Уход за телом

Почему ветры дуют? Почему возникает ветер? Значение ветра в природе. Почему дует ветер

Более трёхсот лет назад Галлей, известный главным образом благодаря открытой им комете, предложил объяснять возникновение ветра действием архимедовой силы при перепаде температуры: тёплый и лёгкий воздух поднимается, тяжёлый и холодный - опускается.

Международная группа исследователей, в которую вошли сотрудники Петербургского института ядерной физики, предложила принципиально новый физический механизм образования ветра в земной атмосфере.

Потоки газов возникают при перепадах (градиентах) давления. Давление воздуха уменьшается с высотой, образуя вертикальный градиент давления, однако он не создаёт ветра. Работу, производимую при движении воздуха этим градиентом давления, в точности компенсирует противоположная по знаку работа силы тяжести, и воздух находится в равновесном состоянии.

Влажный воздух, поднимаясь, охлаждается, и водяной пар конденсируется. Поэтому давление водяного пара с высотой падает быстрее, чем этого требует условие равновесия. При этом работа, совершаемая градиентом давления над влажным воздухом при его подъёме, в несколько раз превышает работу силы тяжести, действующей на водяной пар. Именно эта разница и создаёт ветер в земной атмосфере. Неравновесное вертикальное распределение водяного пара можно сравнить со сжатой пружиной, которая распрямляется при подъёме влажного воздуха, приводя его в движение. Поэтому конденсационная мощность, связанная с вертикальным подъёмом воздуха, в соответствии с законом сохранения энергии переводится в мощность горизонтальных ветров.

Мощность атмосферной циркуляции определяется локальной скоростью конденсации и, следовательно, осадками. Количественная оценка мощности глобальной циркуляции воздуха, полученная на основе новой теории, прекрасно совпала с накопленными данными наблюдений (о мощности ветровой циркуляции можно независимо судить по наблюдаемым горизонтальным градиентам давления и скоростям ветра).

В области конденсации возникает зона пониженного давления, затягивающая воздух из прилегающих областей. На суше такие устойчивые зоны пониженного давления создаются обширными лесами: влага сохраняется в лесной почве, испаряется с поверхности почвы и листьев и конденсируется над пологом леса. При этом возникает ветер, приносящий влагу с океана.

Важнейшее следствие нового механизма формирования ветра - переосмысление роли лесов в переносе влаги с океана на сушу. Этот перенос компенсирует речной сток воды обратно в океан. Уничтожение лесов приводит к обезвоживанию и опустыниванию суши и представляет собой гораздо большую угрозу для климата, чем предполагает современная климатология (об этом см. также «Наука и жизнь» № ).

Новая теория вызвала бурную дискуссию в научном сообществе. Статья, отправленная в журнал «Atmospheric Chemistry and Physics» («Атмосферная химия и физика»), находилась на рецензировании более двух с половиной лет. В итоге редакционная коллегия журнала приняла к печати статью, снабдив её комментарием редактора. В нём подчёркивается, что публикацию «совершенно нового взгляда на движущую силу атмосферной динамики» следует рассматривать как «призыв к дальнейшему развитию» представленных авторами положений.

Ветер - это воздух, находящийся в движении относительно земной поверхности; а движется он вследствие колебаний атмосферного давления. В противном случае ветра не было бы. Разница в давлении существует над регионами, где солнце неравномерно нагревает земную поверхность.

Над теплой поверхностью воздух также нагревается и увеличивается в объеме, соответственно давление его возрастает по сравнению с более прохладными областями.

Воздух можно представить в виде слоев между поверхностями с постоянным давлением (справа), причем самый плотный слой находится внизу. Когда воздух неизменен, его слои - ровные и плоские, как на этапе 1. Но если одна из областей (этап 2, желтый цвет) поглощает определенное количество тепла, то воздух расширяется, давление его увеличивается, и слои воздушного давления также расширяются и приобретают изгиб.

Затем воздух начинает перемещаться из области высокого давления в область низкого давления, отчего высоко над землей возникает ветер (этап 3). Чем больше амплитуда колебаний температур - и, соответственно, давления - между двумя областями, тем сильнее дующий между ними ветер.

Неравномерное нагревание. Солнце нагревает точку В, отчего температура воздуха над ней повышается (справа). Воздух увеличивается в объеме и поднимается, а давление его возрастает.

Конвекция вызывает ветры

Давление воздуха увеличивается с возрастанием температуры. Поэтому, если масса теплого воздуха граничит с массой более холодного, то давление в этих двух массивах будет разным. Эта разница обуславливает конвекционные потоки (этапы 1-4), которые порождают ветер между двумя зонами.

Равновесие. Температура в точках А и В (слева) одинаковая, как и давление над ними. Следовательно, между этими точками нет ветра.

Созидающая сила. Разница в давлении воздуха над точками А и В порождает градиентную силу, которая перемещает воздух из областей высокого давления в области низкого давления. Она же несет часть воздуха, находящегося над точкой В, к точке А, вызывая верхнеатмосферный ветер (красная стрелка) в этом же направлении.

Поверхностные ветры. Воздух, оказавшийся в точке А, заставляет давление расти, в то время как в точке В оно падает. Это порождает поверхностный ветер, стремящийся в направлении, противоположном верхнеатмосферному ветру. Нисходящий поток в А и восходящий поток в В завершают цикл.

Составляя метеорологические карты, ученые опираются на воображаемые атмосферные поверхности, которые называются поверхностями постоянного давления (изогнутые плоскости, сверху). В каждой точке этой поверхности давление неизменно. Когда воображаемая плоскость, параллельная Земле (красный контур), пересекается с поверхностью постоянного давления, метеорологи проводят линию - изобару - отделяющую области с разным давлением воздуха. Воздушная масса между изобарами (темно-синий сегмент) направляется градиентной силой (зеленая стрелка) в область более низкого давления.

Круговые изобары

В областях с разным давлением направление ветра определяется также и центробежной силой. В верхнем слое атмосферы градиентная сила давления, сила вращения и центробежная сила находятся в равновесии, если ветры дуют по часовой стрелке вокруг зоны высокого давления (крайнее слева, вверху) и против часовой стрелки вокруг зоны низкого давления (слева, вверху). Над поверхностью сила трения поворачивает ветер наружу-вверх (крайнее слева, внизу) и внутрь-вниз (слева, внизу).

Земля, как и многие другие небесные тела, окружена атмосферой – оболочкой из газов, которая удерживается вокруг планеты благодаря гравитации, или силе притяжения.

Отдельные молекулы газов, составляющих атмосферу, перемещаются в разных направлениях с различной скоростью. Земная атмосфера весит пять квадриллионов тонн, и давление воздуха в разных ее участках различно. Именно из-за разницы в атмосферном давлении и возникает такое природное явление, как ветер.

Температура воздуха и атмосферное давление

Отдельные участки воздуха в атмосфере имеют разную температуру. В теплых потоках молекулы движутся с высокой скоростью и быстрее разлетаются в разные стороны. именно по этой причине более разрежен, его вес снижается, а создаваемое им атмосферное давление уменьшается.

В участках атмосферы с более холодным воздухом происходит обратное явление: молекулы образуют скопления с высокой плотностью, вес таких участков увеличивается, соответственно, повышается и атмосферное давление.

Воздух всегда перемещается из области повышенного давления в область пониженного. Чтобы понять этот механизм, достаточно представить себе, как работает плотина: если открыть шлюзы между участками с высотой в 7 и 5 метров, то вода потечет туда, где ее уровень изначально был ниже, то есть на участок с меньшей высотой. И это движение продолжится, пока уровень на обоих участках не сравняется.

Аналогичным образом происходит и движение атмосферных масс, что, в свою очередь, и образует такое явление, как ветер.

Бризы, муссоны, пассаты

Представьте себе ясный погожий день у морского побережья. Солнце воздействует и на воду, и на берег, но быстрому нагреву воды мешает ее подвижность: верхние слои, более теплые, постоянно смешиваются с более прохладными нижними слоями. Это мешает воде нагреваться так же быстро, как нагревается берег.

Воздух над берегом оказывается более теплым, чем над морем. И этот теплый воздух довольно быстро расширяется, расстояние между молекулами внутри этой области увеличивается, а давление снижается. В итоге воздух с более высоким давлением (то есть воздух с моря) двигается туда, где давление ниже, то есть в сторону суши, и приносит на побережье прохладу.

Ночью же все происходит наоборот: вода остывает медленнее, чем суша, и ветер начинает дуть с земли на море, воздух над которым теплее, чем над берегом. Этот ветер называют бризом – дневным и ночным. Кстати, направление ветра в горах тоже меняется вместе со временем суток: днем ветер дует из долины в сторону гор, а ночью – с гор в долину.

Бриз меняет направление дважды в сутки. Есть ветры, которые меняют направление дважды в году – летом и зимой; эти ветры называют муссонами. Принцип смены направления аналогичен принципу, согласно которому образуется бриз: над прогретой летом сушей давление воздуха низкое, и прохладный воздух перемещается со стороны океана.

Зимой муссон дует с быстро остывающего берега в строну еще сохраняющей тепло воды. Смена муссонов влечет за собой и перемену погоды: вместо сухой и малооблачной она становится дождливой. Муссоны характерны для восточной части материковой суши – там, где берег соприкасается с широкой полосой океана.

Помимо переменных, Земля имеет и постоянные ветры – пассаты и западные ветры. На протяжении всего года возле поверхности Земли дуют ветры, направленные от 30-х широт с высоким давлением в сторону экватора, где давление ниже. Но, поскольку планета вращается вокруг своей оси, эти ветры словно закручиваются по спирали: в Северном полушарии – на юго-запад с северо-востока, в Южном – с юго-востока на северо-запад.

Западные ветры образуются из-за перемещения воздушных масс от 30-х широт к полюсам. Именно пассаты приносят сухой воздух в Сахару, а западные ветры – влажную и дождливую погоду со стороны Атлантики в Европу.

Скорость, сила и направление ветра

Ученые характеризуют ветры по их скорости и силе. Скорость измеряют в баллах или метрах в секунду (один балл – около двух метров в секунду). Сила ветра зависит от разницы в атмосферном давлении между разными областями: чем эта разница больше, тем мощнее ветер.

Для оценки силы ветра еще в XIX веке была разработана шкала Бофорта, с 1874 года принятая для использования в Международной синоптической практике. На протяжении десятилетий в шкалу вносили изменения и дополнения, и сегодня ветры оценивают по 12-балльной системе.

Например, отсутствие ветра, или штиль, соответствует 0 баллов. Слабый ветер оценивают в 3 балла, свежий – в 5, сильный – в 6 баллов. Ветер силой в 9 баллов – это уже шторм, а в 12 – ураган. Шкалой Бофорта сегодня активно пользуются, прежде всего, в морской навигации.

Любой ветер также характеризуют с точки зрения его направления. Определяется направление, в зависимости от стороны горизонта, с которой дует ветер: если с севера – то ветер северный, если с юга – то южный. Направление ветра зависит не только от разницы в атмосферном давлении, но и от вращения Земли вокруг своей оси.

Ветер – это крупные воздушные потоки, вместе с которыми перемещаются огромные массы молекул газов атмосферы. Эти потоки могут охватывать тысячи километров и облетать всю землю, а могут иметь местные, «локальные» масштабы, как описанные выше ветры у моря и у подножия гор.

Воздух только кажется нам невесомым; чтобы понять, что атмосфера действительно имеет плотность, достаточно выставить руку за окно движущегося автомобиля – вы сразу почувствуете, как вашу руку обтекает поток воздуха.

Это нечто загадочное. Мы никогда его не видим, но мы всегда его чувствуем. Так почему же дует ветер? Узнайте в статье!

Ветер — это движение воздушных масс. Несмотря на то что мы не видим воздуха, мы знаем, что он состоит из молекул различных видов газов, в основном азота и кислорода. Ветер — это явление, при котором множество молекул движется в одном направлении.

Откуда же он берется? Ветер вызван различиями давления в атмосфере Земли: воздух из области с высоким давлением будет двигаться в сторону области с низким. Сильный ветер возникает, когда воздух перемещается между областями с огромными различиями в уровнях давления. Собственно, этот факт во многом объясняет, почему ветер дует с моря на сушу.

Образование ветра

Ветер — это движение воздуха у поверхности Земли. Он может быть нежным дуновением или сильным штормом. Самый сильный ветер случается во время явлений, называемых торнадо, циклонами и ураганами. Его вызывают изменения в температуре воздуха, суши и воды. Когда воздух двигается параллельно теплой поверхности, он нагревается и поднимается — это оставляет место для более прохладных масс. Воздух, «втекающий» в эти пустые пространства, — ветер. Его называют по направлению, из которого он исходит, а не по направлению, в котором он дует.

Бризы: береговые и морские

Береговые и морские бризы — это ветровые и погодные явления, характерные для прибрежных районов. Береговой бриз — это ветерок, дующий от суши к водоему. Морской бриз — это ветер, дующий с воды на землю. Почему дует ветер с моря и наоборот? Береговые и морские бризы возникают из-за существенной разницы температур наземной и водной поверхностей. Они могут простираться на глубину до 160 км или проявляться в виде локальных явлений, которые быстро ослабевают уже в первых нескольких километрах вдоль береговой линии.

С научной точки зрения...

Модели наземного и морского бриза могут сильно влиять на распределение тумана, вызывать накопление или рассеивание загрязнений по внутренним районам. Текущие исследования принципов циркуляции наземного и морского бриза также включают в себя попытки моделирования схем движения ветра, ведь это влияет на потребности в энергии (например, требования к нагреву и охлаждению) в пострадавших районах. Ветер также оказывает воздействие на зависящие от погодных условий операции (например, с воздушным судном).

Поскольку вода имеет гораздо более высокую теплоемкость, чем пески или другие материалы земной коры, при определенном количестве солнечного облучения (инсоляции) ее температура будет расти медленнее, чем на суше. Независимо от температурной шкалы, в дневное время температура суши может колебаться в пределах десятков градусов, в то время как у воды изменяется менее чем на половину градуса. И наоборот, высокая теплоемкость предотвращает быстрые изменения температуры жидкости ночью, и, таким образом, в то время как температура суши может упасть на десятки градусов, у воды она остается относительно стабильной. Кроме того, более низкая теплоемкость материалов земной коры часто позволяет им остывать быстрее моря.

Физика моря и суши

Итак, почему дует сильный ветер? Воздух над соответствующими поверхностями земли и воды нагревается или охлаждается в зависимости от проводимости этих поверхностей. В течение дня более высокая температура земли приводит к возникновению более теплых и, следовательно, менее плотных и более легких воздушных масс над побережьем по сравнению с такими, прилегающими к поверхности воды. По мере того как теплый воздух поднимается (явление конвекции), более холодный воздух движется по направлению к пустотам. Вот почему дует ветер с моря, и в течение дня обычно бывает прохладный морской бриз, идущий от океана к берегу.

В зависимости от разницы температур и количества поднятого воздуха, морской бриз может иметь иметь порывы со скоростью от 17 до 25 км в час. Чем больше разница температур между сушей и морем, тем сильнее ветер земли и морской бриз.

Почему дует ветер с моря

После захода солнца воздушная масса над прибрежной землей быстро теряет тепло, в то время как над водой она обычно не слишком отличается от ее дневной температуры. Когда воздушная масса над землей становится прохладней, чем воздушная масса над водой, наземный ветер начинает дуть от земли до моря.

Возбуждение теплого влажного воздуха из океана часто приводит к возникновению над береговой линией дневных облаков. Кроме этого, нередко движение воздушных масс и морские бризы используются туристами для полетов на дельтапланах. Несмотря на то что наземные и морские бризы преобладают на морском побережье, они также часто регистрируются вблизи крупных водоемов. Береговые и морские бризы приводят к повышению уровня влажности, возникновению осадков и умеренным температурам в прибрежных районах.

Объяснение для детей: почему дует ветер

Морские бризы чаще всего наблюдаются в жаркие летние дни из-за неравных скоростей нагрева земли и воды. В течение дня поверхность суши нагревается быстрее поверхности моря. Поэтому часть атмосферы над землей теплее, чем над океаном.

Теперь вспомним, что теплый воздух легче, чем более холодный. В результате он поднимается. В результате этого процесса более прохладный воздух над океаном занимает место у поверхности земли, чтобы заменить восходящие теплые массы.

Тем не менее стоит знать о том, что ветер формируется не только в результате различий в температуре. Глобальные движения атмосферы возникают в результате вращения Земли. Эти ветры группируют пассаты и муссоны. Пассаты происходят вблизи экватора и двигаются либо с севера, либо с юга к экватору. В средних широтах Земли, между 35 и 65 градусами, преобладают западные ветры. Они дуют с запада на восток, а также в сторону полюсов. Полярные ветры дуют вблизи северных и южных полюсов. Они движутся с полюсов на восток или на запад соответственно.

Наш мир полон загадок и интересных вещей. Разгадать их — задача человечества. Впереди нас ждут еще большие открытия, а пока мы уже точно знаем ответ на вопрос о том, как и почему дует ветер, а также какими факторами обусловлено его образование. Это дает возможность прогнозировать изменения погодных условий.

Ветер — это одно из самых уникальных природных явлений. Мы не можем его увидеть, потрогать, но способны наблюдать результаты его проявления, например, как он медленно или быстро гонит облака и тучи по небу, своей силой наклоняет деревья до земли или слегка треплет листву.

Понятие ветра

Что такое ветер? Определение с точки зрения метеорологии следующее: это горизонтальное движение слоев воздуха из зоны с высоким атмосферным давлением в зону низкого, сопровождающееся определенной скоростью. Данное движение происходит, потому что в течение дня солнце пронизывает воздушную прослойку Земли. Некоторые лучи, достигая поверхности, нагревают океаны, моря, реки, горы, почву, скалы и камни, которые отдают в воздух тепло, тем самым нагревая и его. За одинаковое количество времени темные предметы поглощают больше тепла и сильнее прогреваются.

Но какое же значение имеет то, как отдается тепло и насколько быстро? И как это поможет нам выяснить, что такое ветер? Определение заключается в следующем: суша стремительнее нагревается, чем вода, значит, скопленный над ней воздух получает от нее тепло и поднимается вверх, следовательно, атмосферное давление над данным участком падает. С водой же все с точностью до наоборот: над ней воздушные массы холоднее и давление выше. В итоге холодный воздух вымещается из участка высокого давления в участок низкого, образовывая ветер. Чем больше разность между этими давлениями, тем он сильнее.

Виды ветров

Разобравшись с тем, что такое ветер, необходимо узнать, сколько существует его видов и чем они отличаются друг от друга. Выделяют три основные группы ветров:

местные;
постоянные;
региональные.

Местные ветра соответствуют своему названию и дуют только на определенных территориях нашей планеты. Их появление связано со спецификой местных рельефов и изменениями температуры в относительно короткие промежутки времени. Эти ветра характеризуются малой протяженностью и суточной периодичностью.

Что такое ветер местного происхождения, теперь понятно, но и он делится на свои подвиды:

Бриз — легкий ветер, который в день дважды меняет направление. Днем дует с моря на сушу, а ночью наоборот.
Бора — сильноскоростной холодный воздушный поток, дующий с вершин гор на долины или побережья. Он непостоянный.
Фён — теплый и легкий весенний ветер.
Суховей - сухой ветер, преобладающий в степных районах в теплый период времени в условиях антициклона. Он предвещает засуху.
Сирокко — стремительные южные, юго-западные воздушные потоки, которые образуются в Сахаре.
А что такое ветер хамсин? Это пыльные, сухие и жаркие воздушные массы, преобладающие на северо-востоке Африки и востоке Средиземноморья.

К постоянным ветрам относятся такие, которые зависят от совокупной циркуляции воздуха. Они устойчивые, равномерные, постоянные и сильные. К ним принадлежат:

пассаты — ветра с востока, отличаются постоянством, не меняющимся направлением и силой в 3-4 балла;
антипассаты — ветра с запада, переносящие огромные воздушные массы.

Региональный ветер появляется в результате перепадов давления, немного похож на местный, но более устойчивый и мощный. Ярким представителем этого вида считается муссон, который берет свое начало в тропиках, на рубеже с океаном. Он дует периодически, но масштабными потоками, меняя пару раз в год свое направление: в сезон лета - с воды на сушу, в период зимы - наоборот. Муссон приносит много влаги в виде дождей.

Сильный ветер - это...

Что такое сильный ветер и чем он отличается от остальных потоков? Самая главная его особенность — это высокая скорость, которая колеблется в пределах 14-32 м/с. Он производит опустошительные действия или приносит урон, разрушения. Кроме скорости, значение имеет также температура, направление, место и продолжительность.

Виды сильных ветров

Тайфун (ураган) сопровождается насыщенным выпадением осадков и спадом температуры, большой силой, скоростью (177 км/ч и более), дует на расстоянии 20-200 м в течение нескольких суток.
Что такое ветер, который называется шквалом? Это резкий, внезапный поток со скоростью 72-108 км/ч, образующийся в жаркий период в результате мощного проникновения холодного воздуха в зоны теплого. Он дует в течение пары секунд или десятков минут, меняя направление, и приносит снижение температуры.
Шторм: его скорость - 103-120 км/ч. Характеризуется высокой продолжительностью, силой. Он источник сильных морских колебаний и разрушений на земле.

Торнадо (смерч) — воздушный вихрь, визуально похожий на темный столб, вдоль которого проходит искривленная ось. Внизу и вверху столба имеются расширения, похожие на воронку. Воздух в вихре крутится против часовой стрелки со скоростью 300 км/ч и затягивает в свою воронку все близлежащие предметы, объекты. Давление внутри торнадо сниженное. В высоту столб достигает 1500 м, а его диаметр — от десятка (над водой) до сотен метров (над землей). Смерч может проходить путь от пары сотен метров до десятков километров со скоростью 60 км/ч.
Буря — воздушная масса, скорость движения которой находится в диапазоне 62-100 км/ч. Бури обильно накрывают местности песком, пылью, снегом, землей, причиняя вред людям и хозяйству.

Описание силы ветра

Отвечая на вопрос о том, что такое сила ветра, уместно будет заметить, что здесь понятие силы взаимосвязано со скоростью: чем она выше, тем сильнее ветер. Этот показатель измеряется по 13-балльной шкале Бофорта. Нулевое значение характеризует штиль, 3 балла — легкий, слабый ветер, 7 — мощный, 9 — появление шторма, свыше девяти — беспощадные бури, ураганы. Сильные ветра часто дуют над морем, океаном, ведь им здесь ничего не мешает, в отличие от скалистых гор, холмов, лесов.

Определение солнечного ветра

Что такое солнечный ветер? Это удивительное явление. Ионизированные частицы плазмы потоком вытекают из солнечной короны (внешний слой) в космос с диапазоном скорости в 300-1200 км/с, который зависит от активности Солнца.

Бывают медленные (400 км/с), быстрые (700 км/с), высокоскоростные (до 1200 км/с) солнечные ветра. Они вокруг центрального небесного светила образуют область с пространством, которая защищает Солнечную систему от попадания в нее межзвездного газа. Кроме этого, благодаря им на нашей планете происходят такие явления, как радиационный пояс и полярное сияние. Вот что такое солнечный ветер.