Ветер: условия образования у Земли и на высотах

Метеорология - наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах. Понятие и характеристики ветра, его виды. Природа воздушного потока, особенности его формирования. Анемометр как прибор для измерения скорости ветра.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Ветер: условия образования у Земли и на высотах

Введение

Метеороломгия (от греч. metйфros, атмосферные и небесные явления и -лпгЯб, -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 другог...