Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии

Ветер

Скорость ветра
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[1].

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[1].

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[2].

Причины[править | править код]

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[3].

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[4][5].

В более общем случае двумя основными факторами, определяющими крупномасштабную циркуляцию атмосферы, являются различия в нагреве экваториальных и полярных областей и вращение Земли[6].

Систематизация[править | править код]

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[7]. Термический ветер — это составляющая, обусловленная горизонтальным градиентом температуры или бароклинностью[8]. 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[9].

Наблюдение ветра[править | править код]

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[10].

Направление[править | править код]

За направление ветра принимается направление, с которого он дует, которое можно определить с помощью ветроуказателя. Например, северный ветер дует с севера на юг[5].

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[5].

Скорость[править | править код]

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»[11].

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[11].

Скорость ветра обычно регистрируется на высоте 10 м над землей, а значения усредняются за десятиминутный интервал[11].

Земные ветра[править | править код]

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[6].

Тропические широты[править | править код]

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[12].

Средние широты[править | править код]

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[13].

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[13].

Полярные широты[править | править код]

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[13].

Ветры и люди[править | править код]

Мифология[править | править код]

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[14][15].

Транспорт[править | править код]

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[16].

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[17].

Энергия ветра[править | править код]

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[18].

В настоящее время ветер повсеместно используется для выработки электроэнергии. По состоянию на конец 2022 года общая номинальная мощность ветрогенераторов в мире составляла 906 ГВт[19]. 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.[19]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Ветер / Статья в Большой Российской Энциклопедии. БРЭ. Дата обращения: 11 октября 2023.
  2. Солнечный ветер. Центр «Космонавтика и авиация - ВДНХ. Дата обращения: 11 октября 2023.
  3. Айзек Азимов. Популярная физика. От Архимедова рычага до квантовой механики. — М.: Центрполиграф, 2006. — 751 с. — ISBN 5-9524-2201-2.
  4. Эффект Кориолиса / 200 Законов мироздания. elementy.ru. Дата обращения: 11 октября 2023.
  5. 1 2 3 Понятие о ветре и его измерении. Центр Авиационной подготовки. Дата обращения: 11 октября 2023.
  6. 1 2 Общая циркуляция атмосферы. Сайт "Физика атмосферных явлений". Дата обращения: 11 октября 2023.
  7. Геострофический ветер / Метеорологический Словарь. Дата обращения: 11 октября 2023.
  8. Термический ветер / Метеорологический Словарь. Дата обращения: 11 октября 2023.
  9. Градиентный ветер / Метеорологический Словарь. Дата обращения: 11 октября 2023.
  10. Терминология, применяемая в прогнозах погоды и штормовых предупреждениях. Гидрометцентр. Дата обращения: 11 октября 2023.
  11. 1 2 3 Хромов, Сергей Петрович, Петросянц, Михаил Арамаисович. Метеорология и климатология. — М.: Наука, 2006. — 582 с. — ISBN 5-02-035762-6.
  12. Пассатная циркуляция / Статья Большой Российской Энциклопедии. БРЭ. Дата обращения: 11 октября 2023.
  13. 1 2 3 Татьяна Кладо, Даниил Святский. Занимательная метеорология. — М.: ЛитРес, 2020. — 2013 с. — ISBN 9785534093001.
  14. Всемирный день ветра: мифология и интересные факты. Sputnik (30 августа 2021). Дата обращения: 11 октября 2023.
  15. Ветер в славянской мифологии. библиотекарь.ру. Дата обращения: 11 октября 2023.
  16. Транспорт, летающий на силе ветра. Машины и механизмы (ноябрь 2019). Дата обращения: 11 октября 2023.
  17. Почему не строят кольцевых взлетно-посадочных полос в аэропортах. iXBT.com (18 августа 2023). Дата обращения: 11 октября 2023.
  18. Сергей Титов. Энергия ветра. Истоки и реальность. atmosfera.msk.ru. Дата обращения: 11 октября 2023.
  19. 1 2 Десять фактов о ветроэнергетике. plus-one.ru. Дата обращения: 11 октября 2023.

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]