Određivanje smjera i brzine vjetra. Šta određuje jačinu vjetra? Kako pravilno odrediti smjer vjetra

(S. V. Repolovsky)

Vjetar je kretanje zraka u odnosu na površinu zemlje, što znači horizontalnu komponentu ovog kretanja. Vjetar je karakteriziran vektorom brzine, ali u praksi brzina označava samo brojčanu vrijednost brzine; smjer vektora brzine naziva se smjer vjetra. Brzina vjetra se izražava u metrima u sekundi, kilometrima na sat i čvorovima (nautičkim miljama na sat). Da biste pretvorili brzinu iz metara u sekundi u čvorove, samo pomnožite broj metara u sekundi sa 2.

Postoji još jedna procjena brzine ili, kako se u ovom slučaju kaže, jačine vjetra u bodovima, Beaufortova skala, prema kojoj se cijeli raspon mogućih brzina vjetra dijeli na 12 gradacija. Ova skala povezuje snagu vjetra sa razne efekte proizvodi vjetar različite brzine, kao što je stepen neravnine na moru, ljuljanje grana drveća, širenje dima iz dimnjaka. Svaka gradacija brzine vjetra ima poseban naziv (vidi tabelu sa karakteristikama vjetra na Beaufortovoj skali).

Tabela 1. Karakteristike brzine vjetra na Beaufortovoj skali

Za potpuniju procjenu proizvedenih proizvoda jaki vjetrovi uništenje američkih Nacionalna služba Dopunjena je Beaufortova vremenska skala:

12,1 bod, brzina vjetra 35 - 42 m/s. Jaki vjetrovi. Značajna šteta na lakim drvenim zgradama. Neki telegrafski stubovi padaju.

12.2. 42-49 m/s. Do 50% lakih drvenih objekata je uništeno, a na ostalim objektima oštećena su vrata, krovovi i prozori. Olujni talas vode veći je za 1,6-2,4 m normalan nivo mora.

12.3. 49-58 m/s. Potpuno uništenje svjetionika. U trajnim zgradama su velika oštećenja. Olujni udar je 1,5-3,5 m iznad normalnog nivoa mora. Ozbiljne poplave, oštećenja od vode na zgradama.

12.4. 58-70 m/s. Potpuni nalet drveća. Potpuno uništenje pluća i teška oštećenja trajnih zgrada. Olujni udar je 3,5-5,5 m iznad normalnog nivoa mora. Jaka abrazija obala. Teška oštećenja od vode na donjim spratovima zgrada.

12.5. više od 70 m/s. Mnoge jake građevine ruši vjetar, brzinom od 80-100 m/s - također kamene, brzinom od 110 m/s - skoro sve. Olujni udar iznad 5,5 m Intenzivne štete od poplava.

Brzina vjetra na meteorološkim stanicama mjeri se anemometrima; ako uređaj samosnima, onda se zove anemograf. Anemormbograf određuje ne samo brzinu, već i smjer vjetra u kontinuiranom načinu snimanja. Instrumenti za mjerenje brzine vjetra postavljeni su na visini od 10-15 m iznad površine, a vjetar koji se njima mjeri naziva se vjetar na površini zemlje.

Smjer vjetra se određuje imenovanjem tačke na horizontu odakle vjetar duva ili ugla koji formira smjer vjetra sa meridijanom mjesta odakle vjetar duva, tj. njegov azimut. U prvom slučaju, postoji 8 glavnih smjerova horizonta: sjever, sjeveroistok, istok, jugoistok, jug, jugozapad, zapad, sjeverozapad i 8 srednjih.
8 glavnih pravaca imaju sljedeće skraćenice (ruske i međunarodne): S-S, Yu-S, W-W, E-E, NW-NW, NE-NE, SW-SW, SE-SE.

Ako je smjer vjetra karakteriziran kutom, tada je odbrojavanje od sjevera u smjeru kazaljke na satu. U ovom slučaju, sjever će odgovarati 0 0 (360), sjeveroistok - 45 0, istok - 90 0, jug - 180 0, zapad - 270 0.
Prilikom klimatološke obrade osmatranja vjetra, za svaku tačku se konstruiše dijagram koji predstavlja distribuciju frekvencije smjerova vjetrova duž glavnih smjerova – „ruže vjetrova“.
Od početka polarnih koordinata, pravac se iscrtava duž pravca horizonta u segmentima, čije su dužine proporcionalne učestalosti vjetrova u datom smjeru. Krajevi segmenata povezani su isprekidanom linijom. Učestalost smirivanja je označena brojem u centru dijagrama. Prilikom konstruiranja ruže vjetrova, također možete uzeti u obzir prosječnu brzinu vjetra u svakom smjeru množenjem ponovljivosti datog smjera s njim, a zatim će grafikon pokazati u konvencionalnim jedinicama količinu zraka koju nose vjetrovi svakog smjera.

Geostrofni vjetar. Gradijentni vjetar. Geotriptički vetar.

Vjetar nastaje zbog neravnomjerne raspodjele atmosferskog tlaka, tj. uz prisustvo horizontalnih razlika pritiska. Mjera neravnomjernosti raspodjele pritiska je horizontalni gradijent pritiska. Vazduh teži da se kreće u pravcu ovog gradijenta, dobijajući ubrzanje što je veći gradijent pritiska. Prema tome, horizontalni gradijent pritiska je sila koja daje ubrzanje vazduhu, tj. izazivanje vjetra i mijenjanje njegove brzine. Sve ostale sile koje se javljaju prilikom kretanja zraka mogu samo usporiti kretanje zraka ili ga odvojiti od smjera gradijenta. Utvrđeno je da gradijent od 1 hPa na 100 km stvara ubrzanje od 0,1 cm/s2. Kada bi na zrak djelovala samo sila baričkog gradijenta, tada bi kretanje zraka pod utjecajem te sile bilo ravnomjerno ubrzano, a uz produženo izlaganje zrak bi dobio velike, neograničene brzine. Ali u stvarnosti, druge sile djeluju na zrak, manje-više balansirajući silu gradijenta. To je, prije svega, Coriolisova sila ili sila skretanja Zemljine rotacije. Rotacijsko ubrzanje ili Coriolisovo ubrzanje na Zemlji ima veličinu

A=2wVsin y, (25)
gdje:
w je ugaona brzina Zemljine rotacije,
V - brzina vjetra,
y - geografska širina.

U ovom slučaju mislimo samo na horizontalnu komponentu ubrzanja rotacije. Iz formule je jasno da ubrzanje ima najveća vrijednost na polu i postaje nula na ekvatoru. Vrijednost Coriolisove sile za vjetar je istog reda veličine kao i ubrzanje stvoreno gradijentom pritiska. Stoga, sila skretanja Zemljine rotacije tokom kretanja vazduha može uravnotežiti silu gradijenta pritiska.
Vjetar, na koji utječu samo sila gradijenta tlaka i Coriolisova sila, naziva se geostrofičnim. Pod uslovom da se sile međusobno uravnotežuju, kretanje vetra je pravolinijsko i jednoliko. Coriolisova sila na sjevernoj hemisferi usmjerena je pod pravim uglom u odnosu na brzinu udesno, a sila gradijenta jednaka njoj treba biti usmjerena pod pravim uglom u odnosu na brzinu lijevo. Stoga će na sjevernoj hemisferi geostrofski vjetar duvati duž izobara, ostavljajući nizak pritisak na lijevoj strani. Na južnoj hemisferi, geostrofski vjetar puše, ostavljajući nizak pritisak udesno dok je Coriolisova sila usmjerena ulijevo.
IN realnim uslovima geostrofni vjetar nastaje u slobodnoj atmosferi, na visinama većim od 1 km, kada sila trenja postaje toliko mala da se može zanemariti.
Ako se kretanje zraka odvija bez djelovanja trenja, ali krivolinijsko, onda to znači da se osim sile gradijenta i Coriolisove sile pojavljuje i centrifugalna sila:

C = V 2 /r, (26)
gdje:
V - brzina,
r je polumjer zakrivljenosti putanje zraka koji se kreće.
Centrifugalna sila je usmjerena duž radijusa zakrivljenosti putanje prema van, prema konveksnosti putanje. Ako je kretanje zraka ravnomjerno, tada su sve tri sile uravnotežene. Ovaj teoretski slučaj ravnomjernog kretanja zraka duž kružnih putanja bez utjecaja trenja naziva se gradijentni vjetar. Za gradijentni vjetar moguća su dva slučaja: u ciklonu i u anticiklonu. U ciklonu, tj. u sistemu pritiska sa najnižim pritiskom u centru, centrifugalna sila je uvek usmerena ka spolja, protiv sile gradijenta. U pravilu je stvarna centrifugalna sila atmosferskim uslovima manje snage gradijent, dakle, da bi se uravnotežile djelujuće sile, potrebno je da Coriolisova sila bude usmjerena na isti način kao i centrifugalna sila, a zajedno bi uravnotežili gradijentnu silu. Brzina vjetra bi trebala odstupati pod pravim uglom od Coriolisove sile, ulijevo na sjevernoj hemisferi. Vjetar bi trebao puhati duž kružnih izobara ciklona u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, odstupajući od gradijenta tlaka udesno.
U anticikloni centrifugalna sila je usmjerena prema van, prema konveksnosti izobara, tj. isto je i sa jačinom gradijenta. Coriolisova sila mora biti usmjerena unutar anticiklone kako bi se uravnotežile dvije podjednako usmjerene sile - gradijent i centrifugalna. Brzina vjetra mora biti usmjerena tako da vjetar duva u smjeru kazaljke na satu duž kružnih izobara anticiklone. Ali gornja razmatranja se odnose samo na sjevernu hemisferu. IN južna hemisfera, gdje je Coriolisova sila usmjerena lijevo od brzine, gradijent vjetar će odstupiti od gradijenta ulijevo. Stoga je za južnu hemisferu kretanje zraka duž izobara u ciklonu u smjeru kazaljke na satu, a u anticiklonu suprotno. Stvarni vjetar je blizak gradijentu vjetra u ciklonima i anticikloni samo u slobodnoj atmosferi, gdje nema utjecaja trenja.
Trenje u atmosferi je sila koja daje negativno ubrzanje postojećem kretanju zraka, usporava kretanje i mijenja njegov smjer. Sila trenja je najveća u blizini površine zemlje, s visinom se smanjuje i na nivou od 1000 m postaje neznatna u odnosu na druge sile. Visina na kojoj sila trenja praktički nestaje (u prosjeku 1000 m) naziva se nivo trenja; donji sloj troposfere do nivoa trenja naziva se sloj trenja ili planetarni granični sloj.
Zbog trenja, brzina vjetra opada toliko da je na površini zemlje (u visini vjetrokaz) iznad kopna upola manja od brzine geostrofičkog vjetra izračunate za isti gradijent pritiska.
Uniforma pravolinijsko kretanje vazduh u prisustvu trenja naziva se geotriptički vetar. Utjecaj sila trenja dovodi do toga da brzina geotriptičnog vjetra nije usmjerena duž izobara, već ih prelazi, odstupajući od gradijenta udesno (na sjevernoj hemisferi) i ulijevo (na južnoj hemisferi) , ali čineći određeni ugao manji od pravog ugla s njim. U ovom slučaju, brzina vjetra se može razložiti na dvije komponente - duž izobare i duž gradijenta. Kao rezultat toga, u sloju trenja u ciklonu, vjetar će puhati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, teći od periferije prema centru (na sjevernoj hemisferi) i u smjeru kazaljke na satu također od periferije prema centru (na južnoj hemisferi). U anticikloni sjeverne hemisfere vjetar će puhati u smjeru kazaljke na satu, noseći zrak iz unutrašnjosti anticiklone prema periferiji, a u anticikloni južne hemisfere - u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od centra anticiklone prema periferiji.
Zapažanja potvrđuju da vjetar na zemljinoj površini (sa izuzetkom geografskih širina blizu ekvatora) odstupa od gradijenta tlaka za određeni ugao manji od pravog ugla (na sjevernoj hemisferi desno, na južnoj hemisferi lijevo ). Ovo dovodi do sljedeće situacije: ako stojite leđima okrenuti vjetru i licem u smjeru vjetra, tada će najmanji pritisak biti lijevo i nešto naprijed, a najveći pritisak će biti desno i nešto iza. Ova pozicija je pronađena empirijski i naziva se zakon pritiska vjetra ili Bays-Balloov zakon.

Zoniranje u distribuciji pritiska i vjetra

Tabela 2. Prosječne geografske vrijednosti površinskog pritiska u hPa.

Na obje strane ekvatora postoji područje niskog tlaka. U ovoj zoni u januaru između 15 0 S geografske širine. i 25 0 S, au julu između 35 0 S. w. i 5 0 S pritisak ispod 1013 hPa. U ovom slučaju, paralela sa najnižim pritiskom javlja se u januaru na 5-10 0 S, au julu - na 15 0 N. Ovo je zona ekvatorijalne depresije koja se proteže više do ljetne hemisfere.
U pravcu visokih geografskih širina iz ove zone, pritisak na svakoj hemisferi raste, i maksimalna vrijednost pritisak se primećuje u januaru na 30-32 0 severne i južne geografske širine, au julu - na 33-37 0 n. w. i 26-30 0 S. To su dvije suptropske zone visok krvni pritisak, koji se od januara do jula blago pomjera prema sjeveru, a od jula do januara - prema jugu. Prosječne vrijednosti tlaka u ovoj zoni su 1018-1019 hPa.
Od suptropskih do još viših geografskih širina, pritisak opada. Ispod 70-75 0 N. a ispod 60-65 0 S. minimalni pritisak uočen u dve subpolarne zone nizak pritisak, a još dalje prema polovima pritisak ponovo raste. Prosječni godišnji pritisci na nivou mora na visokim geografskim širinama su 1012 hPa na sjevernoj hemisferi i 989 hPa na južnoj hemisferi. Na polovima pritisak ponovo raste i blizu je 1014 hPa sjeverni pol i 991 hPa u blizini južnog. Prikazani podaci o položaju širinskih zona niskog i visokog pritiska ukazuju na razlike u njihovom položaju između hemisfera. Tako se zimi i ljeti osa suptropske zone visokog pritiska na južnoj hemisferi nalazi 5 0 bliže ekvatoru nego na sjevernoj hemisferi. S tim u vezi, osa ekvatorijalnog korita nalazi se na sjevernoj hemisferi veći dio godine, u prosjeku godinu dana na geografskoj širini od oko 5 0. Iz suptropske zone visokog pritiska, pad pritiska u polarnom koritu se brže dešava na južnoj hemisferi nego na severnoj, a prema vrednostima prosečne geografske širine površinskog pritiska, južno polarno korito je izraženije od severnog. jedan. Zahvaljujući sezonska promjena Priliv sunčevog zračenja uzrokuje pomicanje zona planetarnog pritiska na pol ljeti odgovarajuće hemisfere i na ekvator zimi. Ljeti na sjevernoj hemisferi, ekvatorijalni korito se pomiče na sjever, a zimi se vraća na jug. Godišnji pomak njegove horizontalne ose je 20 0, sezonski pomak suptropskih zona visokog pritiska je relativno mali. Općenito je prihvaćeno da se od zime do ljeta njihove horizontalne ose pomiču za 5 0 geografske širine.
Pokušaji da se kvantitativno objasne geografski odnos širinskih zona povišenih i nizak krvni pritisak rađeno već duže vrijeme, ali još uvijek nema zadovoljavajućeg odgovora. Stoga, u modernim empirijskim modelima opće atmosferske cirkulacije geografski položaj zone različit pritisak se prihvata kao dato. Formiranje zona visokog pritiska u suptropima i zona niskog pritiska u subpolarnim geografskim širinama objašnjava se posebnostima ciklonske aktivnosti. Dakle, anticikloni koji nastaju u umjerena zona sa opštim zapadnim transportom, tokom svog kretanja prelaze na niže geografske širine i tamo se intenziviraju, stvarajući zonu visokog pritiska. Cikloni, naprotiv, kada se kreću u istim srednjim geografskim širinama, prelaze na više geografske širine, formirajući subpolarnu zonu niskog pritiska. Ovo razdvajanje ciklona i anticiklona zavisi od promene sile skretanja Zemljine rotacije (Coriolisove sile) sa geografskom širinom.

Zonska distribucija pritiska i vazdušnog transporta u blizini zemljine površine iu donjoj troposferi (dijagram). Desno je smjer gradijenata tlaka duž meridijana u odgovarajućim zonama.

Smjer prijenosa zračne mase do nižim slojevima Troposfera je povezana sa zonskom distribucijom zona visokog i niskog pritiska.Uz periferiju suptropskog pojasa prema polu u srednjim geografskim širinama stvara se zapadni transport koji se proteže do ose subpolarne zone, tj. do 60-650 s. w. i S. Zapadni transport je najizraženiji preko okeana na južnoj hemisferi. Preko kontinenata učestalost zapadnih vjetrova je rjeđa.
Duž periferije suptropske zone visokog pritiska okrenute prema ekvatoru, tj. u tropima, gradijent pritiska na zemljinoj površini je usmjeren prema ekvatoru i ovdje dominira istočni transport koji pokriva čitavu tropska zona. To su takozvani pasati - stabilni istočni tropski vjetrovi.
U polarnom području, gradijent pritiska je usmjeren od pola do subpolarnih širina, što stvara istočni zračni transport. Najočiglednija prevlast istočni vjetrovi izraženo na Antarktiku, gdje postoje područja sa stalnim istočnim vjetrovima.