1.7.Атмосферное давление и ветер 65
В циклоне частицы воздуха движутся от периферии к
центру по спиралеобразной траектории:в северном полу
шарии против часовой стрелки,а в антициклоне -от центра
к периферии по часовой стрелке.В южном полушарии
движение частиц воздуха происходит в обратном направ
лении,т.е.циклон и антициклон по характеру циркуляции
представляют собой вихри с общим движением воздуха в
первом случае к центру,а во втором -от центра.
В ложбинах ось ложбины является линией сходимости
ветров,а ось гребня -линией расходимости ветров.
Ветровой режим.Ветровой режим,включающий в се
бя структуру воздушного потока,изменение скорости и на
правления ветра с высотой,суточный и годовой ход ветра,
в сочетании с вертикальной стратификацией температуры
воздуха,оказывает большое влияние на распределение
концентрации загрязняющих веществ,поступающих в ат
мосферу из высоких и приземных источников.Поэтому
характеристики ветрового режима должны учитываться
при разработке экологических мероприятий по предотвра
щению вредных последствий влияния загрязненного возду
ха на живые организмы и природную среду.
Ветер характеризуется скоростью и направлением.За
направление принимают направление,откуда дует ветер.
Осредненные во времени скорость и направление дают
представление об общем движении воздуха в целом:Но
вследствие трения воздушной среды о земную поверхность,
а также неравномерного ее нагревания всегда наблюдается
турбулентность.Это значит,что внутри общего потока от
дельные струи,порции воздуха,движутся беспорядочно,
т.е.в каждой точке пространства быстро сменяются как
скорость,так и направление ветра.При этом происходит
непрерывное чередование внезапных усилений и ослабле
ний ветра и изменений его направления.Такой характер
движения воздуха носит название порывистости ветра.
Порывистость ветра увеличивается с его скоростью,
а также над участками подстилающей поверхности с по
вышенной шероховатостью;над пересеченной местностью,
над холмами,лесом.С увеличением высоты и,следова
тельно,с уменьшением влияния трения о подстилающую
З ЕК.Моргунов.Глава 1.ОСНОВЫ МЕТЕОРОЛОГИИ
поверхность,уменьшается и порывистость.Хотя она может
обнаруживаться на высотах до 2-3 км.
В устойчивых воздушных массах ветер более ровный,а
в неустойчивом,воздухе при термической конвекции поры
вистость больше.Воздух спокоен в слоях температурных
инверсий,но под этими слоями обнаруживается усиление
турбулентности.
Порывистость ветра имеет хорошо выраженный суточ
ный ход.Ночью при слабом ветре порывистость слабая.В
годовом ходе минимальная порывистость ветра отмечается
зимой,а наибольшая -летом или весной,Когда большая
неоднородность подстилающей поверхности.
Над водной поверхностью океанов порывистость мень
ше,чем над сушей.
Изменение ветра с высотой в слое трения.С высотой,
по мере удаления от земной поверхности,уменьшается
влияние силы трения на движение воздушной среды,по
этому скорость ветра увеличивается.Одновременно изме
няется его направление.В приземном слое атмосферы ско
рость ветра быстро увеличивается до высоты около 30 м.а
направление его практически,остается неизменные.При
дальнейшем увеличении высоты в слое трения скорость
ветра продолжает увеличиваться,изменяется его направле
ние.В северном полушарии ветер поворачивает вправо,а в
южном -влево,пока направление ветра не приблизится к
направлению градиентного ветра,т.е.вдоль изобар.
Чем больше шероховатость подстилающей поверхности,
тем быстрее происходит нарастание скорости,особенно в
приземном слое,и тем больше высота слоя трения.С уве
личением скорости ветра увеличивается и сила трения,что
действует на изменение скорости ветра с высотой так же,
как и увеличение шероховатости.
При неустойчивой температурной стратификации,когда
с развитием термической конвекции усиливается турбу
лентное перемешивание воздуха,происходит выравнивание
скоростей ветра на разных высотах.Такое замедленное из
менение скорости ветра с высотой приводит к тому,что
ветер приближается к градиентному лишь на высоте 1,5 км,
а иногда слой трения распространяется до высоты 2-3 км.
*7 Атмосферное давление и ветер 67
При устойчивой стратификации турбулентное переме-
ошвание воздуха между отдельными слоями развито слабо.
Поэтому в приземном слое скорость ветра мала,но выше
этого слоя она резко возрастает с высотой и быстро дости
гает скорости и направления градиентного ветра.В этих
случаях высота слоя трения составляет всего 300 ^-500 м.
Суточный и годовой ход ветра.При хорошей устано
вившейся погоде в пограничном слое атмосферы над сушей
отчетливо проявляется суточный ход скорости и направле
ния ветра,причем в приземном слое и вышележащих слоях
пограничного слоя этот ход различен.
В приземном слое минимум скорости наблюдается но
чью.После восхода Солнца ветер усиливается и происхо
дит небольшое его вращение вправо.В 13-14 ч скорость
ветра достигает максимума.Затем ветер постепенно осла
бевает и поворачивает обратно,возвращаясь к исходному
направлению.Такой суточный ход ветра в приземном
слое отмечается летом до высоты 100-300 м,а зимой -до
высоты 20-30 м.
В вышележащих слоях наблюдается обратный суточный
ход ветра,т.е.максимум скорости отмечается почью.После
восхода Солнца скорость ветра уменьшается,и он медлен
но поворачивает влево.В 13-14 ч скорость ветра достигает
минимума,посде чего она увеличивается,и ветер повора
чивает вправо до исходного направления ночью.
Высота,на которой один тип суточного хода ветра сме
няется другим,называется высотой обращения ветра.
Амплитуда суточного изменения скорости ветра состав
ляет примерно половину средней суточной скорости ветра.
Летом она больше,чем зимой,а в ясную погоду больше,
чем в пасмурную.Причиной суточного хода ветра является
изменение интенсивности турбулентного перемешивания и,
следовательно,обмена количеством движения между ниж
ними и вышележащими слоями воздуха.
В ночные часы,при отсутствии термической конвекции
а связанного с ней турбулентного перемешивания,взаим
ное влияние на движение воздуха в нижних и вышележа-
щих'слоях невелико.Поэтому верхние слои воздуха погра
ничного слоя движутся практически лишь под действием
силы барического градиента,и ветер по скорости и нанрав-.Глава 1-ОСНОВЫ МЕТЕОРОЛОГИИ
лению близок к градиентному ветру,т.е.имеет направление
вдоль изобар (угол а =90 °).В то же время ветер у земли
или отсутствует,или слабый и,находясь под действием
силы трения о подстилающую поверхность,отююняется от
направления барического градиента на угол а =60 °.
После восхода Солнца,с развитием термической кон
векции и турбулентности,происходит увеличение интен
сивности обмена порциями воздуха между верхними и
нижними слоями атмосферы.Воздух с верхних слоев,об
ладая большими скоростями,опускается вниз и увлекает
воздух приземного слоя,увеличивая его скорость и изменяя
его направление в сторону увеличения угла а;отсюда пра
вый поворот ветра у земли.Одновременно приземный воз
дух,замедленный трением,перемещается вверх,оказывая
тормозящее действие на верхние слои;отсюда уменьшение
скорости ветра и левый поворот ветра на высоте.
К ночи с уменьшением турбулентного перемешивания
происходит изменение скорости и направления ветра в при
земном и верхнем слоях в обратном порядке.
Правильный суточным ход ветра нарушается при про
хождении фронтов,циклонов и антициклонов.Над океана
ми суточный ход ветра почти не заметен.
Годовой ход средней скорости ветра относится к клима
тическим характеристикам и зависит от географического
положения пункта.
В умеренных и полярных широтах на западных окраи
нах материков северного полушария наибольшая скорость
ветра наблюдается зимой,когда разность температур меж
ду этими широтами наиболее,велика и соответственно
велика разность давления.К лету,с уменьшением контра
ста температур и,следовательно,градиентов давления,ве
тер ослабевает.Однако в центре крупного Евро-Азиааского
материка,в Сибири,зимой в области мощного антициклона
отмечаются наименьшие скорости ветра и даже штили,а
летом скорости ветра наибольшие.