3. Определение направление и скорости ветра в приземном слое по карте погоды.

Появление ветра вызывается силой горизонтального барического градиента, приводящей в движение частицы воздуха. Барическим градиентом называется отношение изменения величины атмосферного давления к расстоянию, на котором это изменение происходит. Поскольку при проведении изобар на карте погоды между соседними изобарами берутся одинаковые разности давлений (4 или 5 миллибар), получается, что чем меньше расстояние между изобарами, тем больше сила горизонтального градиента и, соответственно, сильнее ветер в данном районе. Если бы на частицы воздуха действовала только сила барического градиента, то они двигались бы из областей повышенного атмосферного давления в области пониженного перпендикулярно изобарам. Но, как только частица воздуха приходит в движение, на неё начинает действовать сила Кориолиса, возникающая вследствие вращения Земли, а если частица движется по криволинейной траектории, то, дополнительно – центробежная сила (рис. 3). Сила Кориолиса в северном полушарии стремится отклонить частицу вправо от направления её движения (в южном – наоборот). Частица воздуха продолжает отклоняться от нормали к изобаре до тех пор, пока сила барического градиента не уравновесится суммой сил Кориолиса и центробежной. Совокупное воздействие этих сил приводит к тому, что частицы воздуха в свободной атмосфере (выше 1000 м от земной или водной поверхности, где не действует сила трения) в средних широтах движутся по касательным к изобарам. При этом область пониженного давления в северном полушарии остаётся слева, а область повышенного давления – справа от направления движения (в южном полушарии – наоборот). Такое движение частиц воздуха при прямолинейных изобарах называется геострофическим ветром. Установившееся движение воздуха по круговым траекториям под действием сил градиента, Кориолиса и центробежной при отсутствии трения называется градиентным или геоциклострофическим ветром.

В приземном (приводном) слое атмосферы на частицы воздуха дополнительно действует сила трения, несколько замедляющая и отклоняющая их от касательной к изобаре в сторону пониженного давления (рис.3). Угол отклонения зависит от широты. Его величины представлены в таблице 1. Скорость геострофического ветра можно найти по формуле 1, являющейся результатом векторного суммирования указанных выше сил, действующих на частицу воздуха.

(1)

Здесь: G – сила горизонтального барического градинта.

- угловая скорость вращения Земли.

- плотность воздуха.

- широта интересующего нас места на поверхности Земли.

После подстановки величин барического градиента, угловой скорости вращения Земли и плотности воздуха для изобар, проведённых через 5 миллибар, формула (1) может быть представлена в следующем виде:

(2)

Здесь: - расстояние между соседними изобарами в интересующем нас месте вградусах широты.

Скорость ветра по данной формуле получается в метрах в секунду.

Таблица 1 Углы отклонения ветра в приземном слое от касательной к изобаре

Широта, °	0	5	10	20	40	60	80	90
Угол отклонения ветра от касательной к изобаре,°	90	58	38	22	12	9	8	8

Таблица 2 Коэффициенты трения в приводном слое

Разность температур воздуха и воды	Коэффициент трения
Вода холоднее воздуха на 0.1 - 0.5°	0.6
Вода холоднее воздуха более, чем на 0.5°	0.5
Вода теплее воздуха на 0.0 – 2.0°	0.7
Вода теплее воздуха более, чем на 2.0°	0.8

На большинстве современных карт погоды для определения скорости геострофического ветра имеется специальная номограмма, называемая градиентной линейкой, вид и способ использования которой представлен на рис. 4. На английских картах погоды скорость ветра по градиентной линейке определяется в узлах, соответственно, для вычисления скорости ветра в метрах в секунду результат, полученный с градиентной линейки, необходимо разделить на 2.

Исходя из вышеизложенного, направление ветра в приземном слое по карте погоды определяется следующим образом:

• Вектор скорости градиентного ветра будет направлен по касательной к изобаре в интересующем нас месте, причём область низкого давления в северном полушарии будет находиться слева, а в южном – справа от направления ветра.

• Направление интересующего нас ветра в приземном слое (того, который воздействует на судно, создаёт волнение и т.д.) будет отклонено от направления градиентного на угол, указанный в табл. 1 в сторону области пониженного давления (рис. 3). В средних широтах (Северное, Балтийское, Чёрное, Средиземное моря) этот угол можно принять равным 10-15°. Не следует забывать о том, что карты погоды составляются, как правило, не в Меркаторской, а в гномонической проекции, поэтому, направление ветра необходимо соотносить с направлением ближайшего меридиана.

Для того, чтобы по карте погоды найти скорость ветра в приземном слое необходимо:

• При помощи циркуля снять с карты кратчайшее расстояние между соседними изобарами в интересующем нас месте.

• Не меняя раствора циркуля, приложить его ножки к градиентной линейке напротив отметки соответствующей широты и снять скорость геострофического ветра. При необходимости - произвести интерполирование между кривыми (рис 4.). При отсутствии на карте градиентной линейки, если изобары проведены через 5 миллибар, определить скорость геострофического ветра по формуле (2).

• При необходимости перевести скорость ветра в метры в секунду.

• Для определения скорости ветра в приземном слое умножить скорость геострофического ветра на коэффициент трения, величины которого приведены в табл. 2. Если разность температур воздуха и воды не определялась, этот коэффициент можно принимать равным: для суши – 0.4, для моря летом – 0.6, зимой – 0.8.

Рис. 3 Силы, действующие на частицу воздуха в приземном слое и методика определения направления ветра по карте погоды. Ветер в данном примере – западный.

Рис. 4 Пример определения скорости геострофического ветра по градиентной линейке. Скорость ветра в данном примере – 15 узлов.