Ветер

Скорость ветра
${\vec {v}}={\frac {\mathrm {d} {\vec {r}}}{\mathrm {d} t}}$
Размерность	LT−1
Единицы измерения
СИ	м/с
СГС	см/с
Примечания
Вектор

Циклон Катарина

Ветер — поток воздуха, движущийся в атмосфере вдоль поверхности Земли. Источником энергии ветра является Солнце, которое неравномерно нагревает планету. Возникающие при этом различия в температуре приводят к различиям в давлении воздуха, а различия в давлении — к различиям в силе разности давлений, которая заставляет воздух двигаться. На скорость ветра также влияет трение.

Ветры неправильного направления, слишком сильные или быстро меняющиеся могут представлять опасность для авиации и водного транспорта. Сильные ветры — штормы, ураганы, торнадо — являются причиной бедствий для всего человечества.

Под ветром чаще всего понимается движение воздуха в атмосфере Земли. Ветром также называется движение частиц из которых состоит атмосфера на других планетах. В дальнейшем движение газов или поляризованных частиц от Солнца в космическое пространство называется солнечным ветром, а газообразный выброс легких частиц из планетарной атмосферы в космос — планетарным ветром.

Причины

Первое известное научное описание ветра было сделано в XVII веке итальянским физиком Эванджелистой Торричелли, который отметил, что ветры вызываются различиями в температуре воздуха, а следовательно, и в его плотности в двух разных областях Земли.

Другими силами, вызывающими или влияющими на ветры, являются сила барического градиента, сила Кориолиса, плавучесть и сила трения. Когда между двумя соседними воздушными массами существует разница в плотности, воздух стремится переместиться из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением. Вследствие вращения планеты вокруг своей оси на воздушные потоки в областях, достаточно удаленных от экватора и поверхности Земли, действует сила Кориолиса. Трение о земную поверхность заставляет ветры перемещаться дальше в области низкого давления.

В более общем случае двумя основными факторами, определяющими крупномасштабную циркуляцию атмосферы, являются различия в нагреве экваториальных и полярных областей и вращение Земли.

Систематизация

При анализе профилей ветра, ветры рассматриваются в контексте механического равновесия между физическими силами. Такие модели используются для изучения уравнений движения атмосферы и количественного определения горизонтального и вертикального распределения ветра. Геострофический ветер — это компонент ветра, представляющий собой результат действия силы Кориолиса и силы барического градиента. Его направление параллельно изобарам и при пренебрежении трением примерно соответствует течениям над пограничным слоем атмосферы в средних широтах. Термический ветер — это составляющая, обусловленная горизонтальным градиентом температуры или бароклинностью. Эгеострофическая составляющая ветра представляет собой разность между фактическим и геострофическим ветром и приводит к постепенному исчезновению циклонов с течением времени. Градиентный ветер аналогичен геострофическому ветру, но включает также центробежную силу.

Наблюдение ветра

Ветроуказатель

При систематических наблюдениях за ветром обычно сообщается о двух основных характеристиках — направлении и скорости. В некоторых случаях измеряются и другие характеристики, например, вертикальное распределение ветра в различных слоях атмосферы. Для этого используются радиозонды или метеорологические аэростаты, оснащенные различными приборами, которые поднимаются и проводят измерения на разных высотах.

Данные наблюдений за ветром используются для прогнозирования погоды в авиации, навигации, сельском хозяйстве.

Направление

За направление ветра принимается направление, с которого он дует, которое можно определить с помощью ветроуказателя. Например, северный ветер дует с севера на юг.

Направление определяется по сторонам света и обозначается латинскими буквами следующим образом. N- север, S — юг, W — запад, E — восток. За основные направления принимаются N и S. Промежуточные направления северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад пишутся с двумя буквами, первая из которых является основной, а именно NE, NW, SE, SW. На метеостанциях и обсерваториях первого порядка обязательно записывается направление ветра по 16 направлениям, причем направление между основным и промежуточными направлениями записывается тремя буквами.

Скорость

Скорость ветра представляет собой расстояние, проходимое воздушным потоком за единицу времени, и измеряется в метрах в секунду. В качестве дополнительной характеристики скорости метеоролог фиксирует «порывистый» или «равномерный».

Для измерения скорости используются ветромеры (анемометры), которые считывают её прямо или косвенно по скорости распространения ультразвуковых сигналов. Другой тип анемометров использует трубки Пито, считывая разность давлений между внутренней и внешней трубками, подверженными воздействию ветра. Некоторые анемометры снимают показания вручную, а другие — автоматически (анемографы). Большинство ветромеров совмещены с манометрами для определения направления ветра.

Скорость ветра обычно регистрируется на высоте 10 м над землей, а значения усредняются за десятиминутный интервал.

Земные ветра

Землю можно разделить на несколько областей с характерными преобладающими ветрами. В целом в полярной и тропической зонах преобладают восточные ветры, а в средних широтах — западные.

Тропические широты

Пассаты — преобладающие ветры в тропических областях. В Северном полушарии они имеют северо-восточное направление, а в Южном — юго-восточное. Пассаты играют важную роль в направлении тропических циклонов, образующихся над океанами, к континентальным районам.

Средние широты

В средних широтах, между 35° и 65°, преобладают западные ветры, дующие от субтропической конвергенции к полярным областям. Они имеют преимущественно юго-западное направление в Северном полушарии и северо-западное в Южном и обычно направляют внетропические циклоны в восточном направлении.

Эти ветры сильнее зимой, когда давление в полярных областях минимально, и слабее летом, когда оно повышается. Они особенно интенсивны в Южном полушарии, где меньшая доля суши снижает скорость воздушного потока. Западные ветры наиболее сильны в полосе между 40° и 50° южной широты.

Наряду с пассатами западные ветры в умеренных широтах приводят к возникновению в западной части океанов обоих полушарий сильных океанических течений, направленных к полярным областям. Эти течения перемещают теплые воды из тропиков в полярные области и играют важную роль в формировании климата западных побережий континентов.

Полярные широты

В полярных областях преобладают восточные ветры. Они сухие и холодные и дуют из областей высокого атмосферного давления на полюсах в сторону умеренных широт. В отличие от пассатов, восточные ветры слабы и изменчивы. Из-за малого угла падения солнечных лучей холодный воздух скапливается над полюсами и опускается к поверхности Земли, создавая область постоянного повышенного давления и выталкивая приземный воздух к экватору Под действием эффекта Кориолиса этот поток отклоняется на запад.

Ветры и люди

Мифология

Будучи одним из распространенных явлений природы, ветер во многих культурах олицетворяется в виде одного или нескольких богов или как проявление сверхъестественного. Вайю — индуистский бог ветра. В древнегреческой мифологии существует несколько божеств ветра. Среди них Борей, Нот, Эвер, Зефир, связанные с ветрами четырёх сторон света, и их повелитель Эол. В римской мифологии божества ветров четырёх сторон света называются Венти. В синтоистской мифологии одним из древнейших божеств является бог ветра Фудзин. Согласно легенде, он присутствовал при сотворении мира и выпустил ветры из своей сумки, чтобы очистить его от первородного тумана. В скандинавской мифологии богом ветра является Ньёрд, а четыре гнома олицетворяют ветры четырёх сторон света, подобно божествам греко-римской мифологии. У славян богом ветра считается Стрибог.

Транспорт

В прошлом, когда судоходство осуществлялось в основном на парусных судах, ветер играл важную роль в морских перевозках. Парусные суда имеют систему мачт и парусов, с помощью которых они используют энергию ветра для своего движения. Океанские путешествия в это время могли занимать месяцы, и часто сопровождались риском задержки из-за безветренной погоды, или сбивания с курса из-за сильных штормов или ветров нежелательного направления.

Ветер также оказывает существенное влияние на ранние летательные аппараты. Аэростаты (воздушные шары, дирижабли и т. д.), как и ранние лёгкие самолёты, движутся с относительно небольшой скоростью и могут быть замедлены или сбиты с курса сильным ветром. Современные самолёты значительно мощнее, однако встречный или попутный ветер влияет на их скорость.

Преобладающие направления ветра важны для взлета и посадки самолётов и являются одним из основных факторов при планировании аэропортов. Взлетно-посадочные полосы обычно ориентируются по направлению преобладающих ветров, так как оптимальные условия для взлета с точки зрения безопасности и требуемой длины ВПП создаются при встречном ветре.

Энергия ветра

Ветроэнергетика в действии

Помимо транспорта, энергия ветра с древнейших времен использовалась для приведения в действие различных механизмов. В III в. до н. э. на Шри-Ланке муссоны использовались для розжига печей используемых для выплавки железа. Есть сведения о том, что в I в. в механизме органа использовалась примитивная система пропеллеров, приводимых в движение ветром, для накачки мехов музыкального инструмента. Первая настоящая ветряная мельница была построена в Систане в VII в. Она имела вертикальную ось и прямоугольные крылья. Такие мельницы с 6-12 крыльями из тростника или ткани использовались на Ближнем Востоке для помола зерна, откачки воды и переработки сахарного тростника. Мельницы с горизонтальной осью появились позже, и к концу XII века они получили широкое распространение в северо-западной Европе.

В настоящее время ветер повсеместно используется для выработки электроэнергии. По состоянию на конец 2022 года общая номинальная мощность ветрогенераторов в мире составляла 906 ГВт. Хотя они производят всего около 7 % мировой электроэнергии, их доля быстро растет, удвоившись за период с 2013 по 2020 год. В некоторых странах доля электроэнергии, вырабатываемой ветром, достигла высокого уровня.

Примечания

Литература

• Воейков А. И. Ветер // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Л. З. Прох «Словарь ветров» 1983. Гидрометеоиздат. 312 с.

Ссылки

• Wind Atlases of the World (англ.). — Списки атласов ветров и их исследований. Дата обращения: 12 ноября 2010. Архивировано 22 августа 2011 года.
• Names of Winds (англ.). Golden Gate Weather Services. Дата обращения: 12 ноября 2010. Архивировано 22 августа 2011 года.