§ 28. Вітер: причини виникнення, напрямки, сила, швидкість. Роза вітрів

Про вітри ми знаємо змалечку. Бо хто ж не любив спостерігати за осіннім листям чи пухнастим снігом, що вітер закручує у вихорі, ніжно кладе на землю, а потім знову піднімає в повітря?! Або ж з товаришами / товаришками бігати по стадіону чи по піщаному узбережжю наввипередки, «пускаючи змія» по вітру. А що вже казати про постійні мамині нагадування: «На вулицю не підеш — поглянь, як вітер снігом курить» або ж «Одягни шапку, бо вітер голову зносить». Очевидно, в цих випадках мова йшла про сильні пориви холодного вітру. Проте коли читаєш історичні романи, дивуєшся, як моряки-першовідкривачі боялися днів без вітру. Це погода, коли цілком відсутній вітер і водна поверхня в океані набирає вигляду дзеркала.

Але чому виникає вітер? Чому в одних місцях він слабкий, в інших — сильний?

Чи не тому, що в одних місцях повітря багато (високий тиск), а в інших його мало (низький тиск)?

Горизонтальне переміщення повітря з області високого тиску в область низького тиску називають вітром.

Спробуємо переконатися в цьому на практиці.

Практикуймо

Моделювання вітру

Дослідження 1. Надуємо гумову кульку до половини розмірів і, не закриваючи її, тут же відпустимо. Кулька зі свистом зробить карколомну петлю в повітрі і впаде на землю. Чому? А все тому, що ми втиснули в невелику ємкість багато повітря, збільшивши в кульці атмосферний тиск. Відпустивши кульку, повітря на великій швидкості виходить у бік меншого атмосферного тиску. Ось вам і простий приклад виникнення вітру.

Дослідження 2. Запалюємо свічку і ставимо її біля вхідних дверей класу. Відчиняємо двері — полум’я свічки почне відхилятись у бік класу — це тому, що в клас низом рухається холодне повітря. Піднімемо свічку — і полум’я почне відхилятися в бік коридору — це тому, що верхом виходить з класу тепле повітря. Цим дослідом ми довели, що холодне повітря важче, а тепле — легше. Якщо ми свічку поставимо біля прочиненого вікна — від сильного вітру полум’я швидко загаситься. Бо чим більша різниця тиску між двома територіями, тим сильніший вітер.

Отже, основною причиною виникнення вітру на Землі є різна температура нагрівання земної поверхні. Тому що: різний кут падіння сонячних променів, неоднакова висота над рівнем моря і різний характер підстильної поверхні.

Силу вітру вимірюють за 12-бальною шкалою Бофорта, яку розробив у 1805 р. французький гідрограф Френсіс Бофорт. А швидкість вітру вимірюють у метрах за секунду або км/год.

Практикуймо

Проаналізуйте шкалу Бофорта. Чи можна за цими ознаками визначити наявний вітер у вашій місцевості?

Назва вітру

Швидкість вітру, м/с

Ознаки дії вітру

Листя на деревах не рухається, дим із коминів піднімається вертикально

Листя на деревах ледь погойдується, дим із коминів піднімається вертикально

Дим із коминів трохи відхиляється, листя шелестить, вітер майже не відчувається обличчям

Вітер гойдає тонкі (однорічні) гілки дерев

Вітер здіймає куряву, гойдаються гілки середньої товщини

Хитаються тонкі стовбури дерев, на воді з’являються хвилі з гребнями, дим з комина стелиться горизонтально

Хитаються товсті стовбури дерев, гудять лінії електропередачі

Хитаються великі дерева, важко йти проти вітру

Вітер ламає товсті стовбури

Вітер зносить дахи, легкі будівлі, огорожу

Вітер ламає і вириває з корінням дерева, руйнує міцні будівлі

Вітер чинить великі руйнування

Найпростіший прилад, яким вимірюють напрям вітру, — флюгер. Це один з найстаріших приладів, яким колись користувалися моряки в портових містах. Пізніше флюгерами почали прикрашати фортеці, замки та ратуші.

Мал. 94. Флюгер на даху будинку, м. Тернопіль

Можливо, й у вашому населеному пункті на даху старої будівлі ви помітите флюгер у вигляді півня? На метеорологічних станціях сьогодні використовують сучасний прилад, який визначає не лише напрям, але і швидкість вітру. Це — анемометр.

2. Постійні вітри

Ми вже знаємо, що на Землі присутні пояси постійного тиску. А також розуміємо природу виникнення вітру. Тож цілком логічним буде наявність на нашій планеті територій, де протягом року постійно будуть дути вітри. Тому ці вітри отримали назву постійні.

Проаналізуємо схему постійних вітрів на нашій планеті (мал. 92).

На перший погляд, на схемі є помилка, адже вітри повинні рухатися під кутом 90° з області високого тиску до області з низьким тиском. Але чомусь вони відхиляються від потрібного напрямку і рухаються під кутом 45°. Все це відбувається тому, що наша Земля обертається навколо своєї осі. Тому вітри будуть відхилятися.

Мал. 95. Схема постійних вітрів

Вітри, які дмуть від пн. та пд. тропіків під кутом 45° до екватор, називають пасатами. В помірних широтах панують західні вітри. Вони дмуть з південного заходу на північний схід у Північній півкулі. А в Південній — з північного заходу на південний схід.

Вітри, що дмуть з полярних широт Північної півкулі, називають полярними. А ті, що характерні для Антарктиди, — стоковими.

Зрозуміло, що саме ці вітри мають великий вплив на клімат територій, через які вони проходять. Також постійні вітри відіграли і відіграють головну роль у формуванні постійних течій в океанах.

3. Сезонні та інші вітри

Сезонні вітри змінюють свій напрям зі зміною пір року. І все тому, що підстильна поверхня вбирає і відбиває сонячну енергію по-різному. Для прикладу, проаналізуємо схему мусону.

Влітку, коли сонячне проміння під високим кутом нагріває землю, повітря буде рухатися вверх, отже, над нею пануватиме низький тиск. В океані в цей час вода лише нагріватиметься, бо ж за зиму вона дещо охолола. Тому над океаном буде формуватися область високого тиску. Виникає запитання: куди буде рухатися вітер? Звичайно, з океану — на сушу. Ці вітри будуть приносити з океану багато опадів (мал. 96а).

Взимку сонячне проміння над сушею проникає під низьким кутом, тому суша швидко охолоджується і над нею утворюється область високого тиску. А океан за літо прогрівся, тому над ним формується область низького тиску. Отже, вітер буде вже рухатись із суші на океан, приносячи з собою лише прохолодне і сухе повітря (мал. 96б).

Мал. 96. Мусони: а) зимовий, б) літній

Один з цікавих і типових вітрів, що характерні для узбережжя морів і великих водойм, це — бриз — вітер, який змінює свій напрям два рази на добу — вдень дме з води на сушу, а вночі навпаки: із суші до води. Найбільше бриз відчувається влітку: вдень він понижує температуру на узбережжі і піднімає вологість повітря. Тому в сонячні дні біля водойми не відчувається спека. На півдні України на узбережжі Чорного та Азовського морів бризова циркуляція сягає відстані до 40 км. Ще не доїхавши десятки кілометрів до моря, ви в повітрі відчуєте запах морської солі, риби. Цей запах до вас приніс морський бриз.

Чому виникають смерчі? Смерч — це атмосферний вихор руйнівної сили. Основні причини його формування — це зіткнення в атмосфері різних за температурою та вологістю шарів повітря, а також присутність сильного бокового вітру. Найчастіше смерч з’являється у грозовій хмарі, з низьким тиском в центрі і нагадує зовні лійку, гострий кінець якої видовжується до поверхні землі. Смерч руйнує все, що знаходиться на його шляху, і засмоктує одним або кількома «хоботами» все, що зможе підняти до певної висоти. Смерчі, які поширені на території США, називають торнадо.

Пізнаймо більше

Через різноманітний рельєф нашої планети, переважання водної поверхні над сушею, наявність лісових масивів, пустель, степів та льодового покриву на Землі виникає багато місцевих вітрів. Зрештою, в кожній країні той самий вітер може мати іншу назву. Теплі і сухі вітри, які спускаються в долини з гір, отримали назву фен, чинук. Холодними вітрами є бора, памперо, буран. До сухих гарячих вітрів відносять суховії, пилові бурі, самум, хамсин, харматан, афган.

Пізнаймо більше

Вітри в Україні. Для території України, крім бризової циркуляції, характерні західні, південно-західні та східні вітри. Для Карпат і Кримських гір характерні гірсько-долинні вітри, фени, бора. На рівнинні ділянки влітку приходять суховії, іноді смерчі. А взимку на всій території — заметілі, хуртовини.

Знаймо, вміймо і використовуймо в житті

Вітер — горизонтальне переміщення повітря з області високого тиску в область низького тиску. Основною причиною виникнення вітру є різниця тиску через неоднакове нагрівання поверхні Землі. Чим більша різниця в тиску, тим сильніший вітер. Серед вітрів є велика кількість руйнівних, але, в цілому, вітри відіграють велику роль у перенесенні вологи з океану на сушу, в запиленні рослин, у розповсюдженні живих організмів по всій нашій планеті.

Знаючи про переважаючі вітри у своїй місцевості, інженери-будівельники правильно спроектують житловий будинок, хімічне підприємство, вітрову електростанцію.

Практикуймо

1. Які причини виникнення вітру?

2. При якій різниці тиску вітер буде найсильнішим:

• а) 760 — 690 мм рт. ст.;
• б) 740 — 720 мм рт. ст.;
• в) 750 — 670 мм рт. ст.;
• г) 700 — 690 мм рт. ст.?

3. Яким чином, візуально спостерігаючи за вітром, можна визначити його швидкість?

4. Які з відомих вам вітрів характерні для території вашої області, населеного пункту?

5. Чи можна енергію вітру використати для потреб людства?

«У чому різниця між торнадо і смерчем?»

Практична робота

Побудова діаграми рози вітрів

Завдання: побудувати діаграму рози вітрів за місяць для одного з населених пунктів України, використовуючи власний календар спостережень за погодою.

1. Простим олівцем і лінійкою в зошиті креслимо схему основних і проміжних сторін горизонту. В центрі перехрестя малюємо невеличке коло, в якому записуємо кількість днів без вітру.

2. Вибираємо масштаб: наприклад, одна клітинка (0,5 см) — один день.

3. На кожній лінії, що вказує сторону горизонту, відкладаємо крапки — кількість днів з характерним напрямком вітру: наприклад, 4 дні дув південний вітер — на південній лінії від центра схеми відкладаємо 4 клітинки. Таким чином відкладаємо всі напрямки вітрів протягом місяця.

4. Крайні крапки з’єднуємо лініями — у нас вже готова діаграма рози вітрів.

5. На бажання, середину діаграми можна замалювати кольором, щоб краще було видно переважаючий напрям вітру.

6. Робимо висновок: який вітер у даному місяці був переважаючим; скільки було безвітряних днів; який вітер характерний саме для вашої території і чому.

Вітер: напрямок, сила і швидкість вітру

Під вітром зазвичай розуміється поздовжнє спрямований рух атмосферних потоків. Це природне явище спостерігається на всіх планетах, де є атмосфера, при цьому напрямок атмосферних потоків може бути непередбачуваним. На Землі атмосфера відносно спокійна, тому прийнято відокремлювати звичайні вітру, поздовжньо дмуть уздовж поверхні, від таких явищ, як смерчі або вертикальні потоки.

Відповідно до сучасних метеорологічним стандартам, всі земні поділяються залежно від наступних параметрів:

• масштаб і область поширення;
• сила і швидкість;
• природа виникнення;
• тривалість;

Далі будуть розглянуті основні природні явища одночасно з їх ключовими особливостями

Утворення атмосферних потоків, їх масштаб

Перша важлива характеристика – масштаб і сполучена з ним область поширення (впливу) вітрів. Існують глобальні атмосферні потоки: мусони, пасати, східні і західні вітри, полярні і субтропічні атмосферні фронти. Вони відносяться до так званим постійним вітрам планети і утворюються в результаті масштабних кліматичних зсувів при зміні пір року.

Локальні вітру утворюються на тлі місцевих кліматичних особливостей – при перепаді температур, вздовж водойм або гірських хребтів. Найвідомішими локальними вітрами є бор, фён, бриз, суховій і безлічі інших атмосферних потоків, характерних для конкретної місцевості. Їх виникнення обумовлюється як міжсезоння змінами повітряних потоків, так і різними географічними особливостями.

Тривалість – ще один параметр, що характеризує різні типи вітрів. Вище були розглянуті тривалі вітру широкої області охоплення, однак існують і короткочасні обмежені атмосферні обурення. До них відносять різні локальні антициклони і циклони, грози, смерчі, сезонні вітру і деякі інші. Цей тип вітрів – найпоширеніший і непостійні, вони можуть сформуватися протягом декількох днів і так само швидко згаснути.

Вплив вітру на погодні умови

Атмосферні потоки – один з основоположних природних факторів, який безпосередньо пов’язаний з більшістю природних явищ. Циклони і антициклони, які обумовлюють локальні зміни клімату, являють собою локальні атмосферні освіти. Вони здатні привести до різкої зміни погоди, нехарактерною для певного регіону.

Інший приклад впливу вітрів на погоду – грози і град. Саме під впливом гарячих висхідних вітрів утворюються сильні грозові вітру, відбувається електризація між молекулами води. Згідно з останніми даними, всі погодні явища схильні до впливу атмосферних фронтів: в тому числі, дощі, посухи, стихійні пожежі, урагани.

Крім того, локальні вітру продукують такі явища, як турбулентність і обмерзання, що обумовлює важливість їх вивчення і своєчасного відстеження.

Швидкість і сила вітру, шкала Бофорта

Розглядаючи характеристики вітрів, не можна не торкнутися їх сили, яка знаходиться в прямій залежності від швидкості. Вона вимірюється в метрах в секунду, при цьому за підсумкову швидкість зазвичай приймають усереднене значення в межах 10 хвилин безперервного виміру. Рекордний показник для нашої планети був зафіксований в 1996 році, в Австралії і склав близько 113-115 м / с або приблизно 410 кілометрів на годину. Найсильніші постійні вітри дмуть в Антарктиді: їх швидкість досягає позначки в 90м / с.

Так як швидкість і сила вітру є його основними потенційно небезпечними характеристиками, була розроблена міжнародна шкала класифікації Бофорта. Вона оцінює приблизну вплив швидкості вітру на будівлі, різні наземні споруди, людини, природу і техніку.