Лекция7. Ветровые течения в атмосфере

План лекции

1. Ветер и его характеристики.

2. Причины возникновения ветра.

3. Градиентный и геострофический ветер.

4. Сила трения. Реальный ветер.

5. Изменчивость ветра.

6. Периодические и местные ветры.

Рекомендованная литература:1,2,3,6,7,9.

Основные теоретические положения

1. Ветер и его характеристики.

Влияние ветра на поведение судна велико и неоднозначно. Ветер вызывает волны, которые могут представлять значительную опасность для судна. Волнение усиливается с увеличением скорости ветра и продолжительности его воздействия.

Атмосфера находится в непрерывном движении. Горизонтальная составляющая движения воздуха называется ветром. Ветер – горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности. Он характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в километрах в час, в узлах или в баллах шкалы Бофорта.

Различают среднюю и мгновенную скорости ветра. На практике анемометрами измеряют именно среднюю (за 100 с) скорость ветра, так как мгновенная скорость испытывает сильные колебания.

Направление ветра определяется по его отклонению от меридиана места. В метеорологии за направление ветра принимается то направление, откуда дует ветер, т. е. угол между нордом истинным (компасным) и направлением, откуда дует ветер. На рис. 10 изображен вектор ветра север-северо-восточного направления (NNE, 22,5°).

Ветер изменчив не только по скорости, но и по направлению. Поэтому направление ветра на судне определяют по вымпелам, флагам или «колдунчикам» и по компасу (пеленгатору) в градусах с точностью до 5-10° как среднее за 3-4 мин наблюдения.

На гидрометеорологических картах, в справочниках и пособиях распределение повторяемости ветра по направлениям и скоростям чаще всего представляют в виде розы ветров. От начала полярных координат откладываются направления по румбам горизонта (8 или 16) отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления (концы отрезков иногда соединяют ломаной линией). Повторяемость штилей указывают числом (%) в центре диаграммы (в начале координат). При построении розы ветров можно учесть еще и среднюю скорость ветра по каждому направлению, умножив на нее повторяемость данного направления. В этом случае роза ветров показывает не только преобладающие направления ветра, но и в условных единицах количество переносимого воздуха ветрами каждого направления.

2. Причины возникновения ветру.

Ветер возникает вследствие неравномерного распределения атмосферного давления по поверхности Земли, т. е. вследствие наличия горизонтального барического градиента. Если бы давление воздуха во всех точках было одинаково, то ветра не было бы вообще. При неравномерности распределения атмосферного давления воздух стремится перемещаться из мест с более высоким давлением в места с более низким давлением.

Мерой неравномерности распределения давления является горизонтальный барический градиент. Воздух стремится двигаться от высокого давления к низкому по наиболее короткому пути – по направлению барического градиента, т. е. по нормали к изобарическим поверхностям. Следовательно, барический градиент есть сила, сообщающая воздуху ускорение, т. е. вызывающая ветер и меняющая скорость движения частиц воздуха – скорость ветра. Барическим градиентом называется изменение атмосферного давления на единицу удаления в направлении, перпендикулярном к изобарической поверхности в данной точке, в сторону уменьшения атмосферного давления (Рисунок 3).

Рисунок 1. Горизонтальная и прямолинейная составляющая барического градиента.

В метеорологии рассматривают силу барического градиента действующую на единицу массы:

G_r = - (11)

По направлению эта сила в каждой точке барического поля совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону убывания давления. Для стандартной атмосферы (р = 1,273 • 10-3 г/см3) и среднего годового горизонтального барического градиента для Земли в 1–2 гПа/111 км получаем, что сила горизонтального барического градиента создает ускорение частицы воздуха около 0,1–0,2 см/с2. Через час это ускорение разовьет скорость ветра 3–8 м/с.

Следовательно, на планете всегда есть условия для возникновения горизонтальных перемещений воздуха, т. е. ветра.

Только сила горизонтального барического градиента и приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Все другие силы, которые проявляються при движении воздуха, могут лишь замедлить движение и от клонять его от направления градиента.