Détermination de la direction et de la vitesse du vent. Qu'est-ce qui détermine la force du vent ? Comment indiquer correctement la direction du vent

(S.V. Repolovsky)

Le vent est le mouvement de l'air par rapport à la surface de la Terre, c'est-à-dire la composante horizontale de ce mouvement. Le vent est caractérisé par un vecteur vitesse, mais en pratique, la vitesse désigne uniquement la valeur numérique de la vitesse ; la direction du vecteur vitesse est appelée direction du vent. La vitesse du vent est exprimée en mètres par seconde, en kilomètres par heure et en nœuds (miles marins par heure). Pour convertir la vitesse de mètres par seconde en nœuds, multipliez simplement le nombre de mètres par seconde par 2.

Il existe une autre évaluation de la vitesse ou, comme on dit dans ce cas, de la force du vent en points, l'échelle de Beaufort, selon laquelle toute la gamme des vitesses de vent possibles est divisée en 12 gradations. Cette échelle relie la force du vent à divers effets produit par le vent différentes vitesses, comme le degré de rugosité de la mer, le balancement des branches d'arbres, la propagation de la fumée des cheminées. Chaque gradation de vitesse du vent porte un nom spécifique (voir tableau des caractéristiques du vent sur l'échelle de Beaufort).

Tableau 1. Caractéristiques de la vitesse du vent sur l'échelle de Beaufort

Pour une évaluation plus complète des produits fabriqués vents forts destruction de l'Amérique service national L'échelle météorologique de Beaufort a été complétée :

12,1 points, vitesse du vent 35 - 42 m/s. Vents forts. Dommages importants aux bâtiments en bois clair. Certains poteaux télégraphiques tombent.

12.2. 42-49 m/s. Jusqu'à 50 % des bâtiments en bois léger sont détruits et dans d'autres bâtiments, les portes, les toits et les fenêtres sont endommagés. L'onde de tempête est de 1,6 à 2,4 m plus haute niveau normal mers.

12.3. 49-58 m/s. Destruction complète des phares. Dans les bâtiments durables, les dégâts sont importants. L'onde de tempête se situe entre 1,5 et 3,5 m au-dessus du niveau normal de la mer. Graves inondations, dégâts des eaux sur les bâtiments.

12.4. 58-70 m/s. Aubaine totale d'arbres. Destruction complète des poumons et graves dommages aux bâtiments durables. L'onde de tempête se situe entre 3,5 et 5,5 m au-dessus du niveau normal de la mer. Forte abrasion des berges. Graves dégâts des eaux aux étages inférieurs des immeubles.

12.5. plus de 70 m/s. De nombreux bâtiments solides sont détruits par le vent, à une vitesse de 80 à 100 m/s - également des bâtiments en pierre, à une vitesse de 110 m/s - presque tout. Onde de tempête supérieure à 5,5 m. Intenses dégâts causés par les inondations.

La vitesse du vent dans les stations météorologiques est mesurée à l'aide d'anémomètres ; si l'appareil s'auto-enregistre, on l'appelle alors anémographe. L'anemormbographe détermine non seulement la vitesse, mais aussi la direction du vent en mode d'enregistrement continu. Les instruments de mesure de la vitesse du vent sont installés à une hauteur de 10 à 15 m au-dessus de la surface et le vent qu'ils mesurent est appelé vent à la surface de la Terre.

La direction du vent est déterminée en nommant le point de l'horizon d'où souffle le vent ou l'angle formé par la direction du vent avec le méridien de l'endroit d'où souffle le vent, c'est-à-dire son azimut. Dans le premier cas, il y a 8 directions principales de l'horizon : nord, nord-est, est, sud-est, sud, sud-ouest, ouest, nord-ouest et 8 directions intermédiaires.
Les 8 directions principales portent les abréviations suivantes (russe et internationale) : S-N, Yu-S, W-W, E-E, NW-NW, NE-NE, SW-SW, SE-SE.

Si la direction du vent est caractérisée par un angle, alors le compte à rebours s'effectue du nord dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans ce cas, le nord correspondra à 0 0 (360), le nord-est - 45 0, l'est - 90 0, le sud - 180 0, l'ouest - 270 0.
Lors du traitement climatologique des observations de vent, un diagramme est construit pour chaque point, représentant la répartition de la fréquence des directions du vent le long des relèvements principaux - une « rose des vents ».
A partir de l'origine des coordonnées polaires, la direction est tracée le long des relèvements de l'horizon en segments dont les longueurs sont proportionnelles à la fréquence des vents dans une direction donnée. Les extrémités des segments sont reliées par une ligne brisée. La fréquence des calmes est indiquée par le chiffre au centre du diagramme. Lors de la construction d'une rose des vents, vous pouvez également prendre en compte la vitesse moyenne du vent dans chaque direction en multipliant la répétabilité d'une direction donnée par celle-ci, le graphique montrera alors en unités conventionnelles la quantité d'air transportée par les vents de chaque direction.

Vent géostrophique. Vent dégradé. Vent géotryptique.

Le vent se produit en raison de la répartition inégale de la pression atmosphérique, c'est-à-dire avec présence de différences de pression horizontales. Une mesure de l'inégalité de la répartition de la pression est le gradient de pression horizontal. L'air a tendance à se déplacer dans la direction de ce gradient, recevant une accélération d'autant plus grande que le gradient de pression est grand. Par conséquent, le gradient de pression horizontal est une force conférant une accélération à l'air, c'est-à-dire provoquant le vent et modifiant sa vitesse. Toutes les autres forces apparaissant lors du mouvement de l'air ne peuvent que ralentir le mouvement de l'air ou le dévier de la direction du gradient. Il a été établi qu'un gradient de 1 hPa pour 100 km crée une accélération de 0,1 cm/s2. Si seulement la force du gradient barique agissait sur l'air, alors le mouvement de l'air sous l'influence de cette force serait uniformément accéléré et, avec une exposition prolongée, l'air recevrait des vitesses élevées et illimitées. Mais en réalité, d’autres forces agissent sur l’air, équilibrant plus ou moins la force du gradient. Il s'agit tout d'abord de la force de Coriolis ou force de déviation de la rotation de la Terre. L'accélération de rotation ou accélération de Coriolis sur Terre a la magnitude

A=2wVsin y, (25)
Où:
w est la vitesse angulaire de rotation de la Terre,
V - vitesse du vent,
y - latitude géographique.

Dans ce cas, nous entendons uniquement la composante horizontale de l’accélération de rotation. D'après la formule, il est clair que l'accélération a valeur la plus élevée au pôle et devient nul à l'équateur. La valeur de la force de Coriolis pour le vent est du même ordre de grandeur que l'accélération créée par le gradient de pression. Par conséquent, la force de déviation de la rotation de la Terre pendant le mouvement de l'air peut équilibrer la force du gradient de pression.
Le vent, qui est affecté uniquement par la force du gradient de pression et la force de Coriolis, est dit géostrophique. À condition que les forces s’équilibrent, le mouvement du vent est rectiligne et uniforme. La force de Coriolis dans l'hémisphère nord est dirigée perpendiculairement à la vitesse vers la droite, et une force de gradient égale à celle-ci devrait être dirigée perpendiculairement à la vitesse vers la gauche. Ainsi, dans l’hémisphère nord, le vent géostrophique soufflera le long des isobares, laissant une dépression sur la gauche. Dans l’hémisphère sud, le vent géostrophique souffle, laissant la dépression vers la droite alors que la force de Coriolis est dirigée vers la gauche.
DANS conditions réelles le vent géostrophique se produit dans l'atmosphère libre, à des altitudes supérieures à 1 km, lorsque la force de frottement devient si faible qu'elle peut être négligée.
Si le mouvement de l'air se produit sans action de frottement, mais de manière curviligne, cela signifie qu'en plus de la force de gradient et de la force de Coriolis, une force centrifuge apparaît également :

C = V 2 /r, (26)
Où:
V - vitesse,
r est le rayon de courbure de la trajectoire de l'air en mouvement.
La force centrifuge est dirigée le long du rayon de courbure de la trajectoire vers l'extérieur, vers la convexité de la trajectoire. Si le mouvement de l’air est uniforme, alors les trois forces sont équilibrées. Ce cas théorique de mouvement uniforme de l’air le long de trajectoires circulaires sans influence de frottement est appelé vent de gradient. Pour un vent de gradient, deux cas sont possibles : en cyclone et en anticyclone. Dans un cyclone, c'est-à-dire dans un système sous pression avec la pression la plus basse au centre, la force centrifuge est toujours dirigée vers l'extérieur, contre la force de gradient. En règle générale, la force centrifuge réelle conditions atmosphériques moins de force gradient, par conséquent, pour équilibrer les forces agissantes, il est nécessaire que la force de Coriolis soit dirigée de la même manière que la force centrifuge, et ensemble elles équilibreraient la force de gradient. La vitesse du vent devrait s'écarter à angle droit de la force de Coriolis, vers la gauche dans l'hémisphère nord. Le vent doit souffler le long des isobares circulaires du cyclone dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, s'écartant du gradient de pression vers la droite.
Dans un anticyclone, la force centrifuge est dirigée vers l'extérieur, vers la convexité des isobares, c'est-à-dire la même chose avec la force du gradient. La force de Coriolis doit être dirigée à l'intérieur de l'anticyclone afin d'équilibrer deux forces également dirigées : la gradient et la centrifuge. La vitesse du vent doit être dirigée de manière à ce que le vent souffle dans le sens des aiguilles d'une montre le long des isobares circulaires de l'anticyclone. Mais les considérations ci-dessus ne s’appliquent qu’à l’hémisphère nord. DANS hémisphère sud, là où la force de Coriolis est dirigée vers la gauche de la vitesse, le vent de gradient s'écartera du gradient vers la gauche. Par conséquent, pour l'hémisphère sud, le mouvement de l'air le long des isobares dans un cyclone se fait dans le sens des aiguilles d'une montre et dans un anticyclone, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le vent réel est proche du vent de gradient dans les cyclones et les anticyclones uniquement dans une atmosphère libre, où il n'y a aucune influence de frottement.
La friction dans l'atmosphère est une force qui confère une accélération négative au mouvement de l'air existant ; elle ralentit le mouvement et change sa direction. La force de frottement est plus grande près de la surface terrestre, elle diminue avec l'altitude et au niveau de 1000 m elle devient insignifiante par rapport aux autres forces. La hauteur à laquelle la force de frottement disparaît pratiquement (en moyenne 1 000 m) est appelée niveau de frottement ; la couche inférieure de la troposphère jusqu'au niveau de frottement est appelée couche de frottement, ou couche limite planétaire.
En raison du frottement, la vitesse du vent diminue tellement qu'à la surface de la Terre (à la hauteur de la girouette) au-dessus de la terre, elle est la moitié de la vitesse du vent géostrophique calculée pour le même gradient de pression.
Uniforme mouvement rectiligne l'air en présence de friction est appelé vent géotryptique. L'influence des forces de frottement conduit au fait que la vitesse du vent géotryptique n'est pas dirigée le long des isobares, mais les traverse en s'écartant du gradient vers la droite (dans l'hémisphère nord) et vers la gauche (dans l'hémisphère sud) , mais en faisant avec lui un certain angle inférieur à un angle droit. Dans ce cas, la vitesse du vent peut être décomposée en deux composantes : le long de l'isobare et le long du gradient. En conséquence, dans la couche de friction d'un cyclone, le vent soufflera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, circulant de la périphérie vers le centre (dans l'hémisphère nord) et dans le sens des aiguilles d'une montre également de la périphérie vers le centre (dans l'hémisphère sud). Dans l'anticyclone de l'hémisphère nord, le vent soufflera dans le sens des aiguilles d'une montre, transportant l'air de l'intérieur de l'anticyclone vers la périphérie, et dans l'anticyclone de l'hémisphère sud - dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, du centre de l'anticyclone vers la périphérie.
Les observations confirment que le vent à la surface de la Terre (à l'exception des latitudes proches de l'équateur) s'écarte du gradient de pression d'un certain angle inférieur à l'angle droit (dans l'hémisphère nord à droite, dans l'hémisphère sud à gauche ). Cela conduit à la situation suivante : si vous vous tenez dos au vent et face dans la direction où souffle le vent, alors la pression la plus basse sera à gauche et légèrement en avant, et la pression la plus élevée sera à droite. et un peu en retard. Cette position a été trouvée empiriquement et est appelée loi de pression du vent ou loi de Bays-Ballo.

Zonage dans la répartition de la pression et du vent

Tableau 2. Valeurs latitudinales moyennes de la pression superficielle en hPa.

Il existe une zone de basse pression des deux côtés de l'équateur. Dans cette zone en janvier entre 15 0 N de latitude. et 25 0 S, et en juillet entre 35 0 N. w. et 5 0 S pression inférieure à 1013 hPa. Dans ce cas, le parallèle avec la pression la plus basse se produit en janvier à 5-10 0 S et en juillet à 15 0 N. Il s'agit d'une zone de dépression équatoriale, s'étendant davantage jusqu'à l'hémisphère d'été.
En direction des hautes latitudes à partir de cette zone, la pression dans chaque hémisphère augmente, et valeur maximum la pression est observée en janvier à 30-32 0 latitudes nord et sud, et en juillet - à 33-37 0 n. w. et 26-30 0 S. Ce sont deux zones subtropicales hypertension artérielle, qui de janvier à juillet se déplacent légèrement vers le nord, et de juillet à janvier - vers le sud. Les valeurs de pression moyennes dans cette zone sont de 1018-1019 hPa.
Des régions subtropicales aux latitudes encore plus élevées, la pression chute. En dessous de 70-75 0 N. et en dessous de 60-65 0 S. pression minimale observée dans deux zones subpolaires basse pression, et encore plus vers les pôles la pression augmente à nouveau. Les pressions annuelles moyennes au niveau de la mer aux hautes latitudes sont de 1 012 hPa dans l’hémisphère nord et de 989 hPa dans l’hémisphère sud. Aux pôles la pression augmente à nouveau et atteint 1014 hPa près de pôle Nord et 991 hPa près de celui du sud. Les données présentées sur la position des zones latitudinales de basse et haute pression indiquent des différences dans leur position entre les hémisphères. Ainsi, en hiver comme en été, l'axe de la zone anticyclonique subtropicale dans l'hémisphère sud est situé 5 0 plus près de l'équateur que dans l'hémisphère nord. À cet égard, l'axe du creux équatorial est situé dans l'hémisphère nord pendant la majeure partie de l'année, en moyenne pendant un an à une latitude d'environ 5 0. À partir de la zone subtropicale de haute pression, la diminution de la pression dans le creux polaire se produit plus rapidement dans l'hémisphère sud que dans l'hémisphère nord, et selon les valeurs moyennes de latitude de la pression de surface, le creux polaire sud est plus prononcé que celui du nord. un. En raison de changement saisonnier L'afflux de rayonnement solaire provoque un déplacement des zones de pression planétaire vers le pôle en été de l'hémisphère correspondant et vers l'équateur en hiver. En été dans l'hémisphère nord, le creux équatorial se déplace vers le nord et en hiver, il retourne vers le sud. Le déplacement annuel de son axe horizontal est de 20 0, le déplacement saisonnier des zones subtropicales de haute pression est relativement faible. Il est généralement admis que de l'hiver à l'été, leurs axes horizontaux se déplacent de 5° de latitude.
Les tentatives d'explication quantitative de la relation géographique entre les zones latitudinales élevées et Pression artérielle faible ont été faites depuis longtemps, mais il n'y a pas encore de réponse satisfaisante. Par conséquent, dans les modèles empiriques modernes de la circulation atmosphérique générale position géographique zones pression différente est accepté comme donné. La formation de zones de haute pression dans les régions subtropicales et de zones de basse pression dans les latitudes subpolaires s'explique par les particularités de l'activité cyclonique. Ainsi, les anticyclones qui apparaissent dans zone tempérée avec un transport général vers l'ouest, au cours de leur mouvement, ils se déplacent vers des latitudes plus basses et s'y intensifient, créant une zone de haute pression. Les cyclones, au contraire, lorsqu'ils se déplacent dans les mêmes latitudes moyennes, se déplacent vers des latitudes plus élevées, formant une zone de basse pression subpolaire. Cette séparation des cyclones et des anticyclones dépend de l'évolution de la force de déviation de la rotation terrestre (force de Coriolis) avec la latitude.

Répartition zonale de la pression et du transport aérien près de la surface terrestre et dans la basse troposphère (schéma). A droite se trouve la direction des gradients de pression le long du méridien dans les zones correspondantes.

Direction du transfert de la masse d'air vers couches inférieures La troposphère est associée à la répartition zonale des zones de hautes et basses pressions. Le long de la périphérie polaire de la zone subtropicale aux latitudes moyennes, un transport vers l'ouest se crée ; il s'étend jusqu'à l'axe de la zone subpolaire, c'est-à-dire jusqu'à 60-650 s. w. et S. Le transport vers l’ouest est plus prononcé sur les océans de l’hémisphère sud. Sur les continents, la fréquence des vents d’ouest est moins fréquente.
Le long de la périphérie de la zone anticyclonique subtropicale face à l’équateur, c’est-à-dire sous les tropiques, le gradient de pression à la surface de la Terre est dirigé vers l'équateur et le transport oriental domine ici, couvrant l'ensemble de la surface terrestre. zone tropicale. Ce sont ce qu'on appelle les alizés - des vents tropicaux stables d'est.
Dans la région polaire, le gradient de pression est dirigé du pôle vers les latitudes subpolaires, ce qui crée un transport aérien vers l’est. La prédominance la plus évidente vents d'est exprimé en Antarctique, où se trouvent des zones avec des vents constants d'est.