Введение
Метеороло́гия (от греч. metéōros, атмосферные и небесные явления и -λογία, -логия) - наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах. Во многих странах метеорологию называют физикой атмосферы, что в большей степени соответствует её сегодняшнему значению.
Значительная часть метеорологов занимается прогнозом погоды. Они работают в правительственных и военных организациях и частных компаниях, обеспечивающих прогнозами авиацию, мореплавание, сельское хозяйство, строительство, а также передают их по радио и телевидению.
В современном мире эти прогнозы играют большую роль для экономики.
метеорология ветер воздушный поток
Понятие и характеристики ветра
Ветер - поток воздуха в горизонтальном направлении.
Российский ГОСТ под ветром понимает поток воздуха, движущийся относительно земной поверхности со скоростью свыше 0,6 м/с
Ветер возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и направлен от зоны высокого давления к зоне низкого давления. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения.
Определяют несколько видов ветров:
Муссон - периодический ветер, несущий большое количество влаги, дующий зимой с суши на океан, летом - с океана на сушу. Муссоны наблюдаются главным образом в тропическом поясе.
Пассаты - постоянные ветры, дующие с довольно постоянной силой трёх-четырёх баллов; направление их практически не меняется, лишь слегка отклоняясь.
А также местные ветры:
|
|
Бриз - тёплый ветер, дующий с берега на море ночью и с моря на берег днём; в первом случае называется береговым бризом, а во втором - морским.
Бора - холодный резкий ветер, дующий с гор на побережье или долину.
Фён - сильный тёплый и сухой ветер, дующий с гор на побережье или долину.
Сирокко - итальянское название сильного южного или юго-западного ветра, зарождающегося в Сахаре.
Ветер характеризуется следующими показателями:
• скорость среднемесячная и среднегодовая в соответствии с градациями по величине и внешним признакам по шкале Бофорта;
• скорость максимальная в порыве - очень важный показатель устойчивости работы ветроэлектростанции;
• направление ветра/ветров - «роза ветров», периодичность смены направлений и силы ветра;
• турбулентность - внутренняя структура воздушного потока, которая создает градиенты скорости не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости;
• порывистость - изменение скорости ветра в единицу времени;
• плотность ветрового потока, зависящая от атмосферного давления, температуры и влажности.
• ветер может быть однофазной, а также двухфазной и многофазной средой, содержащей капли жидкости и твердые частицы разной крупности, движущиеся внутри потока с разными скоростями.
Ветер возле поверхности
Самый лучший путь представить или увидеть ветер и воздушные потоки - это понаблюдать за движением воды. Когда дно ручья гладкое, поток равномерный с постоянной скоростью, причем, вода сверху движется быстрее, чем внизу, возле дна. Когда поток встречается с препятствием или углублением, он становится непостоянным, даже если скорость его невелика. Вода предпочитает течь вокруг камня, чем над ним. Когда вода протекает между двумя камнями, она бьет ключем и течет быстрее. Когда она протекает над камнем, то возникает рябь или волна вниз по течению. Если камней много, то за ними спокойствие потока нарушается водоворотами или волнением.
|
|
Воздушные течения реагируют на земную поверхность аналогично. Они предпочитают двигаться вокруг отдельно стоящих гор, чем над ними и параллельно горным хребтам. Поток воздуха движется быстрее в ущелье. Образует смерчи и волны. Изменяя движение ветра, все эти препятствия замедляют движение ветра у поверхности. Изменение скорости ветра по высоте называется градиентом ветра. В дополнение к механическим эффектам, существенно изменяют поведение воздушных течений еще и тепловые процессы. Из этого следует вывод, что у поверхности воздух чаще всего очень непостоянен и турбулентность более высокая, чем на высоте.
Природа воздушного потока при высоте 500 - 1000 м:
Атмосфера свободна. Здесь не проявляется вязкость воздуха, потому что он не контактирует с твердыми телами. Движение воздуха определяется только градиентом давления и эффектом Кориолиса
Воздушный поток при высоте 50 - 100 м
Переходная область. Здесь эффект трения о поверхность влияет на структуру ветра. До этого уровня простирается действие морских бризов. Эффект Кориолиса и изменение плотности из-за прогрева земной поверхности существенные силы на этом уровне.
У поверхности:
Область постоянно меняющихся процессов. Структура ветра определяется в основном природой поверхности и изменением температуры с высотой. Равнинные и горные ветры встречаются на этом уровне.
|
|
Образование ветра обусловливается перемещением воздушных масс из областей с высоким атмосферным давлением в область низкого с отклонением до 60° в северном полушарии вправо, а в южном - влево. Отклонение перемещающихся масс воздуха вызывается вращением Земли. Поскольку у экватора всегда существует более низкое атмосферное давление, над океанами дуют постоянные ветры: северо-восточные пассаты - в северном полушарии и юго-восточные - в южном, распространяющиеся до 26-35-й параллели. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения. Характеризуется двумя основными элементами: направлением, в котором перемещается воздух, и скоростью, с которой происходит это перемещение.
Периодическое (годовое) изменение атмосферного давления в различных областях земного шара вызывает сезонные ветры - муссоны. Ветры, вызываемые неодинаковым атмосферным давлением в смежных областях земной и водной поверхности, называют барическими; ветры, возникающие по местным причинам и захватывающие ограниченные районы, называются местными.
Из-за трения движущегося воздуха о землю, скорость ветра у поверхности меньше, чем на высоте. По той же причине изменяется и направление. Ветер на высоте совпадает с направлением изобар, а у земли пересекает их. Графическое представление скорости ветра от высоты можно назвать градиентным профилем ветра. В спокойных условиях (без термичности) над землей поток не турбулентен и наибольшее изменение скорости ветра происходит вблизи поверхности. Если местность пересеченная, нижний слой турбулизируется, увеличивается толщина пограничного слоя, то есть слоя, в котором изменяется скорость ветра.
Высотные ветры
На высоте более 500 - 1000 м над высшей точкой поверхности уже не подвержен влиянию трения о землю. На этих уровнях можно говорить о ветрах, дующих в свободной атмосфере и имеющих скорость свободного потока. Следовательно, на высоте более 500м над наивысшей точкой поверхности, мы находимся в зоне действия воздушных потоков, движущихся по изобарам и со скоростью, соответствующей градиенту давления на данной высоте. Ветер, направление которого, совпадает с изобарой вне пограничного слоя принято называть градиентным ветром.
Характеристики высотного ветра зависят от места и расположения относительно него господствующих ветров на высоте и, особенно, струйных течений. Все это отображается на высотных картах погоды. Всегда есть правило: ветер усиливается с высотой в теплом секторе антициклона и ослабляется в холодном секторе антициклона.
Барические системы с высотой могут значительно отличаться от того что происходит у поверхности, а также, что в нижних слоях атмосферы возможно движение слоев воздуха над или под друг другом. Слои часто отличаются по температуре, влажности и характеристикам движения. Это может привести к изменению скорости и направления ветра через некоторое время. Чаще всего, ветер на высоте указывает, каким вскоре станет ветер у поверхности.
Струйное течение - потоки воздуха расположеные на высоте более 14 км, на широте 30°. Струйные течения возникают из-за сильных температурных контрастов между полярными и тропическими воздушными массами. Эти потоки образуются при движении по направлению к полюсам, но поворачивают вправо в северном полушарии и влево в южном, двигаясь с запада на восток. Зоны сильных горизонтальных температурных градиентов, фронты на поверхности и струйные течения чаще всего сопутствуют друг другу.
Приборы для измерения ветра
На поверхности скорость ветра определяется с помощью анемометра (анемо по-гречески значит ветер). Официально принята высота замера скорости ветра над землей - 10 метров. Целью этого является исключить влияние приземной турбулентности и трения воздуха о поверхность. Существуют различные типы анемометров: чашечный анемометр, анемометр-вентилятор, анемометр с шариком, анемометр с трубкой Пито. Чашечный анимометр и анемометр-вентилятор измеряют истинную скорость ветра, потому что двигаются вместе с ветром. Трубка Пито и плавающий шарик - анемометры другого типа, показания которых изменяются в соответствии с плотностью воздуха (зависящей от температуры и высоты), они определяют скорость ветра по его динамическому давлению. Они мало зависят от высоты, жары и влажности. Имеется ряд конструкций самопишущих приборов - анемографов и (если измеряется также и направление ветра) анеморумбографов. Направление ветра также можно измерить по флюгерам.
Определять скорость ветра можно и по признакам, замеченными в окружающей среде. В воздухе мы можем определить ветер по полосам на траве и лесных массивах, причем, по ним можно догадаться не только о направлении, но и о скорости. Флаги и дымы дают информацию о направлении и скорости ветра. Флаги свисают вниз или легко колышутся - ветер слабый, флаги развиваются и хлопают - ветер сильнее (будьте осторожны, можно попасть на тяжелые флаги в легкий ветер). Дым указывает на сильный ветер тем, что стелется над землей с разрывами.
Заключение
Из всего вышесказанного можно заключить, что ветер - это горизонтальное перемещение воздуха. Он может быть резким, дующим порывами, или спокойным, дрейфующим, в зависимости от результирующего давления и стабильности воздуха.
Правильное прогнозирование и определение скорости ветра и в наше время имеет большую важность. Так можно вовремя дать штормовое предупреждение при сильном ураганном ветре, заранее предупредить людей при смерчах, давая достаточное время на эвакуацию; незаменимы такие прогнозы для авиации и мореплавании. Ветер также используется в производстве электроэнергии. Уже сегодня во многих развитых европейских странах ветряки и ветряные электростанции являются одним из основных источников производства электроэнергии.
Литература
. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология: Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 2006. - 583с.
. Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метеорология и климатология. - Новочеркасск: НГМА, 2004. - 107с.
. Захаровская Н.Н., Ильинич В.В. Метеорология и климатология: Учебное пособие для вузов. - М.: Изд-во КолосС, 2004. - 127 с.
. Варбанец Т.В. Метеорология: Учебное пособие. - М.: Изд-во Феникс, 2008. - 236с.
. Моргунов В.К. Основы метеорологии, климатологии. Метеорологические приборы и методы наблюдений: Учебник. - М.: Изд-во Феникс, 2005. - 331с.