Надо Знать

добавить знаний



Ветер



План:


Введение

Деревья, гнутся от ветра.

Ветер - крупномасштабный поток газов. На Земли ветер является потоком воздуха, движущегося преимущественно в горизонтальном направлении, на других планетах он потоком присущих этим планетам атмосферных газов другого состава. Сильнейшие ветры на планетах Солнечной системы наблюдаются на Нептуне и Сатурне. Солнечный ветер в космосе является потоком разреженных газов от звезды, такой как Солнце, а планетарный ветер является потоком газов, отвечающий за дегазацию планетарной атмосферы в космос. Ветры, как правило, классифицируют по пространственным масштабом, скоростью, типами сил их вызывающих, местами обитания и эффектом на окружающую среду.

В метеорологии ветра прежде всего классифицируют в зависимости от их силы, длительности и направления, с которого дует ветер. Так, короткие (несколько секунд) и сильные ветры называются порывами. Сильные ветры промежуточной длительности (около 1 минуты) называются шквалами. Названия длительных ветров варьируют в зависимости от силы, в частности такими названиями есть бриз, буря, шторм, ураган, тайфун. Продолжительность ветра также весьма варьирует: некоторые грозы могут продолжаться несколько минут, бриз, зависит от разницы нагрева особенностей рельефа течение суток, длится несколько часов, глобальные ветры, вызванные сезонными колебаниями температуры - муссоны - длятся несколько месяцев, тогда как глобальные ветры, вызванные разностью температуры на различных широтах и силами Кориолиса - пассаты - дуют постоянно.

Ветры всегда влияли на человеческое цивилизацию, они вдохновляли мифиологични рассказы, влияли на исторические события, расширяли диапазон торговли, культурного обмена и войн, поставляли энергию для различных механизмов, производства электроэнергии и отдыха. Благодаря парусным судам, которые двигались с помощью ветра, впервые появилась возможность пересекать океаны Земли. Воздушные шары, также двигались с помощью ветра, впервые позволили воздушные путешествия, а современные самолеты используют ветер для увеличения подъемной силы и экономии топлива. Однако, ветры могут быть и опасными, так области градиента ветра могут привести к потере контроля над самолетом, быстрые ветры и вызванные ими волны на больших водоемах часто приводят к разрушению искусственных сооружений, а в некоторых случаях ветры способны распространять пожара.

Ветры могут влиять и на формирование рельефа, вызывающие такие эоловые процессы как формирование плодородных почв (например, лесу) или эрозию. Они могут переносить пыль с пустынь на большие расстояния. Ветры разносят семена растений и помогают движения летающих животных, что приводит к распространению видов на новые территории. Связанные с ветром погодные явления разнообразным образом влияют на живую природу.


1. Причины

1.1. Общие закономерности

Ветер вызывается разницей в давления между определенными участками. Если существует ненулевой барический градиент, воздух движется с ускорением от зоны высокого давления к зоне низкого давления. На планете, вращающейся к движению ветра прилагается эффект Кориолиса. Таким образом, главными факторами, определяющими циркуляцию атмосферы в глобальном масштабе, разница в нагреве воздуха солнечным светом между экваториальными и полярными районами, что вызывает разницу в температуре и, соответственно, плотности воздуха, поэтому и разность давления, а также эффект Кориолиса. В результате действия этих факторов, движение воздуха в средних широтах более планетарным приповерхностным слоем вплотную приближается к геострофическому баланса и направлен практически параллельно изобарами [1].

Важным фактором, определяющим движение воздуха у земной поверхности, является его трения к поверхности, что задерживает это движение и заставляет ветер большей степени возвращать в направлении зон низкого давления [2]. Кроме того, локальные барьеры и локальные градиенты температуры поверхности способны образовывать местные ветры. Разница между реальным и геострофическому ветром называется агеострофичним ветром. Она отвечает за образование хаотических вихревых процессов, таких как циклоны и антициклоны [3]. Тогда как направление приповерхностных ветров в тропических и полярных районах определяется преимущественно эффектами глобальной циркуляции атмосферы, в умеренных широтах эти эффекты обычно слабее, и циклоны и антициклоны сменяют друг друга и направление ветра каждые несколько дней.


1.2. Глобальные эффекты витроутворення

Карта пассатов и западных ветров умеренного пояса
Обратные процессы Земли, приводящие к витроутворення.
Основные статьи: Циркуляция атмосферы, Преобладающие ветры.

В большинстве районов Земли преобладают ветры, дующие в определенном направлении. У полюсов обычно доминируют восточные ветры, в умеренных широтах - западные, тогда как в тропиках снова доминируют восточные ветры. На границах между этими поясами - полярном фронте и субтропическом позвоночнике - находятся зоны затишья, где преобладающие ветры практически отсутствуют. В этих зонах движение воздуха преимущественно вертикальный, из-за чего возникают зоны высокой влажности (вблизи полярного фронта) или пустынь (близ субтропического позвоночника) [4].


1.2.1. Тропические ветра

Основные статьи: Пассаты и Муссоны.

Пассатами называется приповерхностная часть ячейки Гадло - превосходящие приповерхностные ветры, дующие в тропических районах Земли в западном направлении, приближаясь к экватору [5], т.е. северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные - в Южной [6]. Постоянное движение пассатов приводит к перемешиванию воздушных масс Земли, что может проявляться в очень больших масштабах: например, пассаты, дующие над Атлантическим океаном, способны переносить пыль африканских пустынь до Вест-Индии и некоторых районов Северной Америки [7].

Муссоны являются преобладающими сезонными ветрами, в тропических районах продолжаются несколько месяцев ежегодно. Термин возник на территории Британской Индии и близлежащих стран как название сезонных ветров, дующих с Индийского океана и Аравийского моря на северо-восток, принося в регион большое количество осадков [8]. Их движение в направлении полюсов вызвано образованием районов низкого давления в результате нагрева тропических районов в летние месяцы, то есть Азии, Африки и Северной Америки с мая по июль и Австралии в декабре [9] [10].

Пассаты и муссоны являются главными факторами, которые приводят к образованию тропических циклонов над океанами Земли [11].


1.2.2. Западные ветры умеренного пояса

Основная статья: Западные ветры умеренного пояса.

На умеренных широтах, т.е. между 35 и 65 градусами северной и южной широты, преобладают западные ветры [12] [13], приповерхностная часть ячейки Феррела, точнее юго-западные ветры в Северном полушарии и северо-западные в Южном полушарии [6]. Эти ветры сильные зимой, когда давление у полюсов низкий, и слабые летом [14].

Вместе с пассатами преобладающие западные ветры позволяют парусным судам пересекать океаны. Также, усиления этих ветров у западных побережий океанов обоих полушарий, приводят к образованию сильных океанских течений в этих районах [15] [16] [17], которые переносят теплые тропические воды в направлении полюсов. Преобладающие западные ветры вообще сильнее в Южном полушарии, где меньше суши, который задерживает ветер, и особенно сильные в полосе "Ревущих сороковых" (между 40 и 50 градусами южной широты) [18].


1.2.3. Восточные ветры полярных районов

Основная статья: Восточные ветры полярных районов.

Восточные ветры полярных районов, приповерхностная часть полярных ячеек, это преимущественно сухие ветры, дующие от приполярных зон высокого давления в районы низкого давления вдоль полярного фронта. Эти ветры обычно слабее и менее регулярные, чем западные ветры умеренных широт [19]. Из-за малого количества солнечного тепла, воздуха в полярных районах охлаждается и опускается вниз, образуя районы высокого давления и выталкивая приполярные воздуха в направлении высоких широт [20]. Это воздух в результате Кориолисово силы отклоняется на запад, образуя северо-восточные ветры в Северном полушарии и юго-восточные - в Южном.


1.3. Локальные эффекты витроутворення

Важнейшие местные ветры на Земле
Основные статьи: Местные ветры, Преобладающие ветры.

Локальные эффекты витроутворення возникают в зависимости от наличия локальных географических объектов. Одним из таких эффектов является перепад температур между не очень отдаленными участками может быть вызван различными коэффициентами поглощения солнечного света или различной теплоемкостью поверхности. Последний эффект сильнее всего проявляется между сушей и водной поверхностью и вызывает бриз. Другим важным локальным фактором является наличие гор, выступающих как барьер на пути ветров.


1.3.1. Морской и континентальный бриз

A: морской бриз (возникает в дневное время), B: континентальный бриз (возникает ночью).
Основная статья: Бриз.

Важными эффектами образования преобладающих ветров в прибрежных районах является морской и континентальный брызги. Море (или другая большая водоем) нагревается медленнее сушу через большую эффективную теплоемкость воды [21]. Теплее (и потому - легче) воздуха над сушей поднимается вверх, образуя зону низкого давления. В результате образуется перепад давления между сушей и морем, которая обычно составляет около 0,002 атм. В результате этого перепада давления прохладнее воздуха над морем движется к суше, образуя прохладный морской бриз на побережье. При отсутствии сильных ветров, скорость морского бриза пропорциональна разности температур. При наличии ветра с суши скоростью более 4 м / с, морской бриз обычно не образуется.

Ночью, из-за меньшей теплоемкостью, суша охлаждается быстрее море, и морской бриз прекращается. Когда температура суши падает ниже температуры поверхности водоема, то возникает обратная перепад давления, вызывая (в случае отсутствия сильного ветра с моря) континентальный бриз, дующий с суши на море [22].


1.3.2. Влияние гор

Схематическое изображение подветренных волн. Ветер, дующий в направлении горы, образует первый колебания (A), которое повторяется после прохождения горы (B). В высших точках образуются лентикулярные (линзовидные) облака.

Горы имеют очень разнообразное влияние на ветер, они либо вызывают витроутворення или выступают как барьер для его прохождения. Над взгорьям воздух прогревается сильнее, чем воздух на такой же высоте над низинами, что создает зоны низкого давления над горами [23] [24] и приводит к витроутворення. Этот эффект часто приводит к образованию гирськодолинних ветров - преобладающих ветров в районах с пересеченной местностью. Увеличение трения у поверхности долин ведет к отклонению ветра, дующего параллельно долине, от поверхности на высоте окружающих гор, что приводит к образованию барьерной токовой течения. Барьерная токовая течение может превышать окружающий ветер по скорости на величину до 45% [25]. Обхода гор может также изменять направление ветра [26].

Перепады высоты гор существенно влияют на движение ветра. Так, если в горном хребте, который преодолевает ветер, есть перевал, ветер проходит его с увеличением скорости в результате эффекта Бернулли. Даже небольшие перепады высоты вызывают перепады в скорости ветра. В результате значительного градиента скорости движения воздуха становится турбулентным и остается таким на определенном расстоянии даже на равнине за горой. Подобные эффекты важны, например, для самолетов, взлетающих или садящихся на горных аэродромах [26]. Быстрые холодные ветры, дующие сквозь горные проходы, получили различные местные названия. В Центральной Америке это Папагайо у озера Никарагуа, панамский ветер на Панамском перешейке и теуано на перешейке Теуантепек. Подобные ветра в Европе известны как бора, трамонтана и мистраль.

Другим эффектом, связанным с прохождением ветра над горами, является подветренные волны, стоячие волны движения воздуха, возникающие позади высокой горы и часто приводят к образованию лентикулярные облаков. В результате этого и других эффектов прохождения ветра через препятствия, над пересеченной местностью возникают многочисленные вертикальные течения и вихри. Кроме того, на наветренных склонах гор выпадают обильные осадки, обусловленные адиабатическим охлаждением поднимается вверх, и конденсацией в нем влаги. С подветренной стороны, наоборот, воздух становится сухим, что вызывает образование дождевого сумраке. Вследствие этого, в районах, где преобладающие ветры преодолевают горы, с наветренной стороны доминирует влажный климат, а с подветренной - засушливый [27]. Ветры, дующие с гор к низшим районов, называются нисходящими ветрами. Эти ветры теплые и сухие. Они также многочисленные местные названия. Так, нисходящие ветры, спускающиеся с Альп в Европе, известные как фен, этот термин иногда распространяют и на другие районы. В Польши и Словакии нисходящие ветры известны как общих (halny), в Аргентине - зонда, на острове Ява - коембанг (koembang), в Новой Зеландии - "Норвест л" (Nor'west arch) [28]. На Великих равнинах в США они известны как чинук, а в Калифорнии - Санта-Ана и сандаунер. Скорость нисходящего ветра может превышать 45 м / с [29].


1.4. Кратковременные процессы витроутворення

До формирования ветров приводят также и кратковременные процессы, в отличие от преобладающих ветров, не являются регулярными, а происходят хаотично, часто в течение определенного сезона. Такими процессами являются образование циклонов, антициклонов и подобных явлений меньшего масштаба, в частности Гриз.

Циклонами та антициклонами називають області низького та, відповідно, високого атмосферного тиску, зазвичай такі, що виникають на просторі розміром понад кілька кілометрів. На Землі вони утворюються над більшою частиною поверхні та характеризуються типовою для них циркуляційною структурою. Через вплив сил Коріоліса, у Північній півкулі рух повітря навколо циклону закручений проти годинникової стрілки, а навколо антициклону - за годинниковою стрілкою. У Південній півкулі напрямок руху зворотній. За наявності тертя об поверхню, з'являється компонента руху до центру або від центру, в результі повітря рухається по спіралі до області низького або від області високого тиску.


1.4.1. Позатропічні циклони

Норвезька модель та модель Шапіро-Кейзера формування позатропічного циклону
Основна стаття: Позатропічний циклон.

Циклони, що формуються поза межами тропічного поясу, відомі як позатропічні. З двох типів великомасштабних циклонів, вони більші за розміром (класифікуються як синоптичі циклони), найбільш поширені та трапляються на більшій частині земної поверхні. Саме цей клас циклонів найбільшою мірою відповідальний за зміни погоди день у день, а їх передбачення є головною метою сучасних прогнозів погоди.

Згідно з класичною (норвезькою) моделлю Бергенської школи, позатропічні циклони формуються переважно поблизу полярного фронту у зонах особливо сильної висотної струмової течії та отримують енергію за рахунок значного температурного градієнту у цьому районі. У процесі формування циклону стаціонарний атмосферний фронт розривається на ділянки теплого та холодного фронтів, що рухаються, наближаючись один до одного із формуванням фронту оклюзії та закручуванням циклону. Подібна картина виникає і за пізнішою моделлю Шапіро-Кейзера, заснованій на спостереженні океанських циклонів, за винятком тривалого руху теплого фронту перпендикулярно до холодного без утворення фронту оклюзії.

Після формування, циклон зазвичай існує кілька днів. За цей час він встигає просунутися на відстань від кількох сотень до кількох тисяч кілометрів, викликаючи різкі зміни вітрів та опади у певних районах своєї структури.

Хоча великі позатропічні циклони зазвичай асоційовані з фронтами, менші за розміром циклони здатні утворюватися в межах порівняно однорідної повітряної маси. Типовим прикладом є циклони, що формуються у потоках полярного повітря на початку формування фронтального циклону. Ці невеликі циклоні мають назву полярних та часто виникають над приполярними районами океанів. Інші невеликі циклони виникають на підвітряному боці гір під дією західних вітрів помірних широт [30].


1.4.2. Тропічні циклони

Схема тропічного циклону [31]
Основна стаття: Тропічний циклон.

Циклони, що утворюються у тропічному поясі, дещо менші за позатропічні (вони класифікуються як мезоциклони) та мають інший механізм походження. Ці циклони живляться енергією, що отримується за рахунок підйому вгору теплого вологого повітря та можуть існувати винятково над теплими районами океанів, через що мають назву циклонів з теплим ядром (на відміну під позатропічних циклонів з холодним ядром). Тропічні циклони характеризуються дуже сильним вітром та значною кількістю опадів. Вони розвиваються та набирають силу над поверхнею води, але швидко втрачають її над суходолом, через що їх руйнівний ефект зазвичай виявляється лише на узбережжі (до 40 км вглиб суші).

Для утворення тропічного циклону необхідна ділянка дуже теплої водної поверхні, нагрівання повітря над якою призводить до зниження атмосферного тиску щонайменше на 2,5 мм рт. ст. Вологе тепле повітря підіймається вгору, але через його адіабатичне охолодження значна кількість утримуваної вологи конденсується на великих висотах і випадає у вигляді дощу. Сухіше і таким чином щільніше повітря, що щойно звільнилося від вологи, опускається униз, формуючи зони вищого тиску навколо ядра циклону. Цей процес має позитивний зворотний зв'язок, унаслідок чого, поки циклон знаходиться над досить теплою водною поверхнею, що підтримує конвекцію, він продовжує посилюватися. Хоча найчастіше тропічні циклони утворюються в тропіках, інколи ознак тропічного циклону набувають циклони іншого типу на пізніх етапах існування, як це трапляється із субтропічними циклонами.


1.4.3. Антициклони

Основна стаття: Антициклон.

На відміну від циклонів, антициклони зазвичай більші за циклони і характеризуються невисокою метеорологічною активністю та слабкими вітрами. Найчастіше антициклони формуються в зонах холодного повітря позаду циклону, що проходить. Такі антицилони називають холодними, але із їх зростанням, до циклону опускається повітря з вищих шарів атмосфери (2-5 км), що призводить до збільшення температури і утворення теплого антициклону. Антициклони рухаються досить повільно, часто збираються у смузі антициклонів поблизу субтропічного хребта, хоча багато з них залишаються у зоні західних вітрів помірних широт. Такі антициклони зазвичай затримують вітри і тому мають назву блокуючих антициклонів [30].


2. Измерение

Пропелерний анемометр

Напрямок вітру в метеорології визначається як напрямок, з якого дме вітер [32]. Найпростішим приладом для встановлення напрямку вітру є флюгер [33]. Вітровказівники, встановлені у аеропортах, також здатні приблизно показувати швидкість вітру, залежно від якої змінюється нахил приладу [34].

Типовими приладами, безпосередньо призначеними для вимірювання швидкості вітру, є різноманітні анемометри, що використовують здатні до обертання чашечки або пропелери. Для вимірювання із більшою точністю, зокрема для наукових досліджень, використовують вимірювання швидкості звуку або вимірювання швидкості охолодження нагрітого дроту або мембрани під дією вітру [35]. Іншим поширеним типом анемометрів є трубка Піто, що вимірює різницю динамічного тиску між двома концентричними трубками під дією вітру та широко використовується в авіаційній техніці [36].

Швидкість вітру на метеорологічних станціях більшості країн світу зазвичай вимірюють на висоті 10 м та усереднюють за 10 хвилин. Виняток становлять США, де швидкість усереднюють за 1 хвилину [37], та Індія, де її усереднюють за 3 хвилини [38]. Період усереднення має важливе значення, оскільки, наприклад, швидкість постійного вітру, виміряна за 1 хвилину зазвичай на 14% вище значення, виміряного за 10 хвилин [39]. Короткі періоди швидкого вітру досліджують окремо, а періоди, у які швидкість вітру перевищує усереднену за 10 хвилин швидкість щонайменш на 10 вузлів (82 м/с), називаються поривами. Шквалом називається подвоєння швидкості вітру, сильнішого за певний поріг, що триває хвилину або більше.

Для дослідження швидкості вітрів у багатьох точках використовують зонди, швидкість яких визначають за допомогою GPS, радіонавігації або слідкування за зондом за допомогою радару [40] або теодоліту [41]. Іншими методами є використання таких методів як содари, доплерівські лідари та радари, здатні вимірювати доплерівський зсув електромагнітного випромінювання, відбитого або розсіяного аерозольними частинками або навіть молекулами повітря. На додаток, радіометри і радари використовують повітря для вимірювання нерівності водної поверхні, що добре відображає приповерхневу швидкість вітру над океаном. За допомогою зйомки руху хмар з геостаціонарних супутників можна встановити швидкість вітру на більших висотах.


3. Швидкість вітру

3.1. Середні швидкості вітрів і їх зображення

Типовим засобом представлення даних щодо вітрів є атласи і мапи вітрів. Ці атласи зазвичай складаються для кліматологічних досліджень та можуть містити інформацію як щодо середньої швидкості, так і щодо відносної частоти вітрів кожної швидкості у регіоні. Зазвичай атлас містить середні за годину дані, виміряні на висоті 10 м та усереднені за десятки років.

Для окремих потреб використовуються й інші стандарти складення мап вітру. Так, для потреб вітроенергетики вимірювання проводять на висоті більшій за 10 м, зазвичай 30-100 м, та наводять дані у вигляді середньої питомої потужності вітрового потоку.


3.2. Максимальна швидкість вітру

Найбільша швидкість пориву вітру на Землі (на стандартній висоті 10 м) було зареєстровано автоматичною метеорологічною станцією на австралійському острові Барроу під час циклону Олівія 10 квітня 1996 року. Вона становила 113 м/с (408 км/год) [42]. Друге за величиною значення швидкості пориву вітру становить 103 м/с (371 км/год). Його було зареєстровано 12 апреля 1934 року в обсерваторії на горі Вашингтон у Нью-Гемпширі [43] [44]. Над морем Співдружності дмуть найшвидші постійні вітри - 320 км/год. Швидкості можуть бути більшими під час таких явищ як смерч, але їх точне вимірювання дуже важке і надійних даних для них не існує. Рекорд для швидкості вітру на рівнинній місцевості був зафіксований 8 березня 1972 року на військово-повітряній базі США в Туле, Гренландія - 333 км/год.

Найбільшу швидкість пориву вітру в Україні було зареєстровано в грудні 1947 року в Кримських горах, на горі Ай-Петрі. Вона становила 50 м/с, або 180 км/год [45] [44].


3.3. Градієнт швидкості вітру

Годографічний графік вектору швидкості вітру на різних висотах, що застосовується для визначення градієнту вітру.
Основна стаття: Градієнт вітру.

Градієнтом вітру називають різницю у швидкості вітру на невеликому масштабі, найчастіше у напрямку, перпендикулярному його руху [46]. Градієнт вітру поділяють на вертикальну і горизонтальну компоненти, з яких горизнтальна має помітно відмінні від нуля значення уздовж атмосферних фронтів та біля узбережжя [47], а вертикальна - біля поверхні [48], хоча зони значного градієнту вітру різних напрямків також трапляються у високих шарах атмосфери уздовж висотних струмових течій [49]. Градієнт вітру є мікрометеорологічним явищем, що має значення лише на невеликих відстанях, проте він може бути пов'язаним з погодними явищами мезо- та синоптичної метеорології, такими як лінія шквалу або атмосферні фронти. Значні градієнти вітру часто спостерігаються біля зумовлених грозами мікропоривів [50], у районах сильних локальних приповерхневих вітрів - низькорівневих струменевих потоків, біля гір [51], будівель [52], вітрових турбін [53] і суден [54].

Градієнт вітру має значний вплив на приземлення та зліт літальних апаратів, з одного боку він може допомогти скоротити відстань розбігу літака, а з іншого ускладнює контроль над апаратом [55]. Градієнт вітру є причиною значної кількості аварій літальних апаратів [50].

Градієнт вітру також впливає на розповсюдження звукових хвиль у повітрі, що можуть відбиватися від атмосферних фронтів та досягати місць, яких інакше вони б не досягли, або навпаки [56]. Сильні градієнти вітру заважають розвитку тропічних циклонів [57], але збільшують тривалість окремих гріз [58]. Особлива форму градієнту вітру - термальний вітер - призводить до утворення висотних струмових течій [59].


3.4. Класифікація вітрів за силою

Основні статті: Шкала Бофорта, Шкали тропічних циклонів.

Через те, що вплив вітру на людину залежить від його швидкості, ця характеристика була в основі перших класифікацій вітру. Найбільш поширеною з таких класифікацій є Шкала сили вітру Бофорта, що надає емпіричний опис сили вітру залежно від умов моря, що спостерігаються. Спочатку шкала була 13-рівневою, але починаючи з 1940-вих років її було розширено до 18 рівнів [60]. Для опису кожного рівня ця шкала в оригінальному вигляді використовувала терміни розмовної англійської мови, такі як breeze, gale, storm, hurricane [61], що були замінені також розмовними термінами інших мов, такими як "штиль", "шторм" і "ураган" українською. Так, за шкалою Бофорта, шторм відповідає швидкості вітру (усередненій за 10 хвилин та округленій до цілого числа вузлів) від 41 до 63 вузлів (20,8-32,7 м/с), при цьому цей діапазон поділяється на три підкатегорії за допомогою прикметників "сильний" та "жорстокий".

Термінологія тропічних циклонів не має універсальної загальноприйнятої шкали та варіює залежно від регіону. Загальною рисою є, однак, використання максимального постійного вітру, тобто усередненої швидкості вітру за певний проміжок часу, для класифікації вітру до певної категорії. Нижче наведено короткий звіт таких класифікацій, що використовуються різними регіональними спеціалізованими метеорологічними центрами та іншими центрами попередження про тропічні циклони:

Класифікація вітрів за силою
Общая Тропічних циклонів
Шкала Бофорта [60] Швидкість у вузлах (середня за 10 хвилин, округлена до цілих) Загальна назва [62] Пн. Индийский океан
IMD
Пд.-зх. Индийский океан
MF
Австралия
BOM
Пд.-зх. Тихий океан
FMS
Пн.-зх. Тихий океан
JMA
Пн.-зх. Тихий океан
JTWC
Пн.-сх. Тихий і Пн. Атлантичний океани
NHC і CPHC
0 <1 Штиль Депресія Тропічне заворушення Тропічне пониження Тропічна депресія Тропічна депресія Тропічна депресія Тропічна депресія
1 13 Тихий
2 46 Легкий
3 710 Слабый
4 1116 Умеренный
5 1721 Свіжий
6 2227 Сильний
7 2829 Міцний Глибока депресія Тропічна депресія
3033
8 3440 Дуже міцний Циклонний шторм Помірний тропічний шторм Тропічний циклон (1) Тропічний циклон (1) Тропічний шторм Тропічний шторм Тропічний шторм
9 4147 Шторм
10 4855 Сильний шторм Жорстокий тропічний шторм Жорстокий тропічний шторм Тропічний циклон (2) Тропічний циклон (2) Жорстокий тропічний шторм
11 5663 Жорстокий шторм
12 6472 Ураган Дуже жорстокий циклонний шторм Тропический циклон Жорстокий тропічний циклон (3) Жорстокий тропічний циклон (3) Тайфун Тайфун Ураган (1)
13 7385 Ураган (2)
14 8689 Жорстокий тропічний циклон (4) Жорстокий тропічний циклон (4) Сильний ураган (3)
15 9099 Інтенсивний тропічний циклон
16 100106 Сильний ураган (4)
17 107114 Жорстокий тропічний циклон (5) Жорстокий тропічний циклон (5)
115119 Дуже інтенсивний тропічний циклон Супертайфун
>120 Суперциклонний шторм Сильний ураган (5)
Зображення вітрів у станційній моделі

Для вказування вітрів на погодних мапах найчастіше використовується станційна модель, у якій напрямок та швидкість вітру позначаються у вигляді стрілок. Швидкість вітру в цій моделі позначається за допомогою "прапорців" на кінці стрілочки:

  • Кожні прямі пів-прапорця відповідають 5 вузлам (2,57 м/с).
  • Кожний повний прямий прапорець відповідає 10 вузлам (5,15 м/с).
  • Кожний трикутний прапорець позначає 50 вузлів (25,7 м/с) [63].

Напрямок, з якого дме вітер, визначається напрямком, який вказує стрілка. Таким чином, північно-східний вітер позначатиметься лінією, що простягається з центрального кола у північно-східному напрямку, а прапорці, що вказують швидкість, знаходитимуться на північно-східному кінці лінії [32]. Після зображення вітру на мапі часто проводиться аналіз ізотах (ізогіпс, що з'єднують точки рівної швидкості). Наприклад, ізотахи побудовані на висотах з тиском до 0,3 атм корисні для знаходження висотних струмових течій [64].


4. Значення у природі

Вітер активно впливає на кліматоутворення та викликає ряд геологічних процесів. Так, у районах з посушливим кліматом вітер є головною причиною ерозії [65], він здатний переносити великі кількості пилу та піску та відкладати їх у нових районах [66]. Переважаючі вітри, що дмуть над океанами, викликають океанські течії, що істотно впливають на клімат прилеглих районів. Також вітер є важливим фактором перенесення насіння, спор, пилку, відіграючи важливу роль у розповсюдженні рослин.


4.1. Эрозия

Виточена вітром скельна формація на Альтіплано, Болівія.
Основна стаття: Еолові процеси.

У ряді випадків вітер може бути причиною ерозії, що проявляється переважно унаслідок двох процесів.

Перший, відомий як дефляція, є процесом видування дрібних частинок та перенесення їх до інших районів. Райони, де цей процес інтенсивний, називаються зонами дефляції. Поверхня у таких районах, що займають близько половини площі всіх пустель Землі, так звана пустельна бруківка, складається з твердих гірських порід та скельних уламків, які вітер не може перенести.

Другий процес, відомий як коразія, є процесом абразивного руйнування гірських порід. Коразія відбувається в першу чергу через сальтацію породи твердими частинками середнього розміру та призводить до утворення таких структур як ярданги та вентифакти.

Вітрова ерозія найбільш ефективно відбувається у районах із незначним рослинним покривом або загалом без нього, найчастіше така відсутність рослинності зумовлена посушливим кліматом цих районів. Крім того, за відсутності води, що зазвичай є ефективнішим фактором ерозії, вітрова ерозії стає більш помітною.


4.2. Перенесення пилу з пустель

Усередині літа, тобто в липні у Північній півкулі, смуга пасатів зсувається помітно ближче до полюсів, охоплюючи райони субтропічних пустель, таких як Сахара. Унаслідок цього, на південній межі субтропічного хребта, де утримується суха погода, відбувається активне перенесення пилу в західному напрямку. Пил із Сахари протягом цього сезону здатний досягати південного сходу Північної Америки, що можна побачити за зміною кольору неба на білуватий та за червоним сонцем уранці. Це особливо яскраво виявляється у Флориді, де осідає більше половину пилу, що досягає США [67]. Кількість пилу, що переноситься вітром, сильно варіює рік від року, але загалом, починаючи з 1970 року, вона збільшилася через збільшення частоти і тривалості посух в Африці [68]. Велика кількість частинок пилу у повітрі загалом погано впливає на його якість [7] і пов'язана із зникненням коралових рифів в Карибському морі [69]. Подібні процеси перенесення пилу відбуваються і з інших пустель та в інших напрямках. Так, через дію західних вітрів помірного поясу у зимовий період, пил з пустелі Гобі, разом з великою кількістю забруднюючих речовин, може перетинати Тихий океан і досягати Північної Америки [66].

Багато з вітрів, що пов'язані із переносом пилу з пустель, мають місцеві назви. Так, каліма є північно-східними вітрами, що несуть пил на Канарські острови [70]. Харматан переносить пил у зимовий період до Гвінейської затоки [71]. Сироко несе пил з Північної Африки до Південної Європи в результаті руху позатропічних циклонів через Середземне море [72]. Весняні шторми, що несуть несуть пил через Єгипет та Аравійський півострів, відомі як хамсин [73]. Шамаль, викликаний проходженням холодних фронтів, дме поблизу Перської затоки [74].


4.3. Відкладання матеріалів

Дюни в пустелі Наміб

Відкладання матеріалів вітром призводить до утворення піщаних щитів та формування таких форм рельєфу як піщані дюни. Дюни досить типові на узбережжі та в межах піщаних щитів у пустелях [75], де вони відомі як бархани.

Іншим прикладом є відкладання лесу, однорідної зазвичай нестратифікованої пористої крихкої осадової породи жовтуватого кольору [76], що складається з перенесених вітром частинок найменшого розміру, мулу. Зазвичай лес відкладається на площі у сотні квадратних кілометрів [77]. Тоді як у Європі та Америці товщина шару лесу зазвичай складає 20-30 м, на Лесовому плато в Китаї вона досягає до 335 м. Лес утворює дуже родючі ґрунти, що за сприятливих кліматичних умов здатні підтримувати найбільші врожаїв у світі [78]. Проте, він дуже нестабільний геологічно та дуже легко еродується, через що часто вимагає захисних утворень [65].


4.4. Ефект на рослини

Семена кульбаби
Перекотиполе Salsola tragus

Вітер заберпечує анемохорію - один з поширених способів рознесення насіння. Рознесення насіння вітром може мати дві форми: насіння може плавати у повітрі, що рухається, або може бути легко підняте з поверхні землі [79]. Класичним прикладом рослини, що розповсюджується за допомогою вітру, є кульбаба ( Taraxacum), що має пухнастий паппус, прикріплений до насіння, за допомогою якого насіння довго плаває у повітрі та розноситься на великі відстані. Іншим широко відомим прикладом є клен ( Acer), що має "крилате" насіння, здатне пролітати певні відстані до падіння. Важливим обмеженням анемохорії є необхідність в утворенні великої кількості насіння для забезпечення високої вірогідності потрапляння на зручну для проростання ділянку, унаслідок чого існують сильні еволюційні обмеження на розвиток цього процесу. Например, айстрові, до яких належить кульбаба, на островах мають меншу здатність до анемохорії через більшу масу насіння і менший паппус у порівнянні зі своїми континентальними родичами [80]. На анемохорію покладаються багато видів трав та рудеральних рослин. Інший механізм рознесення насіння вітром мають перекотиполе, що розносять його разом з усією рослиною. Пов'язаним з анемохорією процесом є анемофілія, процес рознесення вітром пилку. Таким образом запиляється велика кількість видів рослин, особливо у випадку великої щільності рослин одного виду в певному районі [81].

Вітер також здатний обмежувати ріст дерев. Через сильніші вітри, на узбережжі та на окремих пагорбах лінія лісу набагато нижча, ніж на відповітних висотах у глибині гірських систем. Сильні вітри ефективно сприяють ерозії ґрунту [82] та ушкоджують пагони і молоді гілки, а сильніші вітри здатні валити навіть цілі дерева. Цей процес ефективніше відбувається з навітряного боку гір, та здебільшого вражає старіші та більші за розміром дерева [83].

Вітер також може ушкоджувати рослини через абразію піском та іншими твердими частинками. Через одночасне пошкодження великого числа клітин на поверхні, рослина втрачає багато вологи, що особливо важливо під час посушливого сезону. Рослини, однак, здатні частково пристосовуватися до абразії за допомогою збільшення росту коріння та пригнічення росту верхніх частин [84].


4.5. Розповсюдження пожеж

Лісова пожежа у Національномі лісі Біттеррут, Монтана.

Вітер є важливим фактором, що впливає на розповсюдженя природних пожеж, впливаючи як на перенесення матералу, що горить, так і на зменшення вологості повітря. Обидва ефекти найсильніші протягом дня, збільшуючи швидкість тління до 5 разів [85]. Унаслідок перенесення палаючого матеріалу та гарячого повітря пожежі швидко розповсюджуються у напрямку руху вітру [86].


4.6. Вплив на тварин

Одним з ефектів вітру на тварин є вплив на температурний режим, зокрема збільшення вразливості від холоду. Корови та вівці можуть замерзнути за умовами комбінації вітру та низьких температур, оскільки вітер швидкістю понад 11 м/с робить їх хутро неефективним для захисту від холоду [87]. Пінгвіни загалом добре пристосовані до низьких температур завдяки шарам жиру та пір'я, але за умовами сильного вітру їх плавці та ноги не витримують холоду. Багато видів пігвінів пристосувалися до таких умов за допомогою притискування один до одного [88].

Літаючі комахи часто нездатні боротися з вітром і тому легко переносяться ним зі звичних місць існування [89], а деякі види використовують вітер для масових міграцій. Птахи здатні боротися з вітром, але також використовують його під час міграцій для зменшення витрат енергії [90]. Багато великих птахів також використовують зустрічний вітер для набору необхідної швидкості відносно повітря і зльоту з поверхні землі або води.

Багато інших тварин здатні тим чи іншим чином використовувати вітер для своїх потреб або пристосовуватися до нього. Например, пищухи запасають на зиму суху траву, яку захищають від рознесення вітром камінцями [91]. Таргани здатні відчувати найменші зміни вітру в результаті наближення хижака, такого як ропуха, та реагувати з метою уникнути нападу. Їх церки дуже чутливі до вітру, та допомогають їм залишитися живими усередньому в половині випадків [92]. Благородний олень, що має гострий нюх, може відчувати хижаків на навітряному боці на відстані до 800 м [93]. Збільшення швидкості вітру до значень понад 4 м/с подає полярному мартину сигнал до збільшення активності з пошуків їжі та спроб захоплення яєць товстодзьобих кайр [94].


5. Вплив на людину

5.1. Транспорт

Расположение злітно-посадкових смуг аеропорту Ексетер, призначене для того, щоб літаки могли злітати і сідати проти вітру.

Одним з найпоширеніших застосувань вітру було і залишається використання його для руху вітрильних суден. Загалом всі типи вітрильних суден досить подібні, майже всі вони (за виключенням роторних, що використовують ефект Магнуса) мають щонайменш одну щоглу для утримання вітрил, такелаж і кіль [95]. Однак вітрильні судна не є дуже швидкими, подорожі через океани тривають кілька місяців [96], а звичайними проблемами є попадання у штиль на тривалий період [97] або відхилення від курсу через шторм чи вітри незручного напрямку [98]. Традиційно, через тривалість подорожей та можливі затримки, важливою проблемою було забезпечення корабля їжею та питною водою [99]. Одним з сучасних напрямків розвитку руху суден за допомогою вітру є використання великих повітряних зміїв [100].

Хоча сучасні літаки користуються власним джерелом енергії, сильні вітри впливають на швидкість їх руху [101]. У випадку ж легких і безмоторних літальних апаратів, вітер відіграє головну роль у русі і маневруванні [102]. Напрямок вітру зазвичай є важливим під час зльоту й посадки літальних апаратів з нерухомими крилами, через що злітно-посадкові смуги проектуються із врахуванням напрямку переважаючих вітрів. Хоча зліт за вітром інколи є припустимим, зазвичай цього не рекомендується робити через ефективність та міркування безпеки, а найкращим завжди є зліт і посадка проти вітру. Попутний вітер збільшує необхідні для злету і гальмування відстані та зменшує кут злету й посадки, через що довжина злітно-посадкових смуг та перешкоди за ними можуть стати обмежуючими факторами [103]. На відміну від літальних апаратів важчих за повітря, аеростати мають набагато більші розміри, і тому набагато більше залежать від руху вітру, маючи у кращому випадку обмежену здатність рухатися відносно повітря.


5.2. Джерело енергії

Основна стаття: Вітроенергетика.

Першими почали застосовувати вітер як джерело енергії сингали, що мешкали біля міста Анурадхапура та у деяких інших районах Шри-Ланки. Вже близько 300 року до н. е. вони використовували мусонні вітри для розпалювання печей [104]. Перший спогад про застосування вітру для виконання механічної роботи знайдено в роботі Герона, який у 1 столітті н. е. сконструював примітивний вітряк, що постачав енергію для органа [105]. Перші справжні вітряки з'явилися близько 7 століття в регіоні Сістан на межі Ірану й Афганістану. Це були пристої з вертикальною віссю [106], що мали 6-12 лопатей, зроблених з рисових матів, і застовувалися для молотіння зерна і помпування води [107]. Звичайніші тепер вітряки з горизонтальною віссю почали застовуватися для обмолоту зерна у Північно-Східній Європі з 1180-х років.

Сучасна вітроенергетика зосереджується перш за все на отриманні електроенергії, хоча незначна кількість вітряків, призначених для виконання механічної роботи безпосередньо, все ще існує. Станом на 2009 рік, у вітроенергетиці було згенеровано 340 ТВт/год енергії, або близько 2% її світового споживання [108]. Завдяки істотним державним субсідіям у багатьох країнах, це число збільшилося приблизно удвічі за попередні три роки. У кількох країнах вітроенергетика вже зараз становить досить вагому частку всієї електроенергетики, зокрема 20% у Данії і по 14% - у Португалії та Іспанії [109]. Всі комерційні вітрогенератори, що застовуються зараз, збудовано у вигляді наземних веж із горизонтальною віссю генератора. Однак, оскільки швидкість вітру помітно зростає з висотою, існує тенденція збільшення висоти веж та розроблюються методи отримання енергії за допомогою мобільних генераторів, встановлених на великих повітряних зміях [110] [111].


5.3. Відпочинок та спорт

Вітер грає важливу роль у багатьох популярних видах спорту та розваг, зокрема таких як дельтапланеризм, парапланеризм, польоти на повітряних шарах, запуск повітряних зміїв, сноукайтинг, кайтсерфінг, вітрильний спорт та віндсерфінг. В планеризмі, градієнт вітру над поверхнею істотно впливає на зліт з землі та посадку планера. Якщо градієнт дуже великий, пілот має постійно регулювати кут атаки планера для уникнення різких змін у підйомній силі та втрати стабільності апарату [112] [113]. З іншого боку, пілоти планерів часто використовують градієнт вітру на великій висоті для отримання енергії для польоту за допомогою динамічного ширяння [114].


5.4. Руйнівна дія

Руйнування унаслідок урагану Ендрю, Флорида, 1992 рік.

Сильні вітри здатні викликати значні руйнування, обсяг яких залежить від швидкості вітру. Окремі пориви вітру можуть розгойдовувати погано сконструйовані підвісні мости, а у випадку співпадання частоти поривів із власною частотою коливань мосту, міст може бути легко зруйнувано, як це трапилося із мостом Такома-Нарроуз 1940 року [115]. Вже вітри швидкістю 12 м/с можуть привести до пошкодження ліній електропередачі через падіння на них зламаних гілок дерев [116]. Хоча про жодне дерево не можна бути впевненим, що воно витримає вітер ураганної сили, дерева з неглибоким корінням вириваються з змелі набагато легше, а ламкі дерева, такі як евкаліпт або гібіскус, легше ламаються [117]. Вітри ураганної сили, тобто швидкістю понад 35 м/с, наносять значні пошкодження легким та інколи навіть капітальним будівлям, розбивають вікна та здирають фарбу з машин [29]. Вітри швидкістю понад 70 м/с здатні руйнувати вже практично будь-які будівлі, а будівель, здатних витримати вітер швидкістю понад 90 м/с, майже не існує. Так, деякі шкали швидкості вітру, зокрема шкала Саффіра-Сімпсона, призначені оцінити можливі збитки від ураганів [118] [119].


5.5. Значення в міфології та культурі

Фудзін, синтоїстський бог вітру, малюнок Тавараї Сотацу, 17 ст.

У багатьох культурах вітер персоніфікувався у вигляді одного або багатьох богів, йому надавалися надприродні властивості або приписувалися причини непов'язаних подій. Так, ацтекського бога вітру Еекатль поважали як одного з богів-творців [120]. Індуїстський бог вітру Ваю грає важливу роль у міфології Упанішад, де є батьком Бхіми і духовним батьком Ханумана [121] [122]. Головними богами вітру в давньогрецькій міфології були Борей, Нот, Евр і Зефір, що відповідали, відповідно, північному, південному, східному та західному вітрам [122], також із вітром асоціювався Еол, що панував над ними. Греки також мали назви для вітрів проміжних напрямків та сезонних вітрів, яких, зокрема, було зображено на Башті вітрів у Афінах [122]. Японський бог вітру Фудзін є одним з найстаріших богів традиції синто. За легендою, він вже існував на момент створення світу і випустив вітри зі своєї сумки для очищення світу від імли [123]. В скандинавській міфології богом вітру був Ньйорд [122], а поруч із ним існували чотири гноми: Нордрі, Судрі, Аустрі й Вестрі, що відповідали окремим вітрам [124]. В слов'янській міфології богом вітру, неба та повітря був Стрибог, дід і володар восьми вітрів, що відповідали восьми головним напрямкам [122].

У багатьох культурах вітер також вважався однією з кількох стихій, у цьому значенні його часто ототожнювали з повітрям. Він присутній у фольклорі багатьох народів, у літературі та інших формах мистецтва. Він грає різні ролі, часто символізуючи волю, неприборканість або зміни.

Вітер також інколи вважався й причиною хвороб, так, за давнім українським повір'ям, вітер міг переносити злих духів, здатних викликати гостець [125].


5.6. Значення в історії

В Японії, камікадзе - "божественний вітер" - вважався дарунком богів. Саме так було названо два тайфуни, що вберегли Японію від монгольської навали 1274 та 1281 років [126]. Два інші відомі шторми носять спільну назву "Протестантський вітер". Один з них затримав та значно пошкодив кораблі іспанської "Непереможної армади" під час нападу на Англію 1588 року, що привело до поразки армади та встановлення англійського панування на морі [127]. Інший не дав англійським кораблям можливості вийти з гаваней 1688 року, чим допоміг Вільгельму Оранському висадитися в Англії та завоювати її [128]. Во время Єгипетської кампанії Наполеона, французькі солдати значно постраждали від пилових бур, які приносив пустельний вітер хамсин : якщо місцеві мешканці встигали сховатися, незвичні до цих вітрів французи задихалися в пилу [129]. Хамсин кілька разів зупиняв битви і протягом Другої світової війни, коли видимість знижувалася практично до нуля, а електричні розряди робили непридатними до використання компаси [130].


6. За межами Землі

6.1. Сонячний вітер

Основна стаття: Сонячний вітер.
Відбиття сонячного вітру геліопаузою

Сонячний вітер є рухом не повітря, а дуже розрідженої плазми, що викидається із атмосфери Сонця (або іншої зірки) із середньою швидкостю близько 400 км/с (від 300 до 800 км/с на різних ділянках). Він складається переважно з окремих електронів і протонів з середніми енергіями близько 1 кеВ. Цим частинкам вдається подолати гравітаційне поле Сонця завдяки високій температурі корони [131] та інших, не до кінця зрозумілих процесів, що надають їм додаткову енергію. Сонячний вітер утворює геліосферу, величезну ділянку міжзоряного простору навколо Сонячної системи [132]. Лише ті планети, що мають значне магнітне поле, зокрема Земля, здатні запобігати проникненню сонячного вітру до верхніх шарів атмосфери чи навіть поверхні [133]. У випадку особливо сильних спалахів, сонячний вітер здатний долати магнітне поле Землі та проникати до верхніх шарів її атмосфери, викликаючи магнітні бурі [134] і полярне сяйво [135]. Саме завдяки сонячному вітру хвости комет завжди спрямовані від Сонця [136].


6.2. Планетарний вітер

Основна стаття: Планетарний вітер.

Рух газів у верхніх шарах атмосфери планети дозволяє атомам легких хімічних елементів, перш за все водню, досягати екзосфери, зони, у якій теплового руху достатньо для досягнення другої космічної швидкості і залишення планети без взаємодії із іншими частинками газу. Цей тип втрати планетами атмосфери відомий як планетарний вітер, за аналогією із сонячним вітром [137]. По геологічний час цей процес може викликати перетворення багатих на воду планет, таких як Земля, на бідні на воду, такі як Венера, або навіть призвести до втрати всієї атмосфери чи її частини [138]. Планети із гарячими нижніми шарами атмосфери мають вологіші верхні шари і швидше втрачають водень [133].


6.3. Вітер на інших планетах

Смуги переважних вітрів та Велика червона пляма - гігантський антициклон на Юпітері.

Сильные стали ветры в верхних слоях атмосферы Венеры со скоростью около 83 м / с облетают всю планету за 4-5 земных дней [139]. Когда Солнце нагревает полярные районы Марса, замерзший углекислый газ сублимируется и образует ветры от полюсов со скоростью до 111 м / с. Они переносят значительное количество пыли и водяного пара [140]. На Марсе существуют и другие сильные ветры, в частности "события очищения" и пылевые смерчи [141] [142]. На Юпитере скорость ветра в высотных токовых течениях часто достигает 100 м / с [143] и 170 м / с в Большой красному пятну и других вихрях [144]. Одни из самых быстрых в солнечной системе ветров дуют на Сатурне, наибольшая скорость восточного ветра, зарегистрированная аппаратом Кассини-Гюйгенс, достигает 375 м / с [145]. Скорость ветров на Уране, около 50 с. ш., достигают 240 м / с [146] [147] [148]. Преобладающие ветры в верхних слоях атмосферы Нептуна достигают 400 м / с вдоль экватора и 250 м / с у полюсов [149], высотная атмосферная течение на 70 ю. ш. движется со скоростью 300 м / с [150].


См.. также


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам