Плотность

Наряду с атмосферным давлением важной характеристикой воздуха является его плотность. Плотность воздуха представляет собой отношение массы воз­духа к его объему. Плотность воздуха непосредственно не измеряется. Она может быть определена с помощью уравнения состояния газов (Клапейрона — Менделеева)

где р — атмосферное давление;

Т — абсолютная температура воздуха; R — газовая постоянная.

Из уравнения видно, что чем больше давление и ниже темпе­ратура воздуха, тем больше величина плотности воздуха, т. е. плотность воздуха прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре воздуха.

Плотность воздуха зависит и от влажности воздуха, т. е. от содержания в воздухе водяного пара, как известно, представляющего собой газ. Разница, вносимая водяным паром, невелика и обычно не превосходит 1%. Поэтому в практической деятельности при расчете плотности воздуха влажность не учиты­вается, а все расчеты делаются для сухого воздуха.

С высотой плотность воздуха резко убывает. Это объясняется уменьшением по мере подъема давления, которое оказывает большее влияние на изменение плотности, чем наблюдаемое понижение с высотой температуры.

Ветер

Ветер — один из важнейших метеорологических элементов. Он характеризуется скоростью (в м/с или км/ч) и направлением (в градусах или румбах – 1/16 круга). Направление ветра, принятое в метеорологии (откуда дует), отличается от аэронавигационного (куда дует) на 180°.

В морской практике скорость ветра выражается в условных единицах — баллах и тогда она называется силой ветра (по таблице, введенной английским адмиралом Бофортом, сила ветра оценивается по двенадцатибалльной шкале).

Для словесной характеристики ветра в зависимости от его скорости употребляется следующая терминология:

штиль — 0 м/сек — 0 баллов;

слабый — 2–3 м/сек — 1 - 2 балла;

умеренный — 4–7 м/сек — 3–4 балла;

сильный— 10–12 м/сек — 5–6 баллов;

очень сильный — более 15 м/сек — 7–8 ;

шторм — более 20 м/сек — 9–10 баллов;

жесткий шторм — более 25 м/сек — 11 баллов;

ураган — более 30 м/сек — 12 баллов.

Ветру свойственна порывистость скорости и изменчивость па-правления. Обычно для характеристики ветра определяется сред­няя скорость и среднее его направление. Ровным (по скорости) ветром считается ветер, скорость которого в те­чение 2 мин отклоняется от средней не более чем на 4 м/сек; порывистым считается ветер с резкими колебаниями скорости (более 4 м/сек). В таких случаях указывается средняя скорость и максимальная скорость порыва. Резкое усиление ветра в течение короткого промежутка, сопровождающееся изменениями его на­правления, называется шквалом. При шквале скорость ветра нередко превышает 20—30 м1сек. Шквал обычно продолжается несколько минут.

Постоянным (по направлению) называется ветер, который в течение 2 мин удерживается в пределах одного румба; меняющимся считается ветер, меняющий свое направление за указанное время более чем на один румб.

Непосредственной причиной возникновения ветра является неравномерное распределение давления по горизонтали. Как только создается разность атмосферного давления в горизонтальном направлении, сейчас же возникает сила барического градиента, под действием которой частица воздуха начинает перемещаться с ускорением из области более высокого в область более низкого давления. Эта сила всегда направлена перпендикулярно (по нормали) к изобаре в сторону низкого давления.

Движение воздуха в направлении барического градиента происходит только в начальный момент. По мере того как воздушная масса приобретает скорость, на нее кроме силы барического градиента начинают оказывать влияние сила отклоняющего действия вращения Земли (сила Кориолиса), сила трения и (при криволинейном движении) центробежная сила. Под действием этих сил ветер у поверхности земли (в слое трения до высоты 1000—1500 м) всегда направлен под некоторым углом к изобаре, отклоняясь в сторону низкого давления. Выше слоя трения движение воздуха происходит параллельно изобарам, оставляя в Северном полушарии низкое давление слева (в Южном полушарии справа). Такое движение воздуха при отсутствии силы трения называется градиентным ветром.

В тропосфере вертикальное распределение скорости ветра характеризуется ее непрерывным возрастанием до максимума вблизи тропопаузы. В нижней стратосфере скорость ветра уменьшается и достигает минимума на высоте 18—22 км. Выше скорость ветра вновь увеличивается, достигая максимума на высотах 45—65 км.

В различных местностях существуют местные ветры — воздушные течения, возникающие и приобретающие типичные свойства под влиянием местных физико-географических и термических условий (муссоны, бризы, бора, фён, афганец).