Как образуется ветер
Из-за чего образуется ветер
Кратко: из-за неравномерного нагревания поверхности Земли и разницы в атмосферном давлении.
Начнем с эксперимента «Мини-Земля». В солнечный день берем две тарелки, в одну из которых насыпаем землю, а в другую наливаем воду. Обе ставим под прямые солнечные лучи и оставляем на некоторое время. Через полчаса вы увидите, что тарелка с землей нагрета гораздо сильнее, чем с водой, и термометр это докажет. И вот отсюда начинается наш рассказ о том, как образуется ветер.
Каждый день Солнце направляет свои лучи на нашу планету и нагревает всю ее поверхность, как эти самые тарелки. Но не равномерно – это самое главное. Темные участки нагреваются быстрее, чем светлые, а суша – быстрее, чем вода. Географы говорят, что для нагревания 1 см 3 воды нужно в три раза больше тепла, чем для 1 см 3 песка. Согретая поверхность отдает свое тепло атмосфере – воздушной оболочке Земли. А поскольку теплый воздух легче, он поднимается, и создается область пониженного атмосферного давления.
Остается «пробел» – его надо чем-то заполнить. Тогда на место теплого воздуха приходят плотные, холодные воздушные потоки с непрогретых поверхностей – и вот уже дует ветер. Из-за неравномерного нагревания Земли на планете постоянно происходит «обмен» воздушными потоками. С затененных материков с горами и лесами теплый воздух поднимается, а холодные потоки с океанов и морей дуют в сторону континентов, на города и деревни. Чем больше разница температур между этими воздушными массами, тем быстрее они движутся, и тем сильнее ветер. В длину потоки воздуха могут достигать тысяч километров, а в высоту – сотен.
Конус-ветроуказатель, в просторечии «носок». Фото: pxhere.com
Второй важный фактор, кроме солнечного тепла, – постоянное вращение планеты вокруг своей оси. Подчиняясь силе Кориолиса, все потоки воздуха, движущиеся вдоль Земли, отклоняются. Поэтому ветры в Северном полушарии «кренят» вправо, а в Южном – влево (по отношению к направлению движения).
Обычно ветры движутся над поверхностью горизонтально, но существуют и восходящие и нисходящие потоки: циклоны и антициклоны (подробнее в нашем материале о творцах погоды). И если на Земле ветер представляет собой потоки воздуха (в основном смесь азота и кислорода), то на других планетах – смесь свойственных им газов (подробнее о космическом ветре).
Сила Кориолиса – сила инерции, суть которой можно описать как «вне зависимости от ощущения наблюдателя, движущаяся масса внутри вращающейся системы отклоняется». В масштабах планеты она влияет на океанические и морские течения, а также на воздушные потоки – ветры. Чтобы еще лучше представить себе разницу в атмосферном давлении, вспомните: как только вы открываете дверь из помещения на улицу, внутрь сразу начинает задувать ветер, причем больше всего – снизу. Теплый воздух поднимается и «выталкивается» наружу, а оттуда приходят холодные воздушные потоки. Или вспомните прогулки по берегу, если они у вас были, – ветер всегда дует с воды на сушу, потому что суша нагревается быстрее.
Муссоны, пассаты, воздушные массы…
Кратко: на Земле дуют десятки глобальных и локальных ветров.
Было бы странно, если бы постоянные перемещения потоков воздуха никак не влияли на происходящее на Земле. И речь не о том, что ветер может уничтожить судно или разрушить город, хотя и это, конечно, ему под силу. Берите выше! Ветры влияют на региональный климат, погоду и уровень атмосферного давления, от которого вашей бабушке может быть плохо.
Муссоны – как биткоины: многие слышали, но мало кто знает, что это такое и как работает. Если упрощать, то это преобладающие ветры на границе океана и материка. Чаще всего они «водятся» в тропических и субтропических областях и меняют свое направление летом и зимой (с арабского «mawsim» – «время года»). Весной Солнце прогревает континент примерно на 10 градусов сильнее, чем океан. Нагретый воздух поднимается, создает область низкого давления и активизирует муссон – потоки океанического воздуха несутся к суше.
Ближе к зиме все наоборот – суша прогревается хуже, поэтому воздух движется от нее к морям и океанам. Муссоны «висят» над экваториальной Африкой, южной Азией и вообще над всем Южным полушарием, а в России хорошо выражены на Дальнем Востоке. Именно муссоны заставляют людей надевать резиновые сапоги летом. Почему они виновны в пасмурной погоде? Потому что вместе с воздухом приносят на сушу океаническую влагу, которую прихватывают по пути. Теплый влажный воздух конденсирует водяной пар – и начинается дождь. Зимой все наоборот – засуха и отсутствие осадков.
Муссоны – как биткоины: многие слышали, но мало кто знает, что это такое и как работает.
Еще на планете живут пассаты – ветры, дующие между тропиками. Здесь все сложнее и завязано на экваторе – самом жарком месте Земли. Солнце нагревает поверхность в экваториальной полосе, и нижние воздушные потоки поднимаются и расходятся одновременно к южному и северному полюсам. По всему экватору образуется область низкого давления, которая «всасывает» воздух из субтропиков.
Между экватором и субтропиками создается циркуляция. Поскольку Земля вращается и воздушные массы подвержены силе Кориолиса, изначально двигаясь по прямой, они смещаются. И если на океанах они дуют «правильно», то ближе к земной поверхности их направление меняется еще и под воздействием местных препятствий, например, гор. В результате в Северном полушарии дуют северо-восточный и юго-западный пассаты, в Южном – юго- восточный и северо-западный. Пассаты обоих полушарий «отделены» друг от друга полосой вдоль всего экватора – по-научному, внутритропической зоной конвергенции.
В умеренных широтах дуют западные ветры – они влияют на формирование океанических течений, переносящих теплые экваториальные воды к западным берегам континентов. А на полюсах преобладают восточные ветры – сухие, нерегулярные и слабые, они дуют из полярных районов в низкие широты. Поскольку в полярных областях солнечного тепла меньше, воздух там быстро охлаждается и опускается, образуя высокое давление и выталкивая приполярный воздух в направлении более низких широт.
Но Земля – это не только материки и океаны, а еще множество локальных географических объектов: водоемы, моря, пустыни, горные массивы. Разнообразие подстилающей поверхности создает местные ветры. Например, на берегах морей и больших озер дуют морской и континентальный бриз, сменяющие друг друга утром и вечером. Особенно они заметны летом, когда разница между температурами воды и земли самая высокая. Морской (дневной) дует с моря на прибрежье, а ночной (континентальный, береговой) – с суши на море. Оба достигают небольшой скорости в 1–5 м/с.
Горы могут останавливать ветер и порождать его. Над взгорьями солнце греет сильнее, создавая область низкого давления. Так появляются свойственные горам и долинам ветры: фён, или бора, например. А если горы стоят на берегу озера или моря, то начинается целый ветряной сабантуй – на Байкале, например, дуют не менее пяти ветров. В пустынях тоже свои ветры: суховей, самум. А теперь представьте, какое количество воздушных масс «танцует» на нашей планете ежедневно.
Огромное! Все преобладающие и местные ветры на всем земном шаре в совокупности образуют то, что географы называют «циркуляцией атмосферы» – процесс постоянного движения воздушных потоков. А он, в свою очередь, влияет на климат в разных регионах Земли и заставляет нас брать зонтик по утрам.
Какой он?
Кратко: у ветра изучают силу, скорость, направление и продолжительность.
Основными характеристиками ветра считают скорость, силу и направление. Анемометр – механический прибор, в котором движение воздуха приводит в действие лопасти и на шкале отображается скорость ветра. От нее неотделима его сила, которую изучают с помощью шкалы Бофорта – она показывает, сколько метров преодолевает слой воздуха в секунду. Наиболее распространена 12-балльная шкала, но возможно использование 17-балльной, если речь идет о сильном урагане. Чем выше балл, тем сильнее и опаснее последствия от ветра: движение океанических и морских волн, распространение дыма из трубы, качание деревьев, помеха движению человека и др.
Самую большую скорость порыва ветра на Земле зафиксировали на острове Барроу в Австралии в 1996 году. Тогда автоматическая метеостанция зарегистрировала порыв в 113 м/с (408 км/ч). Но! Важно, что это был кратковременный порыв, – они могут достигнуть огромной скорости, длиться одну секунду и тут же закончиться. Что касается постоянной скорости ветров, то самые быстрые дуют в Антарктиде со скоростью до 90 м/с.
Смерч, или торнадо, – один из самых губительных эффектов ветрообразования. Это атмосферный вихрь, нисходящий к поверхности Земли в виде столба. Чтобы измерить его силу и скорость, применяют особую Шкалу Фудзиты. В ней шесть ступеней, где первая – штормовой смерч, повреждающий трубы, вывески и вышки, а шестая – опустошительный, который срывает дома с фундаментов. Фото: Jim Reed, photographynewsworld.com
Направление ветра определяют по части света, с которой он дует. С севера – значит, северный, с юга – южный и так далее.
Всего выделяют восемь направлений: четыре – по сторонам света (северный, южный, западный, восточный) и столько же промежуточных (северо-западный, северо- восточный, юго-западный, юго-восточный). С определением направления обычно справляются флюгеры. Чаще всего их делают из металла – на вертикальной основе устанавливают «флаг», который поворачивается под действием ветра. Вариант попроще – тканевый конус-ветроуказатель, прикрепленный к палке или столбу. Их часто можно увидеть на аэродромах и взлетных полосах. Принцип работы – как и у флюгера. После долгих наблюдений для разной местности составляется роза ветров. На ней обозначены все ветры, дующие в конкретном регионе за определенный период. Роза помогает при строительстве шоссе и трасс, взлетно-посадочных полос, планировке населенных пунктов, в сельском хозяйстве и т. д.
Флюгеры могут иметь самый необычный вид. Фото: Sophie Hale, www.flickr.com
Изучением ветра занимаются и география, и климатология, и динамическая метеорология.
На большинстве метеорологических станций скорость ветра измеряют на высоте 10 м и усредняют за 10 минут. Выделились только США с усреднением за минуту и Индия – с усреднением за три. Зачем нужно усреднять скорость? Для климатологов, поскольку скорость постоянного ветра, измеренная за минуту, обычно выше значения, измеренного за 10 минут. Климатологи составляют карты и атласы ветров, отображающие, как и куда движутся воздушные потоки в конкретном регионе и на планете вообще. Сейчас существуют онлайн-карты ветров, где можно увидеть, что происходит с воздухом конкретно на вашей улице – одна из них, например, доступна на
сайте
. Мы можем только услышать ветер, а потрогать и увидеть – нет. И это делает его если не страшнее, то могущественнее. Будучи давним другом нашей планеты, он влияет практически на все сферы ее жизни. И больше всего – на людей.
На гербах используют розу ветров, которую любой метеоролог назовет ошибкой. В геральдике это стилизованная звезда с равномерно распределенными лучами.
Ее можно увидеть на гербах многих городов и на эмблемах НАТО (4 луча), ЦРУ США (16 лучей), Министерства по чрезвычайным ситуациям и Министерства транспорта Российской Федерации (8 лучей). Правильная роза ветров выглядит примерно так – лучи неравномерны. Фото: www.mesonet.agron.iastate.edu
Фото: pixabay.com
Что такое ветер, куда, зачем и почему он дует?
Взаимоотношения человека и ветра всегда были чрезвычайно тесно связаны друг с другом. Именно от этого природного явления в доисторические времена (как, впрочем, и сейчас) нередко напрямую зависела жизнь человека. С его помощью человечество смогло развить ремёсла и значительно облегчить себе жизнь, что можно наблюдать даже на таком банальном примере, как ветряная мельница. Нет ничего удивительного в том, что сколько существует человечество, столько люди задавали и по сей день задают себе и друг другу вопрос, почему дует ветер?
Эта загадка до сих пор остаётся чрезвычайно сложной не только для понимания ребёнка, но и взрослого человека. Учёные, которые изучают неживую природу, до сих пор спорят о том, почему дует ветер, откуда дует ветер и куда дует ветер.
Неживая природа: Ветер
Научно-технический энциклопедический словарь даёт определение ветру — как поток воздушных масс (смеси газов, частицы которых беспрепятственно летают в пространстве), который быстро передвигается параллельно поверхности Земли.
Ветер зарождается из-за неравномерного распределения давления в атмосфере. Как только он появляется, он сразу же начинает двигаться от зоны высокого давления к зоне низкого. Если говорить проще, почему дует ветер, то можно смело заявить, что если бы не Солнце, суша и Мировой океан нашей планеты, то воздух через довольно-таки непродолжительное время стал бы повсюду иметь одинаковую температуру и влажность, из-за чего ветер не дул бы никогда.
Откуда берутся облака?115664.24
Как движутся воздушные массы
На протяжении дня поверхность нашей планеты неравномерно нагревается. Это касается не только предметов, которые находятся на расстоянии друг от друга, но и тех, которые расположены совсем рядом. Например, за один и тот же период времени вещи более тёмного цвета нагреваются (впитывают тепло) намного больше, чем светлые. То же самое можно сказать, сравнивая воду с сушей (последняя отражает меньшее количество солнечных лучей).
В свою очередь, нагретые предметы неравномерно передают тепло воздуху, который их окружает. Например, поскольку земля нагревается намного больше, чем вода, то днём воздух с земли поднимается вверх, а более холодный – с моря, идёт на его место. Ночью происходит обратный процесс – тогда как земля остыла, воды моря остаются тёплыми. Соответственно, тёплый воздух над морем, уходит вверх, а воздух с суши идёт на его место.
Более тёплый воздух поднимается вверх, где сталкивается с холодным.
Это происходит потому, что нагретый воздух становится лёгким – и стремится вверх, а холодный наоборот, тяжелеет, и устремляется вниз. Чем большую разницу имеют температуры холодного и тёплого потока, тем сильнее обычно дул ветер. Таким образом, возникает не только лёгкий ветерок, но и небольшие вихри, ураганы и даже смерчи.
Сам воздух всюду стремится быть одинаковым. Когда образовывается некая неоднородность (в одном месте теплее, в другом холоднее, в третьем – частичек газов больше, в четвёртом – меньше), он горизонтально перемещается, пытаясь ликвидировать «неравенство».
Подобный процесс происходит по всей территории земного шара. Наиболее тёплое место на нашей планете – это экватор. Именно здесь нагретый тёплый воздух всё время уходит вверх, а оттуда направляется или к Северному, или Южному полюсам. После этого он на определённых широтах спускается снова на землю и начинает двигаться. Куда именно ветер дует – смотря по обстоятельствам. Может, дальше к полюсам, а может – возвращаться к экватору.
Вращение Земли
На потоки движения воздушных масс действует вращение нашей планеты. Именно из-за него все ветры, которые дуют в Северном полушарии, сдвигаются в правую, а в Южном – в левую стороны.
Атмосферное давление
Наш организм, даже не зная этого, всё время ощущает на себе давление воздуха – несмотря на то, что он кажется нам абсолютно невесомым. Согласно последним научным данным, вся атмосфера нашей Земли (иначе говоря, слой газов), состоящая преимущественно из азота и кислорода, весит пять квадриллионов тонн.
Атмосферное давление в разных местах Земли – разное. Молекулы газов стремятся возместить это, и постоянно на огромной скорости двигаются в разных направлениях (эти частицы из-за силы притяжения Земли полностью к ней привязаны, и улететь в космос никак не могут).
Вот так и получается, что ветер – это перемещение огромного количества молекул атмосферных газов в одном направлении. Воздушные массы обычно перетекают из зоны повышенного давления (когда воздух холодный – антициклон) в район пониженного (когда он тёплый – циклон), заполняя тем самым пустоты разреженного воздуха.
Классификация ветров
Сильные ветры, которые имеют среднюю продолжительность (одна минута) – это шквалы. Существуют такие виды ветров:
- Бриз – тёплый ветер возле моря, где можно наблюдать легкий ветер, дующий на побережье. Направление ветра изменяется на протяжении суток дважды. Дневной (или морской) зачастую дул с моря на берег, ночной (или береговой) – наоборот. Скорость бриза обычно составляет от 1 до 5 м/с;
- Буря – чрезвычайно сильный ветер, скорость которого составляет от 16 до 20 м/с (в том числе и песчаные бури).
- Шторм – возникает во время циклона, скорость – от 15 до 32 м/с;
- Ураган – очень сильная буря, которую вызвали двигающие в разных направлениях на огромной скорости воздушные массы, скорость которых – от 32 м/с;
- Тайфун – ураган огромной разрушительной силы, который дул и дует в основном возле восточного побережья Азии, на Дальнем Востоке, а также западной части Тихого океана.
Порывы ветра – это кратковременные (несколько секунд) и сильные (несколько часов и даже месяцев) перемещения воздушных масс. Например, для тропического климата выделяют следующие типы ветров:
- Муссоны – ветра, характерны в основном для тропических областей, дуют несколько месяцев, иногда изменяя направление ветра. Летом – с океана на сушу, зимой – наоборот. При этом летом муссоны характеризует повышенная влажность.
- Пассаты – такой ветер обычно дул и дует в тропических широтах на протяжении целого года, в Северном полушарии – с северо-восточного направления, в Южном – с юго-восточного. Друг от друга их отделяет безветренная полоса.
Из-за постоянного изменения давления направление ветра постоянно меняется. Но в любом случае ветер всегда перемещается из области высокого давления в область низкого.
Роза ветров
На протяжении тысячелетий люди наблюдали за ветрами, делали определённые выводы, выдвигали гипотезы, составляли графики для того, чтобы как можно лучше использовать в своей деятельности это удивительное явление неживой природы.
Так, появилась так называемая Роза ветров – чертёж, точнее сказать – диаграмма, которая изображает, как именно ветер дует в конкретной местности.
Круговорот воды в природе115664.671
Составляют Розу ветров таким образом: из центра на расстоянии друг от друга в 45° чертят восемь прямых, на которые наносят метки длиной, пропорциональной или частоте ветров, или их скоростям.
После этого концы меток соединяют и получаются две многоугольные фигуры – Роза повторяемости ветров, и Роза скорости ветров.
Роза ветров даёт возможность определить направление, силу, и продолжительность преобладающего ветра, а также частоту воздушных потоков. Розу ветров чертят как для того, чтобы определить средние показатели, так и для определения максимальных значений. Можно создать комплексный чертёж, на котором будут нанесены диаграммы, состоящие сразу из нескольких параметров, которые также будут показывать куда ветер дует.
Чертежи чрезвычайно необходимых человеку – при строительстве, для решения различных хозяйственных задач (например, в последнее время благодаря ветру появилась возможность получать электроэнергию) и т.
п. Ведь ветер вполне может быть, как другом, так и врагом – если не обращать на него внимание и не учитывать его влияние на окружающую среду, он вполне способен нанести непоправимый ущерб, разрушив созданное человеком творение. Хотя ветер — это неконтролируемое человеком явление, поскольку он дул и будет дуть куда ему захочется, но теперь человечество может предсказать ориентировочное его направление и силу, что может спасти многие жизни.
География: Как образуется ветер
Ветер – это горизонтальное движение воздуха, возникающее из-за разности атмосферного давления и направленное из области высокого давления в область низкого давления.
Причина образования ветра – это неравномерное нагревание земной поверхности:
тёплый воздух поднимается вверх, а на его место приходит более тяжелый и плотный холодный воздух.
Ветер дует из области повышенного давления в область пониженного давления
.
Чем больше разница в атмосферном давлении, тем больше скорость ветра.
Бриз – местный ветер на берегу крупного водоёма, меняющий свое направление два раза в сутки:
Дневной бриз
Днём суша нагревается быстрее, чем вода, и над ней устанавливается более низкое атмосферное давление. Поэтому дневной бриз дует с водоёма (акватории) на нагретое побережье.
Ночной бриз
Ночью суша охлаждается быстрее, чем вода. Над водоёмом (акваторией) ночью образуется область низкого давления. Поэтому ночной бриз дует с охлажденного побережья на прогретую воду.
Как образуется бриз
Муссоны
Муссоны – (
от араб. маусим — сезон), устойчивые ветры, направление которых резко меняется на противоположное (или близкое к противоположному) 2 раза в год: