10 апреля 1996 года на острове Барроу в Австралии была зафиксирована самая высокая скорость ветра на Земле. Тогда, во время тропического циклона “Оливия”, ветер разогнался до 408 километров в час. Эту цифру подтвердили ученые из Всемирной метеорологической организации. Как именно они ее вычислили – узнал Криптус.
Обычно метеорологи узнают скорость ветра с помощью чашечного анемометра (другое название - ветромер). Это такой измерительный прибор, на вертикальной оси которого закреплены чашки – полушария, которые вращаются от любого, даже самого легкого, ветра. Чем сильнее ветер, тем быстрее происходит вращение. От оси прибора идет передача к счетчику оборотов. Он и определяет, какая сейчас скорость у ветра - два, три или четыре метра в секунду. Чтобы понять направление, рядом с анемометрами устанавливают флюгеры.
Сейчас каждый человек, который хочет всегда быть в курсе скорости ветра, может купить себе цифровой анемометр. Они недорогие и стоят в пределах 25-35 долларов.
Кстати, до того, как люди научились измерять скорость ветра в метрах в секунду, они пользовались шкалой Бофорта. Этот английский адмирал составил таблицу, в которой характеристики разных ветров сводились к системе баллов – от нуля (полный штиль) до 12 баллов (ураганный ветер, доходящий до скорости 117 км/ч).
Как измерить скорость, силу ветра и дальность видимости.
Определение силы, скорости и направления ветра, дальности видимости, направления и скорости течений крайне важно при планировании и выполнении погружений в открытом море и прибрежной зоне. Бороться с силой природы бессмысленно и порой крайне опасно, поэтому всегда нужно учитывать влияние природных явлений, таких как течение и ветер, при планировани погружений. Приведённая ниже информация поможет Вам оценить силу некоторых явлений природы для того, что бы учесть их при планировании погружений.
Ветер - это перемещение потока воздуха параллельно земной поверхности, возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления, и направленное из зоны высокого давления в зону низкого давления.
Ветер характеризуется скоростью (силой) и направлением. Н аправление определяется сторонами горизонта и измеряется градусами. Скорость ветра измеряется в метрах в секудну и километрах в час. Сила ветра измеряется в баллах.
Шкала бофорта - условная шкала для визуального определения и записи скорости (силы) ветра в баллах. Первоначально она была разработана английским адмиралом Френсисом Бофортом в 1806 г. для определения силы ветра по характеру его проявления на море. С 1874 г. принята для повсеместного (на суше и на море) использования в международной синоптической практике. В последующие годы менялась и уточнялась. За ноль баллов было принято состояние полного штиля на море. Изначально система была тринадцатибальная (0-12). В 1946 г. шкалу увеличили до семнадцати (0-17). Сила ветра в шкале определяется по взаимодействию ветра с различными предметами. В последние годы силу ветра чаще оценивают по скорости, измеряемой в метрах в секунду у земной поверхности, на высоте порядка 10 метров над открытой, ровной поверхностью.
В таблице 1 приведена шкала Бофорта, принятая в 1963 году Всемирной метеорологической организацией. Шкала волнения на море - девятибальная (параметры волнения даны для большой морской акватории, на малых акваториях волнение меньше). Приборов для измерения высоты волны не существует, поэтому и волнение моря в баллах определяется достаточно условно.
Сила ветра в баллах по шкале Бофорта и волнение на море.
Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки. Средняя высота волн до 0,6 м., длина - 6 м.
Волны удлинённые, белые барашки видны во многих местах. Высота волн 1-1,5 м., длина до 15 м.
Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги). Высота волн 1,5-2 м., длина - 30 м.
Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные площади. Образуется водяная пыль. Высота волн - 2-3 м., длина - 50 м.
Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру. Высота волн до 3-5 м., длина - 70 м.
Умеренно высокие, длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра. Высота волн 5-7 м., длина - 100 м.
Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая. Высота волн - 8-11 м., длина - 200 м.
Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая. Высота волн до 16 м., длина до 250 м.
Воздух наполнен пеной и брызгами. Море всё покрыто полосами пены. Очень плохая видимость. Высота волн >16 м., длина - 300 м.
Шкала дальности видимости.
Видимость - это предельное расстояние, на котором днём обнаруживаются предметы, а ночью навигационные огни. Видимость определяется прозрачностью атмосферы, зависит от погодных условий и характеризуется дальностью видимости. Ниже приведена таблица определения дальности видимости в светлое время суток.
Анемометр - прибор, предназначенный для измерения скорости ветра
Прибор для измерения скорости ветра, его силы, а также определения направления его движения в метеорологии называется анемометром. Немногие на сегодняшний день знают, что это такое, ведь прибор так и не получил широкого распространения в отличие, например, от барометра, однако, он все же используется при измерении параметров ветра как на метеорологических станциях, так и в некоторых видах спорта, к примеру, в парусном спорте.
Также он используется в других научных областях для измерения скорости движения газов или воздуха, но наиболее популярным вариантом его использования по-прежнему является эксплуатация в качестве измерителя скорости ветра.
Принцип работы прибора
Принцип работы большинства таких приборов заключается в следующем: какой-либо вращательный элемент прикреплен к измерителю. При дуновении ветра подвижная часть прибора
приходит в действие и параметры воздействия на вращательный элемент передаются на измерительный прибор. Так работают механические анемометры, включающие в себя две разновидности: чашечный и крыльчатый анемометры.
Существуют также тепловой анемометр, основанный на измерении сдвигов температуры нагревательного элемента относительно начального значения под воздействием ветра (чем выше скорость воздушных масс, тем меньше температура нагревательного элемента) и ультразвуковой, основанный на измерении сдвигов в показателях скорости звука относительно направления воздушных масс (если скорость звука падает относительно его скорости в неподвижном воздухе, значит, он движется против ветра, если растет - по ветру).
Виды приборов
Принцип работы заключается в измерении характера воздействия воздушных масс на специальные чашки, закрепленные на вертикальной оси. Когда происходит дуновение ветра, чашки вращаются вокруг оси. Измеритель фиксирует количество оборотов вокруг оси по времени и определяет скорость ветра. Данные передаются на шкалу скорости ветра, иногда используется электронный измеритель.
Принцип его работы заключается в измерении характера воздействия ветра на миниатюрное колесо (крыльчатку), закрепленное на вертикальной оси и огражденное металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. При движении ветра происходит вращение крыльчатки, которое через систему зубчатых колес передается на измеритель. Данный прибор также имеет две разновидности измерителя: ручной и электронный.
Основан на изменении числа Нуссельта, то есть увеличения теплопотерь нагретого тела пропорционально увеличению скорости движения воздушных масс. Данное явление можно наблюдать в жизни - при равной температуре воздуха в ветреную погоду становится холоднее, чем в спокойную. Данный прибор представляет собой
нагретую до температуры, превышающей температуру среды, металлическую проволоку.
В зависимости от текущей скорости, его плотности и влажности ветра проволока выделяет определенное количество энергии, позволяющее поддерживать ту или иную температуру проволоки. Измеритель фиксирует теплопотери и выводит параметры движения ветра на экран. Впрочем, у прибора существует 2 недостатка:
- Низкая прочность теплового элемента, так как он представлен очень тонкой проволокой.
- Погрешность показаний со временем увеличивается из-за загрязнения и окисления проволоки.
Ввиду вышеописанного их применяют, как правило, применяют в аэродинамике для того, чтобы измерять параметры движения воздушных масс, потому как тепловые анемометры, в отличие от механических, обладают безынерционностью, что является необходимым условием для проведения аэродинамических экспериментов.
Принцип действия заключается в характере изменения скорости звука при движении относительно ветра. Так можно измерять не только текущую силу движения ветра, но и направление его движения. Так как скорость звука зависит еще и от температуры воздуха, то данный анемометр снабжен
еще и термометром, по показаниям которого вносятся правки в конечные результаты параметров движения воздушных масс, выдаваемые анемометром.
На сегодняшний день ультразвуковой анемометр является самым высокоточным и современным прибором данной категории. Помимо всего прочего, некоторые электронные анемометры могут измерять также температуру воздуха в момент движения воздушных масс, а также его влажность.
Заключение
В России также производятся многоцелевые приборы этой категории, объединяющие в себе функции различных видов анемометров, такие как измерение температуры воздуха (термоанемометр), его влажность (гирометр), а также вычисление объемного расхода воздуха. Таким анемометром является, к примеру, метеометр МЭС200, дифнамометр ДМЦ01М. Данные приборы применяются при обследовании, ремонте и поверке вентиляции в зданиях.
Все производимые на территории России закрепляются в государственном реестре средств измерения и подлежат обязательной поверке. Потому в России нет анемометров без поверки.
Рассмотрение различных видов приборов под названием анемометр, предназначенных для измерения скорости ветра
Описание анемометров, раскрытие данного понятия, а также рассмотрение различных видов анемометров, в том числе, российских
Ветер - это горизонтальный поток воздуха, который отличается рядом определенных характеристик: силой, направлением и скоростью. Именно для определения скорости ветров ирландский адмирал еще в начале XIX века разработал специальную таблицу. Так называемая шкала Бофорта используется и в наши дни. Что представляет собой шкала? Как правильно нею пользоваться? И что шкала Бофорта не позволяет определить?
Что такое ветер?
Научное определение данного понятия следующее: ветер - это воздушный поток, который движется параллельно земной поверхности из области высокого в область низкого атмосферного давления. Это явление характерно не только для нашей планеты. Так, самые сильные в Солнечной системе ветра дуют на Нептуне и Сатурне. И земные ветра, по сравнению с ними, могут показаться легким и весьма приятным бризом.
Ветер всегда играл немаловажную роль в жизни человека. Он вдохновлял древних писателей на создание мифических сюжетов, легенд и сказок. Именно благодаря ветру у человека появилась возможность преодолевать значительные расстояния по морю (с помощью парусников) и по воздуху (посредством воздушных шаров). Ветер задействован и в «построении» многих земных ландшафтов. Так, он переносит с места на место миллионы песчинок, формируя тем самым уникальные эоловые формы рельефа: дюны, барханы и песчаные гряды.
В то же время, ветра способны не только созидать, но и разрушать. Их градиентные колебания способны спровоцировать потерю контроля над самолетом. Сильный ветер существенно расширяет масштабы лесных пожаров, а на крупных водоемах рождает огромные волны, которые разрушают дома и уносят жизни людей. Вот почему так важно изучать и измерять ветер.
Основные параметры ветра
Принято выделять четыре основных параметра ветра: сила, скорость, направление и продолжительность. Все они измеряются посредством специальных приспособлений. Силу и скорость ветра определяют при помощи так называемого анемометра, направление - с помощью флюгера.
Исходя из параметра продолжительности, метеорологи выделяют шквалы, бризы, штормы, ураганы, тайфуны и прочие типы ветров. Направление ветра определяется по той стороне горизонта, откуда он дует. Для удобства их сокращают следующими латинскими буквами:
- N (северный).
- S (южный).
- W (западный).
- E (восточный).
- C (затишье).
Наконец, скорость ветра измеряется на высоте 10 метров при помощи анемометров или специальных радаров. Причем продолжительность таких измерений в разных странах мира неодинакова. Например, на американских метеорологических станциях учитывается усредненная скорость воздушных потоков за 1 минуту, в Индии - за 3 минуты, а во многих европейских странах - за 10 минут. Классический инструмент представления данных по скорости и силе ветра - это так называемая шкала Бофорта. Как и когда она появилась?
Кто такой Фрэнсис Бофорт?
Фрэнсис Бофорт (1774-1857) - ирландский моряк, военный адмирал и картограф. Он родился в небольшом городке Ан-Уавь в Ирландии. Окончив школу, 12-летний мальчик продолжил свое обучение под предводительством известного профессора Ушера. В этот период он впервые проявил незаурядные способности к изучению «морских наук». В подростковом возрасте он поступил на службу в восточно-индийскую компанию и принял активное участие в съемке Яванского моря.
Следует отметить, что Фрэнсис Бофорт рос довольно смелым и отважным парнем. Так, во время крушения судна в 1789 году юноша проявил огромную самоотверженность. Растеряв всю свою еду и личные вещи, он сумел спасти ценные инструменты команды. В 1794 году Бофорт участвовал в морском сражении против французов и героически буксировал подбитое вражеским огнем судно.
Разработка ветровой шкалы
Фрэнсис Бофорт был на редкость трудолюбив. Каждый день он просыпался в пять часов утра и сразу же принимался за работу. Бофорт был значимым авторитетом среди военных и моряков. Однако всемирную славу он приобрел благодаря своей уникальной разработке. Будучи еще мичманом, любознательный юноша вел ежедневный дневник наблюдений за погодой. Позже все эти наблюдения помогли ему составить специальную шкалу ветров. В 1838 году она была официально утверждена британским адмиралтейством.
В честь знаменитого ученого и картографа названо одно из морей, остров в Антарктике, река и мыс в северной Канаде. А еще Фрэнсис Бофорт прославился тем, что создал полиалфавитный военный шифр, также получивший его имя.
Шкала Бофорта и ее особенности
Шкала представляет собой наиболее раннюю классификацию ветров по их силе и скорости. Она была разработана на основе метеорологических наблюдений в условиях открытого моря. Изначально классическая шкала ветров Бофорта является двенадцатибалльной. Лишь в середине ХХ века она была расширена до 17-ти уровней, чтобы можно было различать ветра ураганной силы.
Сила ветра по шкале Бофорта определяется по двум критериям:
- По его воздействию на различные наземные предметы и объекты.
- По степени волнения открытого моря.
Важно отметить, что шкала Бофорта не позволяет определять продолжительность и направление воздушных потоков. В ней содержится подробная классификация ветров по их силе и скорости.
Шкала Бофорта: таблица для суши
Ниже представлена таблица с подробным описанием воздействия ветра на наземные предметы и объекты. Шкала, разработанная ирландским ученым Ф. Бофортом, состоит из двенадцати уровней (баллов).
Сила ветра (в баллах) | Скорость ветра | Воздействие ветра на предметы |
| 0 | 0-0,2 | Полный штиль. Дым поднимается вверх строго вертикально |
| 1 | 0,3-1,5 | Дым немного отклоняется в сторону, однако флюгеры остаются неподвижными |
| 2 | 1,6-3,3 | Начинает шелестеть листва на деревьях, ветер ощущается кожей лица |
| 3 | 3,4-5,4 | Развеваются полотнища флагов, колышутся листья и мелкие ветки на деревьях |
| 4 | 5,5-7,9 | Ветер поднимает с земли пыль и мелкий мусор |
| 5 | 8,0-10,7 | Ветер можно «пощупать» руками. Колышутся тонкие стволы маленьких деревьев. |
| 6 | 10,8-13,8 | Колышутся крупные ветки, «гудят» провода |
| 7 | 13,9-17,1 | Раскачиваются стволы деревьев |
| 8 | 17,2-20,7 | Ломаются ветки деревьев. Идти против ветра становится весьма трудно |
| 9 | 20,8-24,4 | Ветер разрушает навесы и крыши зданий |
| 10 | 24,5-28,4 | Существенные разрушения, ветер может вырывать деревья из земли |
| 11 | 28,5-32,6 | Большие разрушения на больших площадях |
| 12 | более 32,6 | Огромные повреждения домов и построек. Ветер уничтожает растительность |
Таблица Бофорта по состоянию моря
В океанографии существует такое понятие, как состояние моря. Оно включает в себя высоту, периодичность и силу морских волн. Ниже представлена шкала Бофорта (таблица), которая поможет определить силу и скорость ветра, исходя из этих признаков.
Сила ветра (в баллах) | Скорость ветра | Воздействие ветра на море |
| 0 | 0-1 | Поверхность водного зеркала идеально ровная и гладкая |
| 1 | 1-3 | На поверхности воды появляется мелкое волнение, рябь |
| 2 | 4-6 | Появляются короткие волны до 30 см в высоту |
| 3 | 7-10 | Волны короткие, но отчетливо выраженные, с пеной и «барашками» |
| 4 | 11-16 | Появляются удлиненные волны до 1,5 м в высоту |
| 5 | 17-21 | Волны длинные с повсеместным распространением «барашков» |
| 6 | 22-27 | Образуются крупные волны с брызгами и пенистыми гребнями |
| 7 | 28-33 | Большие волны до 5 м в высоту, пена ложится полосами |
| 8 | 34-40 | Высокие и длинные волны с мощными брызгами (до 7,5 м) |
| 9 | 41-47 | Образуются высокие (до десяти метров) волны, гребни которых опрокидываются и рассыпаются брызгами |
| 10 | 48-55 | Очень высокие волны, которые опрокидываются с сильным грохотом. Вся поверхность моря покрыта белой пеной |
| 11 | 56-63 | Вся водная поверхность покрывается длинными белесыми хлопьями пены. Видимость существенно ограничена |
| 12 | свыше 64 | Ураган. Видимость объектов очень плохая. Воздух перенасыщен брызгами и пеной |
Таким образом, благодаря шкале Бофорта люди могут наблюдать за ветром и оценивать его силу. Это дает возможность составлять максимально точные прогнозы погоды.
Направление ветра научились измерять еще в античные времена. Для этого древние греки на крышах своих домов устанавливали башенки со шпилями и флюгерами на них. Но особенно преуспели в измерении направления и скорости ветра прибалтийские мастера. Их кормило море. И знать, что принесет тебе завтрашний день, был для них актуально как ни для кого.
Обычно флюгер делали в виде фигурки какого-нибудь животного, которая вращалась и показывала стрелкой направление ветра, а вертушка его примерную скорость.
Прибор для измерения скорости ветра.
Прибор для измерения скорости ветра — детский анемометр
Для измерения скорости ветра ещё в XVII в. ученый из Англии Роберт Гук изобрел специальный прибор - анемометр. Его название, состоящее из двух древнегреческих слов: «анемо» - «ветер» и «метр» - «измеряю» само говорило за себя. Вертушка анемометра вращалась, и по количеству ее оборотов вычисляли скорость ветра в данный момент в метрах в секунду. Зная направление и скорость ветра, можно предсказать, как в ближайшем будущем изменится погода.
Шкала для определения скорости, силы и названия ветра (шкала Бофорта)
Различают сглаженную скорость за некоторый небольшой промежуток времени имгновенную , скорость в данный момент времени. Скорость измеряют анемометром, с помощью доски Вильда.
Наибольшая средняя годовая скорость ветра (22 м/сек) наблюдалась на побережье Антарктиды. Средняя суточная скорость, там доходит иногда до 44 м/сек, а в отдельные моменты достигает 90 м/сек.
Скорость ветра имеет суточный ход . Он близок к суточному ходу температуры. Максимальная скорость в приземном слое (100 м – летом, 50 м – зимой) наблюдается в 13-14 часов, минимальная скорость – в ночные часы. В более высоких слоях атмосферы суточный ход скорости обратный. Это объясняется изменением интенсивности вертикального обмена в атмосфере в течение суток. Днем интенсивный вертикальный обмен затрудняет горизонтальное перемещение воздушных масс. Ночью этого препятствия нет и Вм перемещаются по направлению барического градиента.
Скорость ветра зависит от разницы давления и прямо пропорциональна ей: чем больше разность давления (горизонтальный барический градиент), тем больше скорость ветра. Средняя многолетняя скорость ветра у земной поверхности 4-9 м/с, редко более 15 м/с. В штормах и ураганах (умеренных широт) - до 30 м/с, в порывах до 60 м/с. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/с, а в порывах могут достигать 120 м/с.
Приборы, при помощи которых измеряется скорость ветра, называют анемометрами. Большинство анемометров построено по принципу ветряной мельницы. Так, например, анемометр Фусса имеет вверху четыре полушария (чашки), обращенные в одну сторону (рис. 75).
Эта система полушарий вращается около вертикальной оси, причем количество оборотов отмечается счетчиком. Прибор выставляется на ветер, и, когда «мельница из полушарий» приобретает более или менее постоянную скорость, включается счетчик на точно определенное время. По табличке, на которой указано количество оборотов для каждой скорости ветра, и по количеству найденных оборотов определяется скорость. Существуют более сложные приборы, которые имеют приспособление для автоматической записи направления и скорости ветра. Применяются также и простые приборы, по которым одновременно можно определить направление и силу ветра. Примером такого прибора может служить распространенный на всех метеорологических станциях флюгер Вильда.
Направление ветра определяется той стороной горизонта, с которой дует ветер. Для его обозначения применяется восемь основных направлений (румбов): С, СЗ, З, ЮЗ, Ю, ЮВ, В, СВ. Направление зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли.
Роза ветров. Ветры подобно другим явлениям в жизни атмосферы подвержены сильным изменениям. Поэтому и здесь приходится находить средние величины.
Для определения господствующих направлений ветров за тот или другой период времени поступают следующим образом. Проводят из какой-нибудь точки восемь главных направлений, или румбов, и на каждом по определенному масштабу откладывают повторяемость ветров. На полученном изображении, известном под названием розы ветров, ясно видны господствующие ветры (рис. 76).
Сила ветра зависит от его скорости и показывает, какое динамическое давление оказывает воздушный поток на какую-либо поверхность. Сила ветра измеряется в килограммах на квадратный метр (кг/м2).
Структура ветра. Ветер нельзя представить себе однородным воздушным течением, имеющим одинаковое направление и одинаковую скорость во всей своей массе. Наблюдения показывают, что ветер дует порывисто, как бы отдельными толчками, порой стихает, потом снова приобретает прежнюю скорость. При этом направление ветра тоже подвержено изменениям. Наблюдения, производимые в более высоких слоях воздуха, показывают, что порывистость с высотой уменьшается. Замечено также, что в различные времена года и даже в различные часы дня порывистость ветра неодинакова. Наибольшая порывистость наблюдается весной. В течение суток наибольшее ослабление ветра - ночью. Порывистость ветра зависит от характера земной поверхности: чем больше неровностей, тем больше порывистость и наоборот.
Причины ветров. Воздух остаётся в покое до тех пор, пока давление в данном участке атмосферы распределяется более или менее равномерно. Но стоит давлению в каком-либо участке увеличиться или уменьшиться, как воздух потечёт от места большего давления в сторону меньшего. Начавшееся перемещение масс воздуха будет продолжаться до тех пор, пока разность давлений не выравнится и не установится равновесие.
Устойчивого равновесия в атмосфере почти никогда не наблюдается, поэтому и ветры относятся к наиболее часто повторяющимся явлениям в природе.
Причин, нарушающих равновесие атмосферы, очень много. Но одной из первых причин, порождающей разность давлений, является различие температур. Разберём простейший случай.
Перед нами поверхность моря и прибрежная часть суши. Днём поверхность суши нагревается быстрее поверхности моря. Благодаря этому нижний слой воздуха над сушей расширяется больше, чем над морем (рис. 77, I). В результате вверху сейчас же создается воздушное течение от более теплой области к более холодной (рис. 77, II).
Ввиду того, что часть воздуха из теплой области перетекла (вверху) в сторону холодной, давление в пределах холодной области увеличится, а в пределах теплой области уменьшится. В результате возникает воздушное течение теперь уже в нижнем слое атмосферы от холодной области к теплой (в нашем случае от моря к суше) (рис. 77, III).
Подобные воздушные течения обычно возникают на морском побережье или по берегам больших озер и носят название бризов. В приведенном нами примере - бриз дневной. Ночью картина совершенно обратная, ибо поверхность суши, остывая быстрее поверхности моря, становится холоднее. В результате в верхних слоях атмосферы воздух будет течь в сторону суши, а в нижних слоях в сторону моря (ночной бриз).
Подъем воздуха с теплой области и опускание в холодной объединяет верхнее и нижнее течение и создает замкнутую циркуляцию (рис. 78). В этих замкнутых круговоротах вертикальные части пути обыкновенно очень малы, горизонтальные же, наоборот, могут достигать огромных размеров.
Причины различной скорости ветров. Само собой понятно, что скорость ветра должна зависеть от градиента давления (т. е. определяться прежде всего разницей в давлениях на единицу расстояния). Если бы, кроме силы, обусловленной градиентом, никаких других сил на массу воздуха не действовало, то воздух двигался бы равномерно-ускоренно. Однако этого не получается, потому что существует немало причин, которые замедляют движение воздуха. Сюда в первую очередь относится трение.
Различают трение двух видов: 1) трение приземного слоя воздуха о земную поверхность и 2) трение, возникающее внутри самого движущегося воздуха.
Первое находится в прямой зависимости от характера поверхности. Так, например, водная поверхность и равнинная степь создают наименьшее трение. При этих условиях скорость ветра всегда значительно возрастает. Поверхность же, имеющая неровности, создает большие препятствия движущемуся воздуху, что приводит к уменьшению скорости ветра. Особенно сильно понижают скорость ветра городские постройки и лесные насаждения (рис. 79).
Наблюдения, произведенные в лесу, показали, что уже в 50 м от опушки скорость ветра уменьшается до 60-70% первоначальной скорости, в 100 м до 7%, в 200 м до 2-3%.
Трение, которое возникает между соседними слоями движущихся масс воздуха, называют внутренним трением. Внутреннее трение обусловливает передачу движения от одного слоя к другому. Приземный слой воздуха в результате трения о земную поверхность имеет наиболее замедленнее движение. Выше лежащий слой, соприкасаясь с движущимся нижним слоем, также замедляет свое движение, но уже в гораздо меньшей степени. Еще меньшее воздействие испытывает следующий слой и т. д. В результате скорость движения воздуха с высотой постепенно возрастает.
Направление ветров. Если главнейшей причиной ветра является разница в давлениях, то ветер должен дуть из области большего давления в область меньшего давления в направлении, перпендикулярном изобарам. Однако этого не происходит. В действительности (как это установлено наблюдениями) ветер дует главным образом вдоль изобар и только слегка отклоняется в сторону низкого давления. Это происходит вследствие отклоняющего действия вращения Земли. В свое время мы уже говорили, что всякое движущееся тело под влиянием вращения Земли отклоняется от своего первоначального пути в северном полушарии вправо, а в южном влево. Говорили также и о том, что отклоняющаяся сила по направлению от экватора к полюсам возрастает. Совершенно понятно, что движение воздуха, возникшее в силу разности давлений, сразу же начинает испытывать на себе влияние этой отклоняющей силы. Сама по себе эта сила невелика. Но благодаря непрерывности ее действия в конце концов эффект получается очень большой. Если бы не было трения и других влияний, то в результате непрерывно действующего отклонения ветер мог бы описать замкнутую кривую, близкую к окружности. На самом деле благодаря влиянию различных причин подобного отклонения не получается, но тем не менее оно все же весьма значительно. Достаточно указать хотя бы на пассаты, направление которых, при неподвижном состоянии Земли, должно бы совпадать с направлением меридиана. Между тем их направление в северном полушарии северо-восточное, в южном - юго-восточное, а в умеренных широтах, где сила отклонения еще больше, ветер, дующий с юга на север, приобретает западно-юго-западное направление (в северном полушарии).
Главнейшие системы ветров. Ветры, наблюдаемые на земной поверхности, очень разнообразны. В зависимости от причин, порождающих это разнообразие, мы разделим их на три большие группы. К первой группе отнесем ветры, причины которых зависят главным образом от местных условий, ко второй - ветры, обусловленные общей циркуляцией атмосферы, и к третьей - ветры циклонов и антициклонов. Начнем наше рассмотрение с наиболее простых ветров, причины которых зависят преимущественно от местных условий. Сюда мы относим бризы, различные горные, долинные, степные и пустынные ветры, а также и муссонные ветры, которые уже зависят не только от местных причин, но и от общей циркуляции атмосферы.
Ветры чрезвычайно разнообразны по происхождению, характеру и значению. Так, в умеренных широтах, где господствует западный перенос, преобладают ветры западных направлений (СЗ, З, ЮЗ). Эти области занимают обширные пространства - примерно от 30 до 60° в каждом полушарии. В полярных областях ветры дуют от полюсов к зонам пониженного давления умеренных широт. В этих областях преобладают северо-восточные ветры в Арктике и юго-восточные в Антарктике. При этом юго-восточные ветры Антарктики, в отличие от Арктических, более устойчивые и имеют большие скорости.
Скорость перемещения воздушных потоков успешнее всего можно измерить, используя ветромер (анемометр ). Широкое распространение получил чашечный анемометр — измерительный прибор, на вертикальной оси которого крестообразно укреплены чашки — полушария, которые вращаются от любого, даже легкого, ветерка, и чем он сильнее, тем быстрее происходит вращение. От оси прибора идет передача к счетчику оборотов.
Наиболее известным ветромером является чашечный анемометр.
Чем больше скорость ветра, тем быстрее он вращает чашки.
Рядом с ветромерами обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность для автомобилей, устанавливаются ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон.
На аэродромах и возле мостов направление и силу ветра издали показывают
ветроуказатели - открытые с обоих концов большие полотняные полосатые конусы.
Прежде чем люди научились измерять скорость ветра в м/сек или км/ч, они пользовались для этой цели шкалой Бофорта - английского адмирала, который составил таблицу, описавшую и охарактеризовавшую разные ветры, сведенные в систему баллов от 0 (полный штиль) до 12 баллов (самый сильный ураганный ветер, доходящий до скорости 117 км/ч). Однако при смерчах и тропических циклонах скорость его бывает еще больше.
Флюгер
Для опыта нужны:
Длинный гвоздь
- деревянный шест
- деревянные бусинки
- фанера
- молоток
- линейка
- сапожный нож
- клей для дерева
- компас
1. Вырежи из фанеры детали, изображенные на чертеже внизу. Ширина прорезей должна быть равна толщине фанеры.
2. Собери флюгер, как показано на рисунке. Детали скрепи между собой клеем.
3. Уравновесь флюгер на шляпке гвоздя, чтобы найти его центр. Вбей в этом месте гвоздь, нанизав на него по бусине по обе стороны от флюгера, как показано на рисунке. Флюгер нужно укрепить на шесте так, чтобы он мог свободно вращаться.
4. С помощью флюгера определи направление ветра. Его нос указывает направление, откуда дует ветер. Ветер с юга называется южным ветром.
Анемометр
Для опыта нужны:
Чайная ложка
- отвертка
- проволока
- большой винт
- лист фанеры размером примерно 20x25 см
- несмываемый фломастер
- линейка
- гвозди или шурупы
1. Вверни винт в левый верхний угол фанеры на расстоянии примерно 2,5 см от краев.
2. Обмотай проволокой ручку ложки и винт, как на рисунке. Ложка должна свободно качаться на проволоке.
3. С помощью линейки нарисуй на фанере шкалу и укрепи анемометр на заборе или шесте.
Чем выше отклоняется ложка, тем сильнее ветер.