5. Изменчивость ветра.

Ветер является одной из важнейших характеристик состояния атмосферы, основные элементы которой подвержены годовым, суточным и другим периодическим и непериодическим колебаниям. Все движения воздуха в атмосфере всегда турбулентны, вследствие чего направление и скорости ветра обладают изменчивостью. Резкие колебания направления и скорости ветра называются порывами ветра, а особенно сильные из них – шквалами. При шквале ветер внезапно и кратковременно (несколько минут) резко усиливается (часто до штормового) и затем ослабевает. При этом, как правило, меняется и его направление. В подавляющем большинстве случаев шквалы связаны с атмосферными фронтами (особенно с холодными) и с кучево-дождевой облачностью на них.

Изменяется ветер и с высотой. С ростом высоты величина силы трения уменьшается и скорость ветра растет, а его направление все больше совпадает с направлением геострофического ветра, т. е. с изобарами. Теоретические расчеты показывают, что непосредственно в приводном слое (50 м) атмосферы скорость ветра возрастает пропорционально логарифму высоты, а направление его меняется мало.

Выше этого слоя скорость ветра резко возрастает, приближаясь к скорости градиентного ветра на высоте слоя трения (1000-1500 м).

6. Периодические и местные ветры.

Уже с середины XVII в. мореплавателям были известны в общих чертах закономерности в зональной структуре преобладающих ветров в Мировом океане. Современная наука дает объяснение этой закономерности в зональной структуре атмосферного давления по поверхности Земли.

Издавна известны морякам устойчивые в своем постоянстве или смене направлений ветры: пассаты, муссоны, бризы и др.

Пассаты – это устойчивые ветры тропиков северо-восточного в северном и юго-восточного в южном полушариях направлении, дующие на обращенной к экватору стороне субтропического центра действия атмосферы. Скорость пассатов невелика – в среднем 5–8 м/с у земной поверхности. Условия распределения атмосферного давления меняются в тропиках мало, поэтому пассаты обладают большой устройчивостью направления.

Муссоны – сезонные ветры, наиболее выраженные и устойчивые в тропических широтах, возникающие из-за термической неоднородности океан–суша. Муссоны, как и все другие воздушные течения на Земле, связаны с циклонической деятельностью. Режим тропических муссонов заключается в сезонном изменении положения субтропических антициклонов и экваториальной депрессии. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение каждого сезона, а их сезонная смена – с коренными изменениями в распределении давления от сезона к сезону. Суммарные барические градиенты резко меняют направление от сезона к сезону, а вместе с этим меняется и направление преобладающих ветров.

Особенно ярко выражена муссонная циркуляция в бассейне Индийского океана, где сезонные изменения температуры полушарий здесь усилены огромным материком Евразии к северу от экватора, прогретым летом и сильно охлажденным зимой. Зимний муссон в бассейне Индийского океана называют северо-восточным, а летний – юго-западным. На востоке Китая и в Корее зимний муссон – северный или северо-западный, а летний – южный или юго-восточный. Это зависит от структуры барического поля и направления изобар и, следовательно, направления барических градиентов (рис. 15).

Бризы – реверсивные ветры побережий морей и океанов, имеющие полусуточную периодичность смены направления. Особенно ярко выражены бризы над побережьями в зоне действия субтропических антициклонов, где они наблюдаются во все сезоны года. В умеренных и высоких широтах бризы наблюдаются лишь в теплое время года. Например, на Черном, Азовском и Каспийском морях бризы наблюдаются с .апреля по сентябрь.

Бризовая циркуляция объясняется перестройкой барического поля днем и ночью над сушей и морем. Термическая неоднородность моря и суши приводит к смене направления барических градиентов и, следовательно, к смене направления ветра.

Скорость морского бриза несколько выше скорости берегового и составляет 3–5 м/с (в тропиках до 8 м/с). Особенно отчетливо выражены бризы в ясную, безветренную погоду, что характерно для центральных районов антициклонов. Бризовая циркуляция захватывает слой тропосферы до 1–2 км по вертикали и распространяется в глубь моря или суши на десятки километров от береговой линии. Морской бриз снижает на 2–3° среднюю температуру воздуха и повышает влажность на 10–20 %.

Бора – сильный и порывистый ветер, дующий с невысоких гор в сторону теплого моря. Бора относится к так называемым катабатическим ветрам, связанным со стоком холодных плотных воздушных масс по склонам гор в сторону моря.

Ветры, подобные Новороссийской и Новоземельской боре, известны во многих других морях Мирового океана: Бакинский норд на Каспийском море, мистраль – на Средиземноморском побережье Франции, нортсер – в Мексиканском заливе (Мексика, США) и др.

Причиной боры является прохождение холодного фронта через прибрежные хребты. Холодный воздух резко переваливает через невысокие горы (особенно ветер усиливается на перевалах) и низвергается плотным потоком в сторону близкого теплого моря.

В проливах, узкостях, фиордах при плавании вдоль берегов, у мысов, оконечностей островов и пр. могут быть особенности ветрового режима, связанные с береговым (угловым) эффектом. Подробно об этих особенностях изложено в гидрометеорологических очерках лоций.

В однородном воздушном потоке, направленном с суши на море, ветер у поверхности Земли, после пересечения береговой черты, отклоняется вправо (в северном полушарии) и усиливается. Это связано с уменьшением силы трения при переходе с суши на воду. Наоборот, в потоке, направленном с моря на сушу, ветер будет отклоняться влево и ослабевать. В результате, если ветер дует с суши, то у берега скорость ветра возрастает. Если ветер дует с моря на сушу, то у берега скорость уменьшается.

По этой же причине, при перемещении воздуха вдоль побережья, линии тока в слое трения будут сближены, если суша находится справа от направления воздушного потока, и разрежены, если суша слева. Это наблюдается при одних и тех же градиентах давления. Особенно ярко ощущаются такие изменения ветра у возвышенных берегов, где вследствие обтекания препятствия воздушным потоком возникает сближение линий тока и соответствующее усиление ветра. Наибольшие скорости ветра при этом будут не у самого берега, а на некотором удалении от него.

Местные усиления ветра наблюдаются у выступающих в сторону моря деталей рельефа береговой черты (мысы, наветренные стороны островов). Ослабление ветра наблюдаются в вогнутых участках береговой линии (бухты, заливы) где происходит разрежение линий тока.

В проливах ветер ведет себя также, как и в горах на перевалах.

Во-первых, ветер всегда усиливается, во вторых, он дует вдоль пролива независимо от расположения изобар. Ветер особенно усиливается в наиболее узких местах проливов и в проливах с крутыми берегами. Ветер усиливается, когда к проливу приближается циклон или фронт в хорошо выраженной ложбине.

Таким образом, во всех проливах и каналах скорости ветра возрастают, и каким бы то ни было направление ветра на открытом месте, в узких местах ветер дует вдоль канала. Скорости ветра возрастают и у мысов.

При образовании мощных кучево-дождевых (грозовых) облаков, что возможно в условиях особо сильной неустойчивости воздушных масс, могут зарождаться вертикальные вихри небольшого диаметра. Зарождающиеся вихри над морем называют смерчами, а над сушей – тромбами (в США – торнадо). Смерч имеет вид темного облачного столба диаметром в несколько десятков метров (торнадо - до 100–200 м), опускающегося в виде воронки от нижнего основания облака до поверхности воды или суши. Скорости ветра в смерче достигают 50–100 м/с и при сильной вертикальной составляющей могут вызвать катастрофические разрушения. Близость атмосферных фронтов может стимулировать процесс смерчеобразования, особенно в континентальном тропическом воздухе (в США в морском тропическом воздухе с Мексиканского залива).

Это явление связано с особо сильной неустойчивостью стратификации атмосферы в нижних слоях. Смерч опускается в виде воронки из низкого кучево-дождевого облака. В океане навстречу поднимается вода.

Атмосфера Земли находится в постоянном движении. Воздушные течения отличаются как по скорости, так и по направлениям. Тесное взаимодействие с подстилающей поверхностью, свойства которой быстро меняются во времени и пространстве, приводит к тому, что мгновенная картина движения атмосферы оказывается необыкновенно сложной.

Построение средних ежедневных, сезонных и многолетних синоптических карт позволяет выявить общие (преобладающие) закономерности атмосферных движений. Система макромасштабных воздушных течений над земным шаром носит название общей циркуляции атмосферы.

Вопросы для самоконтроля:

1. Причины возникновения ветра. Что такое барический градиент? Поясните его составные части.

2. Какие силы влияют на характеристику барического градиента?

3. Что такое геострофический и градиентный ветер?

4. В чем суть шкалы Бофорта?

5. Какие типы воздушных потоков Вы знаете?

6. Что собой представляют местные ветры?

7. В чем особенность распределения ветра на земном шаре?