- •Конспект лекцій з метеорології та кліматології
- •Предмет і методи метеорології і кліматології
- •1.1. Місце і значення метеорологічних і кліматичних досліджень у системі екологічних знань
- •1.2. Предмет і методи метеорологічних та кліматичних досліджень
- •1.3. Історія розвитку метеорології і кліматології
- •Атмосфера і повітря
- •2.1. Склад атмосфери
- •2.2. Значення атмосфери
- •2.3. Будова атмосфери
- •Радіаційний режим в атмосфері
- •3.1. Вплив сонячної радіації на атмосферні процеси і біосферу
- •3.2. Основні частини спектра і їхнє біологічне значення
- •3.3. Вплив висоти Сонця на інтенсивність сонячної радіації в атмосфері
- •3.4. Види потоків сонячної радіації
- •Радіаційний баланс і його складові
- •Тепловий режим атмосфери
- •4.1. Тепловий баланс
- •4.2. Тепловий режим земної поверхні (теплоємність і теплопровідність ґрунту)
- •4.3. Добовий і річний хід температури ґрунту
- •4.4. Добовий і річний хід температури у верхніх шарах води
- •4.5. Тепловий режим нижнього шару атмосфери
- •4.6. Адіабатичні зміни температури повітря
- •4.7. Добовий і річний хід температури повітря
- •4.8. Поняття про заморозки
- •4.9. Теплові пояси
- •Вода в атмосфері
- •5.1. Випаровування, його швидкість і розподіл у часі
- •5.3. Характеристики вологості повітря
- •5.3. Конденсація і сублімація
- •5.4. Утворення хмар; хмарність
- •5.5. Опади
- •Баричне поле і вітер
- •6.1. Рівняння стану газів повітря
- •6.2. Баричне поле, його характеристика
- •6.3. Причини зміни атмосферного тиску
- •6.4. Вітер, його швидкість і напрямок
- •Атмосферна циркуляція
- •7.1. Циркуляція атмосфери
- •7.2. Повітряні маси, їхня класифікація
- •7.3. Атмосферні фронти
- •7.4. Циклони й антициклони
- •7.5. Домінуючі (пануючі) і місцеві вітри
- •7.6. Центри дії атмосфери
- •Погода і клімат
- •8.1. Класифікація типів погод
- •8.2. Прогноз погоди
- •8.3. Фактори формування клімату
- •8.4. Класифікація кліматів
6.4. Вітер, його швидкість і напрямок
Причини виникнення вітру
Рух повітря відносно земної поверхні, у якому переважає горизонтальна складова, називається вітром. Вітер характеризується напрямком, швидкістю і силою (поривчастістю).
Вітер виникає в наслідок неоднорідності атмосферного тиску в різних точках земної поверхні і атмосфери. Тобто безпосередньою причиною виникнення вітру є сила горизонтального баричного градієнту.
Рух повітря, який виник під дією сили баричного градієнта, відбувається не точно за напрямком цього градієнта, тобто не по прямої лінії від високого тиску до низького, а по більш складній траєкторії, обумовленій взаємодією сили градієнта із силою Коріоліса (обертання Землі, що відхиляє), відцентровою силою і силою тертя.
Дія відхиляючої сили обертання Землі (сила Коріоліса) впливає на напрямок вітру, але не впливає на його швидкість. Під впливом обертання Землі повітря, що рухається, відхиляється від напрямку баричного градієнта в північній півкулі вправо, а в південному вліво.
З курсу фізики відомо, що на будь-яку частинку, що рухається по колу, діє відцентрова сила, вектор якої спрямований по радіусу кривизни траєкторії руху частинки назовні.
Сила тертя виникає в результаті зіткнення повітря, що рухається, з поверхнею, що підстилає, а також усередині повітряної маси через неоднакову швидкість руху окремих її шарів. Отже сила тертя має зворотній напрямок руху повітря і змінює як напрямок вітру, так і його швидкість (зменшує).
Відхилення напрямку вітру від горизонтального градієнту тиску в приземному шарі атмосфери в середньому складає 60о вправо в північній півкулі. Вище приземного шару цей кут зростає із висотою і на рівні тертя (рівні, де сила тертя виявляється надзвичайно малою порівняно з силою баричного градієнта і силою Коріоліса) вітер стає градієнтним, відхилення досягає 90о.
В приземному шарі атмосфери швидкість вітру інтенсивно зростає до висоти приблизно 30 м і напрямок вітру при цьому практично не змінюється.
У баричному мінімумі (циклонічна система ізобар) рух повітря відбувається уздовж ізобар, проти годинної стрілки в північній півкулі Повітря стікається з усіх боків, сходиться в центрі і піднімається.
У баричному максимумі (антициклонічна система ізобар) внаслідок сукупної дії цих сил виникає рух повітря уздовж ізобар за годинною стрілкою в північній півкулі. Повітря розтікається від центра, де відбувається його опускання.
Баричний закон вітру
Знаючи закономірності виникнення вітру, можна за його напрямком судити про розташування областей підвищеного і зниженого тиску. Для цього можна скористатися баричним законом вітру (закон Бюйс — Балло): «Якщо стати спиною к вітру, то в північній півкулі найбільш низький тиск виявиться ліворуч і трохи перед, а найбільш високе — праворуч і трохи позаду».
Швидкість вітру залежить від величини баричного градієнта: чим більше баричний градієнт, тим більше швидкість. Уповільнює рух повітря тертя о підстилюючу поверхню. Впливає на швидкість вітру щільність повітря: чим менше щільність, тим більше швидкість. У результаті зменшення тертя і щільності повітря вітер з висотою підсилюється, досягаючи максимуму біля тропопаузи.
Максимальна швидкість вітру в приземному шарі потужністю влітку 100 м, узимку 50 м спостерігається в 13—14 годин, мінімальна — у нічні години. У більш високих шарах атмосфери добовий хід швидкості вітру зворотний. Нормальний добовий хід вітру постійно порушується атмосферними збурюваннями (возмущениями).
Просторовий і часовий розподіл і мінливість швидкості вітру
Амплітуда добового ходу швидкості вітру, як правило, улітку більша, ніж узимку, і при ясній погоді більше, ніж при похмурій. При сильному прогріві поверхні, що підстилає, влітку і при ясній погоді розвиваються активні конвективні струми, що сприяють обмінові кількістю руху між приземним шаром і більш високими шарами, де вітер сильніше. Тому швидкість вітру на рівні флюгера досягає значних величин, близьких до швидкості вітру у вільній атмосфері. Влітку в нічні години часто утворюються приземні інверсії температури, які послабляють турбулентний обмін з вищерозташованими шарами повітря. Це приводить до істотного зменшення швидкості вітру на рівні флюгера.
Узимку, особливо при похмурій погоді, коли амплітуда добового ходу температури не перевищує декількох градусів, амплітуда добового ходу швидкості вітру складає лише 2 – 3 м/с.
У вільній атмосфері амплітуда добового ходу швидкості вітру значно менше, ніж у приземному шарі. У середній тропосфері вона близько 1 м/с, а у верхньої – 1 – 2 м/с.