силы, с которой поток воздействует на окружающие предметы.
Для примера можно взять три территории: на одной барометр показывает 765 мм ртутного столбика, на другой – 760, на третьей – 750. Ветер, дующий с первой территории, на третьей будет сильнее и быстрее, чем на второй из-за большей разницы в давлении.
Какие ветры вызывают образование различных течений?
Морские течения – это мощные потоки воды, которые движутся постоянно либо возникают периодически в морях и океанах. Течения возникают по разным причинам, одной из которых является ветер.
Вызванные ветром, течения делятся на два типа:
- Дрейфовые – образуются только под действием ветра.
- Ветровые (комбинированные) – возникают не только из-за силы ветра, а в совокупности с разной плотностью воды, наклоном уровня моря.
Направление течения зависит от того, в какую сторону движется поток воздуха. Ветровые течения всегда только поверхностные. Наиболее сильными среди них считаются течение Западных Ветров, протяженность которого составляет около 30 000 км, а также Южное Пассатное течения.
Таким образом, морские течения вызывают муссоны, пассаты и западные ветры.
Почему зимой над сушей более высокое давление, чем над океаном, а летом — наоборот?
В зимний период материковая часть Земли остывает быстрее, чем океанические воды. Таким образом, над материком воздух охлаждается, а уровень давления возрастает. Над толщей воды воздух теплее, а давление – ниже.
Летом наблюдается обратная ситуация. Поверхность земли нагревается быстрее, поэтому над ней формируется область низкого давления. Над холодным океаном – высокое давление.
Этим обусловлено и направление муссонов в разное время года. Летний муссон дует в сторону материка, а зимний – в направлении океана.
Использование ветра человеком
Ветер – элементарный источник энергии, который, к тому же, является экологически безопасным. А сохранение экологии – одна из основных текущих задач человечества. Интересно, что сила ветра служит людям с давних пор.
Раньше это были простейшие устройства вроде мельниц. Сейчас строятся комплексные ветроэнергетические установки, при помощи которых сила ветра преобразовывается в электричество.
Энергия ветра может быть преобразована в следующие виды энергии:
- кинетическую – для передвижения парусных судов (в прошлом), полетов воздушных шаров;
- механическую – для установок, перекачивающих воду и измельчающих зерновые (устаревшие способы);
- электрическую – для производства электроэнергии.
По потенциалу энергия ветра находится на шестом месте в списке возможных источников после солнечного излучения, угля, урана, нефти и природного газа. Так, возможный объем электроэнергии, который можно получить за счет ветроэнергетических установок, составляет около 25-700 ТВт в год.
Страны-лидеры в ветроэнергетике (2015 г.):
- Китай – 115 000 МВт.
- США – 65 000 МВт.
- Германия – 39 000 МВт.
- Испания – 22 000 МВт.
- Индия – 22 000 МВт.
- Великобритания – 12 000 МВт.
- Канада – 10 000 МВт.
- Франция – 9 000 МВт.
- Италия – 8 000 МВт.
- Бразилия – 6 000 МВт.
В России ветроэнергетика развита слабо и на это есть несколько причин. Во-первых, средняя скорость ветра по всей территории – около 5 м/с (годовые расчеты). Это недостаточный показатель для стандартных установок, поэтому добавляются расходы на дополнительное оборудование.
Во-вторых, предпочтительнее выбирать стабильные источники энергии, независящие от различных факторов (в частности природных). Ветроэнергетика в нашей стране связана и с множеством других недостатков, особенно если речь идет о малых объемах. Например, высокая стоимость оборудования, проблемная эксплуатация, обслуживание систем и т.п.
Значение в природе
Ветер является важнейшим природным фактором, который воздействует на составляющие природы: климатические условия, геологические процессы, растения, животные и др.
Основные последствия влияния ветров:
- Возникновение сильных океанических течений, которые определяют климат прилегающих зон.
- Эрозия почвы из-за выдувания мелких частиц.
- Образование новых форм рельефа. Например, перенос и откладывание песка ветром приводит к появлению песчаных дюн.
- Перенос пыли из пустынь и загрязнение воздуха. Например, летом дуют пассаты в Северном полушарии. При этом они постепенно приближаются к областям субтропических пустынь. В результате пыль из Сахары на протяжении сезона достигает южно-восточной части Северной Америки.
- Распространение пожаров. Ветер – один из основных факторов, который влияет на быстрое распространение пожаров, в особенности лесных.
- Влияние на растения. Воздушные потоки распространяют семена некоторых растений, ограничивают рост деревьев, а также могут наносить механические повреждения переносимыми твердыми частицами.
- Влияние на животных. Ветер усиливает холод в совокупности с низкими температурами – это основной аспект его влияния на животный мир. К влиянию ветра вынуждены приспосабливаться, например, пингвины, птицы, насекомые. Некоторым видам движение воздушных масс приносит пользу – олени распознают издали хищников за счет острого обоняния.
Почему днем ветер дует с моря на сушу, а ночью – наоборот?
Основополагающим фактором является температура и соответствующее ей атмосферное давление, как и в случае с зимними/летними муссонами. Но ветер, который образовывается на границе суши и морского водоема, имеет собственное название – бриз.
Днем суша быстрее нагревается, чем вода, поэтому ветер дует в зону низкого давления. Ночью земная поверхность быстрее остывает, а вода остается теплой, поэтому бриз меняет направление и дует в сторону моря.
Ветер за пределами Земли
За пределами нашей планеты выделяют несколько видов ветров:
- солнечный;
- планетарный;
- инопланетный.
Солнечный ветер представляет собой перемещение не воздушных потоков, а плазмы, которую выбрасывает солнечная атмосфера. Это явление происходит на скорости около 400 км/с. Гелиосфера – большой участок межзвездного пространства, который окружает Солнечную систему и образован солнечным ветром.
Планетарный ветер – это перемещение газов в верхних слоях атмосферы планеты. Из-за этого планета теряет возможность взаимодействовать с прочими частицами газа. Если подобные процессы продолжаются множество лет, планета может потерять свою атмосферу, запасы воды и т.д.
На других планетах тоже есть различные ветры. На Венере они дуют со скоростью 83 м/с и могут облететь планету за несколько земных суток. На Юпитере ветер достигает 100 м/с и более. Самые сильные потоки на Сатурне – около 375 м/с.
