Rüzgar yönü ve hızının belirlenmesi. Rüzgarın gücünü ne belirler? Rüzgarın yönü nasıl doğru şekilde belirtilir?

(S.V. Repolovsky)

Rüzgar, havanın dünya yüzeyine göre hareketidir, yani bu hareketin yatay bileşenidir. Rüzgar bir hız vektörü ile karakterize edilir, ancak pratikte hız yalnızca hızın sayısal değeri anlamına gelir; hız vektörünün yönüne rüzgarın yönü denir. Rüzgar hızı saniyede metre, saatte kilometre ve knot (saatte deniz mili) cinsinden ifade edilir. Hızı saniyede metreden knot'a dönüştürmek için saniyedeki metre sayısını 2 ile çarpmanız yeterlidir.

Hızın başka bir değerlendirmesi veya bu durumda dedikleri gibi, rüzgarın noktalardaki gücü, olası rüzgar hızlarının tüm aralığının 12 dereceye bölündüğü Beaufort ölçeği var. Bu ölçek rüzgar gücünü aşağıdakilerle ilişkilendirir: çeşitli efektler rüzgarın ürettiği farklı hızlar denizdeki engebelerin derecesi, ağaç dallarının sallanması, bacalardan dumanın yayılması gibi. Her rüzgar hızı derecesinin özel bir adı vardır (Beaufort ölçeğine göre rüzgar özelliklerini içeren tabloya bakın).

Tablo 1. Beaufort ölçeğine göre rüzgar hızının özellikleri

Üretilen ürünlerin daha kapsamlı bir değerlendirmesi için Güçlü rüzgarlar Amerika'nın yok edilmesi Ulusal hizmet Beaufort hava durumu ölçeği eklendi:

12,1 puan, rüzgar hızı 35 - 42 m/s. Güçlü rüzgarlar. Hafif ahşap binalarda ciddi hasar. Bazı telgraf direkleri yıkılıyor.

12.2. 42-49 m/sn. Hafif ahşap binaların %50'ye varan kısmı yıkılırken, diğer binalarda kapı, çatı ve pencerelerde hasar meydana geliyor. Fırtına su dalgası 1,6-2,4 m daha yüksek normal seviye denizler.

12.3. 49-58 m/sn. Deniz fenerlerinin tamamen yok edilmesi. Dayanıklı binalarda büyük hasarlar meydana gelir. Fırtına dalgası normal deniz seviyesinden 1,5-3,5 m yüksekliktedir. Ciddi su baskını, binalarda su hasarı.

12.4. 58-70 m/sn. Ağaçların tamamen düşmesi. Akciğerlerin tamamen tahrip olması ve dayanıklı binaların ciddi şekilde hasar görmesi. Fırtına dalgası normal deniz seviyesinden 3,5-5,5 m yüksekliktedir. Bankaların şiddetli aşınması. Binaların alt katlarında ciddi su hasarı oluştu.

12.5. 70 m/s'den fazla. Pek çok güçlü bina, 80-100 m/s hızındaki rüzgar nedeniyle, taş yapılar da 110 m/s hızıyla, hemen hemen her şeyle yıkılır. 5,5 m'nin üzerinde fırtına dalgası Yoğun sel hasarı.

Meteoroloji istasyonlarındaki rüzgar hızı anemometrelerle ölçülür; cihaz kendi kendini kaydediyorsa buna anemograf denir. Anemormbograf, sürekli kayıt modunda rüzgarın yalnızca hızını değil aynı zamanda yönünü de belirler. Rüzgar hızını ölçmek için kullanılan aletler yüzeyden 10-15 m yüksekliğe monte edilir ve bunlar tarafından ölçülen rüzgara dünya yüzeyinde rüzgar denir.

Rüzgârın yönü, ufukta rüzgârın estiği noktanın veya rüzgârın estiği yerin meridyeni ile rüzgârın yönünün oluşturduğu açının, yani rüzgârın estiği yerin meridyeni olarak adlandırılmasıyla belirlenir. onun azimutu. İlk durumda, ufkun 8 ana yönü vardır: kuzey, kuzeydoğu, doğu, güneydoğu, güney, güneybatı, batı, kuzeybatı ve 8 ara yön.
8 ana yön şu kısaltmalara sahiptir (Rusça ve uluslararası): S-N, Yu-S, W-W, E-E, NW-NW, NE-NE, SW-SW, SE-SE.

Rüzgar yönü bir açıyla karakterize ediliyorsa geri sayım kuzeyden saat yönünde yapılır. Bu durumda kuzey, 0 0 (360), kuzeydoğu - 45 0, doğu - 90 0, güney - 180 0, batı - 270 0'a karşılık gelecektir.
Rüzgar gözlemlerini klimatolojik olarak işlerken, her nokta için rüzgar yönlerinin sıklığının ana yataklar boyunca dağılımını temsil eden bir diyagram oluşturulur - bir "rüzgar gülü".
Kutupsal koordinatların başlangıcından itibaren yön, uzunlukları belirli bir yöndeki rüzgarların frekansıyla orantılı olan bölümler halinde ufkun yönleri boyunca çizilir. Segmentlerin uçları kesikli bir çizgiyle birbirine bağlanır. Sakinleşmelerin sıklığı diyagramın ortasındaki sayıyla gösterilir. Bir rüzgar gülü inşa ederken, belirli bir yönün tekrarlanabilirliğini bununla çarparak her yöndeki ortalama rüzgar hızını da hesaba katabilirsiniz; daha sonra grafik, her yöndeki rüzgarların taşıdığı hava miktarını geleneksel birimlerle gösterecektir.

Jeostrofik rüzgar. Gradyan rüzgarı. Jeotriptik rüzgar.

Rüzgar, atmosferik basıncın eşit olmayan dağılımı nedeniyle ortaya çıkar; yatay basınç farklılıklarının varlığı ile. Basınç dağılımındaki eşitsizliğin bir ölçüsü yatay basınç gradyanıdır. Hava bu gradyan yönünde hareket etme eğilimindedir ve basınç gradyanı ne kadar büyük olursa ivme kazanır. Sonuç olarak, yatay basınç gradyanı havaya ivme kazandıran bir kuvvettir; rüzgara neden oluyor ve hızını değiştiriyor. Hava hareketi sırasında ortaya çıkan diğer tüm kuvvetler yalnızca havanın hareketini yavaşlatabilir veya onu eğim yönünden saptırabilir. 100 km'de 1 hPa'lık bir eğimin 0,1 cm/s2'lik bir ivme oluşturduğu tespit edilmiştir. Yalnızca barik gradyanın kuvveti havaya etki etmiş olsaydı, bu kuvvetin etkisi altındaki havanın hareketi eşit şekilde hızlanacak ve uzun süreli maruz kalma durumunda hava büyük, sınırsız hızlar alacaktır. Ancak gerçekte, havaya etki eden başka kuvvetler de eğimin kuvvetini az çok dengeler. Bu, her şeyden önce Coriolis kuvveti veya Dünya'nın dönüşünün saptırıcı kuvvetidir. Dünyadaki dönme ivmesi veya Coriolis ivmesi şu büyüklüktedir:

A=2wVsin y, (25)
Nerede:
w, Dünya'nın dönüşünün açısal hızıdır,
V - rüzgar hızı,
y - coğrafi enlem.

Bu durumda dönme ivmesinin yalnızca yatay bileşenini kastediyoruz. Formülden ivmenin olduğu açıkça görülüyor en yüksek değer kutupta ve ekvatorda sıfır olur. Rüzgar için Coriolis kuvvetinin değeri, basınç gradyanının yarattığı ivmeyle aynı büyüklüktedir. Bu nedenle, hava hareketi sırasında Dünyanın dönüşünün saptırıcı kuvveti, basınç gradyanının kuvvetini dengeleyebilir.
Yalnızca basınç gradyanı kuvveti ve Coriolis kuvvetinden etkilenen rüzgâra jeostrofik denir. Kuvvetler birbirini dengelediği sürece rüzgar hareketi doğrusal ve düzgün olur. Kuzey Yarımküre'deki Coriolis kuvveti sağa doğru hıza dik açıyla yönlendirilir ve buna eşit bir gradyan kuvveti sola doğru hıza dik açıyla yönlendirilmelidir. Bu nedenle kuzey yarımkürede jeostrofik rüzgar izobarlar boyunca esecek ve solda düşük basınç bırakacaktır. Güney Yarımküre'de jeostrofik rüzgar esiyor ve Coriolis kuvveti sola doğru yönlendirilirken sağa doğru alçak basınç bırakıyor.
İÇİNDE gerçek koşullar Jeostrofik rüzgar, serbest atmosferde, 1 km'den daha yüksek rakımlarda, sürtünme kuvveti ihmal edilebilecek kadar küçük olduğunda meydana gelir.
Hava hareketi sürtünme etkisi olmadan, ancak eğrisel olarak meydana gelirse, bu, gradyan kuvveti ve Coriolis kuvvetine ek olarak bir merkezkaç kuvvetinin de ortaya çıktığı anlamına gelir:

C = V2/r, (26)
Nerede:
V - hız,
r, hareketli hava yörüngesinin eğrilik yarıçapıdır.
Merkezkaç kuvveti, yörüngenin eğrilik yarıçapı boyunca dışarıya doğru, yörüngenin dışbükeyliğine doğru yönlendirilir. Hava hareketi düzgünse, bu üç kuvvetin tümü dengelidir. Sürtünme etkisi olmadan dairesel yörüngeler boyunca düzgün hava hareketinin bu teorik durumuna gradyan rüzgarı denir. Gradyan rüzgar için iki durum mümkündür: bir siklonda ve bir antisiklonda. Bir siklonda, yani. Merkezde en düşük basınca sahip bir basınç sisteminde merkezkaç kuvveti, gradyan kuvvetine karşı daima dışarıya doğru yönlendirilir. Kural olarak, gerçekte merkezkaç kuvveti hava şartları daha az güç Bu nedenle, etki eden kuvvetleri dengelemek için Coriolis kuvvetinin merkezkaç kuvvetiyle aynı şekilde yönlendirilmesi gerekir ve bunlar birlikte gradyan kuvvetini dengeler. Rüzgar hızı kuzey yarımkürede Coriolis kuvvetinden sola doğru dik bir açıyla sapmalıdır. Rüzgar, siklonun dairesel izobarları boyunca saat yönünün tersine, basınç gradyanından sağa doğru saparak esmelidir.
Bir antisiklonda merkezkaç kuvveti dışarıya, izobarların dışbükeyliğine doğru yönlendirilir; degradenin gücüyle aynı. Eşit olarak yönlendirilmiş iki kuvveti (gradyan ve merkezkaç kuvveti) dengelemek için Coriolis kuvvetinin antisiklonun içine yönlendirilmesi gerekir. Rüzgar hızı, rüzgar antisiklonun dairesel izobarları boyunca saat yönünde esecek şekilde yönlendirilmelidir. Ancak yukarıdaki hususlar yalnızca kuzey yarımküre için geçerlidir. İÇİNDE Güney Yarımküre Coriolis kuvvetinin hızın soluna yönlendirildiği yerde, gradyan rüzgar gradyandan sola sapacaktır. Bu nedenle, güney yarımkürede, bir siklonda izobarlar boyunca hava hareketi saat yönünde, antisiklonda ise saat yönünün tersinedir. Gerçek rüzgar, siklonlarda ve antisiklonlarda yalnızca sürtünme etkisinin olmadığı serbest atmosferde gradyan rüzgarına yakındır.
Atmosferdeki sürtünme, mevcut hava hareketine negatif ivme kazandıran, hareketi yavaşlatan ve yönünü değiştiren bir kuvvettir. Sürtünme kuvveti yer yüzeyine yakın yerlerde en büyüktür, yükseklikle azalır ve 1000 m'ye gelindiğinde diğer kuvvetlere göre önemsiz hale gelir. Sürtünme kuvvetinin pratik olarak ortadan kaybolduğu yüksekliğe (ortalama 1000 m) sürtünme seviyesi denir; troposferin sürtünme seviyesine kadar olan alt katmanına sürtünme katmanı veya gezegen sınır katmanı denir.
Sürtünme nedeniyle rüzgar hızı o kadar azalır ki, karanın üzerindeki dünya yüzeyinde (rüzgâr gülünün yüksekliğinde), aynı basınç eğimi için hesaplanan jeostrofik rüzgarın hızının yarısı kadar olur.
Üniforma doğrusal hareket Sürtünmenin olduğu havadaki rüzgara jeotriptik rüzgar denir. Sürtünme kuvvetlerinin etkisi, jeotriptik rüzgarın hızının izobarlar boyunca yönlendirilmemesine, ancak eğimden sağa (kuzey yarımkürede) ve sola (güney yarımkürede) saparak onları geçmesine yol açar. , ancak onunla dik açıdan daha küçük bir açı yapmak. Bu durumda rüzgar hızı izobar boyunca ve eğim boyunca iki bileşene ayrılabilir. Sonuç olarak, bir siklondaki sürtünme katmanında rüzgar saat yönünün tersine, çevreden merkeze (kuzey yarımkürede) ve saat yönünde çevreden merkeze (güney yarımkürede) doğru esecektir. Kuzey yarımkürenin antisiklonunda rüzgar saat yönünde esecek, havayı antisiklonun içinden çevreye taşıyacak ve güney yarımkürenin antisiklonunda - antisiklonun merkezinden çevreye saat yönünün tersine.
Gözlemler, dünya yüzeyindeki rüzgarın (ekvatora yakın enlemler hariç) basınç gradyanından dik açıdan daha az bir açıyla (kuzey yarımkürede sağa, güney yarımkürede sola) saptığını doğrulamaktadır. ). Bu şu duruma yol açar: Sırtınız rüzgara dönük ve yüzünüz rüzgarın estiği yöne dönükse, o zaman en düşük basınç solda ve biraz önde, en yüksek basınç ise sağda olacaktır. ve biraz geride. Bu konum ampirik olarak bulunmuştur ve rüzgarın basınç yasası veya Bays-Ballo yasası olarak adlandırılır.

Basınç ve rüzgar dağılımında imar

Tablo 2. hPa cinsinden yüzey basıncının ortalama enlemsel değerleri.

Ekvatorun her iki tarafında da alçak basınç alanı vardır. Bu bölgede Ocak ayında 15 0 N enlemleri arasında yer alır. ve 25 0 G ve Temmuz ayında 35 0 N arasında. w. ve 5 0S basınç 1013 hPa'nın altında. Bu durumda, en düşük basınca paralellik Ocak ayında 5-10 0 S'de ve Temmuz ayında 15 0 N'de meydana gelir. Bu, daha çok yaz yarımküresine uzanan ekvator çöküntü bölgesidir.
Bu bölgeden yüksek enlemlere doğru gidildikçe her yarım küredeki basınç artar ve maksimum değer Ocak ayında 30-32 0 kuzey ve güney enlemlerinde ve Temmuz ayında 33-37 0 n'de basınç gözlenmektedir. w. ve 26-30 0 S. Bunlar iki subtropikal bölge yüksek tansiyon Ocak'tan Temmuz'a kadar hafifçe kuzeye, Temmuz'dan Ocak'a kadar güneye kayar. Bu bölgedeki ortalama basınç değerleri 1018-1019 hPa'dır.
Subtropiklerden daha yüksek enlemlere doğru basınç düşer. 70-75 0 N'nin altında. ve 60-65 0 S'nin altında. iki alt kutup bölgesinde gözlemlenen minimum basınç alçak basınç ve kutuplara doğru gidildikçe basınç yeniden artar. Yüksek enlemlerde yıllık ortalama deniz seviyesi basınçları kuzey yarımkürede 1012 hPa, güney yarımkürede ise 989 hPa'dır. Kutuplarda basınç tekrar artar ve 1014 hPa civarında olur. Kuzey Kutbu ve güneye yakın 991 hPa. Alçak ve yüksek basıncın enlem bölgelerinin konumuna ilişkin sunulan veriler, yarım küreler arasındaki konumlarındaki farklılıkları göstermektedir. Böylece, kış ve yaz aylarında, güney yarımküredeki subtropikal yüksek basınç bölgesinin ekseni, kuzey yarımküreye göre ekvator'a 5 0 daha yakın bulunur. Bu bağlamda, ekvator çukurunun ekseni yılın büyük bir bölümünde kuzey yarımkürede, ortalama olarak bir yıl boyunca yaklaşık 5 0 enleminde yer almaktadır. Yüksek basıncın subtropikal bölgesinden, kutup çukurundaki basınç düşüşü güney yarımkürede kuzeye göre daha hızlı gerçekleşir ve yüzey basıncının ortalama enlem değerlerine göre güney kutup çukuru kuzeyden daha belirgindir. bir. Dolayı mevsim değişikliği Güneş ışınımının akışı, gezegensel basınç bölgelerinin yazın karşılık gelen yarım kürenin kutbuna, kışın ise ekvatora kaymasına neden olur. Kuzey yarımkürede yaz aylarında ekvator çukuru kuzeye doğru hareket eder ve kışın güneye döner. Yatay ekseninin yıllık yer değiştirmesi 20 0'dır, yüksek basınçlı subtropikal bölgelerin mevsimsel yer değiştirmesi nispeten küçüktür. Genel olarak kıştan yaza yatay eksenlerinin 5 0 enlem kadar değiştiği kabul edilir.
Yüksek ve alçak enlem bölgeleri arasındaki coğrafi ilişkiyi niceliksel olarak açıklamaya çalışır. düşük kan basıncı Uzun zamandır yapılıyor ama henüz tatmin edici bir cevap yok. Bu nedenle, genel atmosferik dolaşımın modern ampirik modellerinde coğrafi konum bölgeler farklı basınç verildiği gibi kabul edilir. Subtropiklerde yüksek basınç bölgelerinin ve kutup altı enlemlerde alçak basınç bölgelerinin oluşumu siklonik aktivitenin özellikleriyle açıklanmaktadır. Böylece ortaya çıkan antisiklonlar ılıman bölge Genel bir batı ulaşımıyla, hareketleri sırasında daha düşük enlemlere kayarlar ve orada yoğunlaşarak yüksek basınç bölgesi oluştururlar. Aksine, kasırgalar aynı orta enlemlerde hareket ederken daha yüksek enlemlere kayarak kutup altı bir alçak basınç bölgesi oluşturur. Siklon ve antisiklonların bu ayrımı, Dünya'nın dönüşünün saptırıcı kuvvetinin (Coriolis kuvveti) enlemle değişmesine bağlıdır.

Dünya yüzeyine yakın ve alt troposferde basınç ve hava taşınmasının bölgesel dağılımı (diyagram). Sağda, karşılık gelen bölgelerde meridyen boyunca basınç gradyanlarının yönü bulunmaktadır.

Hava kütlesi transferinin yönü alt katmanlar Troposfer, yüksek ve alçak basınç bölgelerinin bölgesel dağılımı ile ilişkilidir.Orta enlemlerdeki subtropikal bölgenin kutup çevresi boyunca batıya doğru bir taşıma yaratılır; subpolar bölgenin eksenine kadar uzanır, yani. 60-650 saniyeye kadar. w. ve S. Batıya doğru ulaşım en çok güney yarımküredeki okyanuslar üzerinde belirgindir. Kıtalarda batıdan esen rüzgarların sıklığı daha azdır.
Ekvatora bakan subtropikal yüksek basınç bölgesinin çevresi boyunca, yani. tropik bölgelerde, dünya yüzeyindeki basınç gradyanı ekvator'a doğru yönlendirilir ve doğudaki ulaşım burada hakim olup tüm bölgeyi kapsar. tropikal bölge. Bunlar sözde ticaret rüzgarlarıdır - istikrarlı doğu tropik rüzgarları.
Kutup bölgesinde, basınç gradyanı kutuptan alt kutup enlemlerine doğru yönlendirilir ve bu da doğuya doğru hava taşınmasını sağlar. En belirgin üstünlük doğu rüzgarları Sürekli doğu rüzgarlarının olduğu bölgelerin bulunduğu Antarktika'da ifade edilir.