Вітер - це потік повітря, що переміщується, як правило, в горизонтальному напрямку із зони високого атмосферного тиску в зону низького. Головні його властивості - напрямок, сила і тривалість.
Як утворюється вітер?
Основна причина утворення вітру - нерівномірний розподіл атмосферного тиску. Сонячні промені, досягаючи поверхні Землі, нагрівають океан і сушу. При цьому температура в різних куточках нашої планети зростає нерівномірно.
Наприклад, найсильніше нагрівається зона екватора і відповідні пояса. Температура океанічних вод підвищується менш інтенсивно, ніж температура суші, проте водні масиви довше утримують тепло.
Таким чином, повітряні маси теж нагріваються нерівномірно. Утворюються зони з різним тиском, внаслідок чого відбувається повітряна циркуляція. Так, нагріті потоки (висхідні) із зони низького тиску спрямовуються вгору. Тим часом, остиглий повітря (низхідні потоки) опускається вниз і спрямовується в область низького тиску.
Атмосфера Землі не зупиняється ні на секунду. Процес повітряної циркуляції носить глобальний характер. Коли масивні потоки теплого і холодного повітря стикаються, виникають різні за інтенсивністю вітри.
Класифікація швидкості вітру в балах за шкалою Бофорта
У світі прийнято розрізняти вітер по швидкості і силі в балах від 0 до 12. Для цього використовується шкала Бофорта, розроблена ірландським моряком, картографом і військовим адміралом - Френсісом Бофортом.
У Бофорта було чимало заслуг і талантів, проте всесвітню популярність він знайшов саме завдяки цій шкалі. Під час служби на флоті Френсіс вів регулярні спостереження за вітром. Отримані дані він записував в щоденник. В майбутньому спостережливість допомогла йому в розробці шкали, яку офіційно затвердили в 1838 році.
Цікавий факт: Щоб віддати данину видатним заслугам Френсіса Бофорта, в честь нього назвали море, антарктичний острів і мис в північній частині Канади.
У 20-му столітті шкала Бофорта була доопрацьована: систему з 12 балів розширили до 17, щоб можна було класифікувати особливо сильні вітри, наприклад, тайфуни. Але розширена версія використовується лише в тих зонах, де такі тайфуни відбуваються досить часто (Китай, Тайвань і т.п.).
Згідно зі шкалою Бофорта, сила вітру визначається по 2-ма критеріями:
- хвилювання відкритого моря;
- вплив вітру на сухопутні об'єкти.
Відповідно є і 2 таблиці: одна для суші, інша - для відкритого океану. У таблиці для суші показана сила вітру і швидкість в метрах за секунду. У другому варіанті швидкість вітру дається в вузлах. В обох шкалах вказані загальні риси, за якими можна визначити силу повітряних потоків.
Напрямок вітру
Напрямок вітру залежить переважно від різниці атмосферного тиску і обертання Землі. Помічено, що на полюсах планети переважають східні вітри. У помірному поясі обох півкуль вітри дмуть в західному напрямку.
В області тропічного поясу спостерігаються повітряні потоки східного напрямку. Також є великі зони, в яких вітер рухається по вертикалі, дотримуючись правило низького і високого атмосферного тиску. Це субтропічні і приполярні пояса.
У кліматології і метеорології існує поняття рози вітрів. Це діаграма векторного типу, яка відображає режим вітру в заданій місцевості, заснований на тривалому спостереженні.
Роза вітрів являє собою багатокутник, промені якого розходяться від центральної частини діаграми. По довжині кожного променя можна судити, наскільки часто вітер дме в певному напрямку. Цю інформацію враховують при будівництві об'єктів інфраструктури (доріг, посадочних смуг і т.д.) і в багатьох інших галузях.
Цікавий факт: Справжня троянда вітрів обов'язково має різні промені. Якщо на зображенні все промені розподілені рівномірно, це просто графічне відображення сторін світу.
Види вітрів
За основною класифікації вітри діляться на постійні (або переважні) і сезонні.
Постійними називаються вітри, які не змінюють свого напряму. Вони утворюються завдяки зіткненню зон високого і низького тиску. Сезонні вітри, відповідно, змінюють свій напрямок в залежності від поточної пори року.
Також окрему категорію складають місцеві вітри. Це повітряні маси, які циркулюють тільки на певних територіях планети. При цьому вони визначають кліматичні умови даної зони.
Постійні
Різновиди переважних вітрів:
- пасати;
- західні;
- східні.
Пассат - вітри, що дмуть зі сходу між тропіками і спрямовуються до екватора. Вони розділені безвітряної смугою. Саме пасати направляють тропічні циклони в західному напрямку.
Західні вітри помірного пояса представляють потоки повітря, які переважають на помірній широті - в зоні між 35 і 65 градусами північної і південної широти. Рухаються вони із заходу на схід.
Східні вітри полярних районів направляються з зон високого тиску в зони низького тиску.
Сезонні
Сезонні вітри представлені однією категорією - мусонами. Вони дмуть в області тропіків протягом декількох місяців. При цьому двічі в рік мусони різко змінюють свій напрямок.
У літній період повітряні потоки рухаються з океану на сушу, а взимку, навпаки - з материкової частини в бік океану. Мусони приносять з собою велику кількість опадів в теплу пору року. Формування вітрів відбувається на сході і південному сході Азії.
Місцеві
Найбільшою різноманітністю відрізняються місцеві вітри. Серед них можна виділити наступні види:
- Бриз - теплий потік повітря на стику морських водойм і берегової лінії. Змінює напрямок два рази на добу. Днем бриз дме з моря на сушу, вночі - з узбережжя в бік моря.
- Самум - сухий вітер пустельного типу, який переносить величезні піщані маси. Зустрічається в африканських пустелях і на Аравійському півострові.
- Сирокко - повітряні потоки над Північною Африкою і Середземномор'ям, які мають південно-західний і південний напрямок.
- Бора - вітри, що формуються на територіях, де гори межують з морями. Температура потоків залежить від пори року. Напрямок - з гір до моря.
- Фён - вітер, що дме поривами з гір в напрямку долин. Відрізняється сухістю і виникає через перепад висоти на невеликій території. Поширений в гірських районах Північної Америки, Євразії.
- Суховій - виникає в помірному поясі над степами і пустелями. Повітря сухий і гарячий.
- Нордер - вітер, що спостерігається в Мексиканській затоці і дме з півночі.
- Зюйд - назва означає південний вітер, зустрічається на північному полюсі.
- Зефір - повітряний потік в східній частині Середземномор'я, що виникає в теплу пору року.
Також бувають незвичайні види вітрів, такі як торнадо (ураган, що зустрічається в Північній Америці), хабуб (африканські піщані бурі), бліззард (канадський буран зразок сибірської заметілі), хамсин (гарячий штормовий вітер в Саудівській Аравії, що триває близько 50 днів) та інші .
Як вимірюють швидкість вітру?
Для вимірювання швидкості вітру винайшли спеціальні прилади, які називаються анемометрами. Вони бувають механічними, ультразвуковими і тепловими. Механічні діляться на чашкові і крильчасті.
Чашковий анемометр вважається найбільш поширеним. Такий прилад складається з напівсферичних чаш і ротора. При цьому чаші насаджені на ротор і при подиху вітру починають обертатися.
В основі даного способу вимірювання міститься різниця тиску, яку створює вітер на опуклі і увігнуті боку чаш. Швидкість обертання ротора відповідає швидкості вітру.
Від чого залежить швидкість і сила вітру?
Швидкість вітру залежить від того, наскільки велика різниця атмосферного тиску між територіями. Таким чином, чим швидше рухається вітер, тим більше показник його сили, з якою потік впливає на навколишні предмети.
Для прикладу можна взяти три території: на одній барометр показує 765 мм ртутного стовпчика, на інший - 760, на третьому - 750. Вітер, що дме з першої території, на третій буде сильніше і швидше, ніж на другий через більшу різниці в тиску .
Які вітри викликають утворення різних течій?
Морські течії - це потужні потоки води, які рухаються постійно або виникають періодично в морях і океанах. Течії виникають з різних причин, однією з яких є вітер.
Викликані вітром, течії поділяються на два типи:
- Дрейфові - утворюються тільки під дією вітру.
- Вітрові (комбіновані) - виникають не тільки через сили вітру, а в сукупності з різною щільністю води, нахилом рівня моря.
Напрямок течії залежить від того, в який бік рухається потік повітря. Вітрові течії завжди тільки поверхневі. Найбільш сильними серед них вважаються протягом Західних Вітрів, протяжність якого становить близько 30 000 км, а також Південна Пасатна течії.
Цікавий факт: Протягом Західних вітрів або антарктична циркумполярна - це єдиний водний потік, який проходить через всі меридіани.
Таким чином, морські течії викликають мусони, пасати і західні вітри.
Чому взимку над сушею більш високий тиск, ніж над океаном, а влітку - навпаки?
У зимовий період материкова частина Землі остигає швидше, ніж океанічні води. Таким чином, над материком повітря охолоджується, а рівень тиску зростає. Над товщею води повітря тепліше, а тиск - нижче.
Влітку спостерігається зворотна ситуація. Поверхня землі нагрівається швидше, тому над нею формується область низького тиску. Над холодним океаном - високий тиск.
Цим обумовлено і напрямок мусонів в різні пори року. Літній мусон дме в бік материка, а зимовий - в напрямку океану.
Використання вітру людиною
Вітер - елементарний джерело енергії, який, до того ж, є екологічно безпечним. А збереження екології - одна з основних поточних завдань людства. Цікаво, що сила вітру служить людям з давніх-давен.
Раніше це були найпростіші пристрої на кшталт млинів. Зараз будуються комплексні вітроенергетичні установки, за допомогою яких сила вітру перетворюється в електрику.
Енергія вітру може бути перетворена в наступні види енергії:
- кінетичну - для пересування вітрильних суден (в минулому), польотів повітряних куль;
- механічну - для установок, що перекачують воду і подрібнюючих зернові (застарілі способи);
- електричну - для виробництва електроенергії.
За потенціалом енергія вітру знаходиться на шостому місці в списку можливих джерел після сонячного випромінювання, вугілля, урану, нафти і природного газу. Так, можливий обсяг електроенергії, який можна отримати за рахунок вітроенергетичних установок, складає близько 25-700 ТВт в рік.
Цікавий факт: Згідно з розрахунками організації Global Wind Energy Council, активний розвиток вітроенергетики дозволить знизити обсяг викидається в атмосферу вуглекислого газу на 1,5 мільярда тонн в рік.
Країни-лідери у вітроенергетиці (2015 г.):
- Китай - 115 000 МВт.
- США - 65 000 МВт.
- Німеччина - 39 000 МВт.
- Іспанія - 22 000 МВт.
- Індія - 22 000 МВт.
- Великобританія - 12 000 МВт.
- Канада - 10 000 МВт.
- Франція - 9 000 МВт.
- Італія - 8 000 МВт.
- Бразилія - 6 000 МВт.
У Росії вітроенергетика розвинена слабо і на це є кілька причин. По-перше, середня швидкість вітру по всій території - близько 5 м / с (річні розрахунки). Це недостатній показник для стандартних установок, тому додаються витрати на додаткове обладнання.
По-друге, краще вибирати стабільні джерела енергії, що не залежать від різних факторів (зокрема природних). Вітроенергетика в нашій країні пов'язана і з безліччю інших недоліків, особливо якщо мова йде про малих обсягах. Наприклад, висока вартість обладнання, проблемна експлуатація, обслуговування систем і т.п.
Значення в природі
Вітер є найважливішим природним фактором, який впливає на складові природи: кліматичні умови, геологічні процеси, рослини, тварини та ін.
Основні наслідки впливу вітрів:
- Виникнення сильних океанічних течій, які визначають клімат прилеглих зон.
- Ерозія грунту через видування дрібних частинок.
- Утворення нових форм рельєфу. Наприклад, перенесення і відкладання піску вітром призводить до появи піщаних дюн.
- Перенесення пилу з пустель і забруднення повітря. Наприклад, влітку дмуть пасати в Північній півкулі. При цьому вони поступово наближаються до областям субтропічних пустель. В результаті пил з Сахари протягом сезону досягає південно-східній частині Північної Америки.
- Поширення пожеж. Вітер - один з основних факторів, який впливає на швидке поширення пожеж, особливо лісових.
- Вплив на рослини. Повітряні потоки поширюють насіння деяких рослин, обмежують зростання дерев, а також можуть наносити механічні пошкодження переносяться твердими частинками.
- Вплив на тварин. Вітер підсилює холод в сукупності з низькими температурами - це основний аспект його впливу на тваринний світ. До впливу вітру змушені пристосовуватися, наприклад, пінгвіни, птахи, комахи. Деяким видам рух повітряних мас приносить користь - олені розпізнають здалеку хижаків за рахунок гострого нюху.
Цікавий факт: Найбільш відомі рослини, які поширюються завдяки вітру - кульбаби, клен, перекотиполе. Запилення багатьох рослин відбувається за рахунок перенесення пилку.
Чому вдень вітер дме з моря на сушу, а вночі - навпаки?
Основним фактором є температура і відповідне їй атмосферний тиск, як і в випадку з зимовими / літніми мусонами. Але вітер, який утворюється на межі суші і морського водойми, має власну назву - бриз.
Днем суша швидше нагрівається, ніж вода, тому вітер дме в зону низького тиску. Вночі земна поверхня швидше остигає, а вода залишається теплою, тому бриз змінює напрямок і дме в бік моря.
Вітер за межами Землі
За межами нашої планети виділяють кілька видів вітрів:
- сонячний;
- планетарний;
- інопланетний.
Сонячний вітер є переміщення не повітряних потоків, а плазми, яку викидає сонячна атмосфера. Це явище відбувається на швидкості близько 400 км / с. Геліосфера - велику ділянку міжзоряного простору, який оточує Сонячну систему і утворений сонячним вітром.
Цікавий факт: Магнітне поле Землі не дає вітру проникати в атмосферу. Але іноді спалахи на Сонці бувають настільки сильними, що сонячний вітер все ж пробивається крізь цей захист і викликає полярне сяйво, магнітні бурі.
Планетарний вітер - це переміщення газів у верхніх шарах атмосфери планети. Через це планета втрачає можливість взаємодіяти з іншими частинками газу. Якщо подібні процеси тривають безліч років, планета може втратити свою атмосферу, запаси води і т.д.
На інших планетах теж є різні вітри. На Венері вони дмуть зі швидкістю 83 м / с і можуть облетіти планету за кілька земних діб. На Юпітері вітер досягає 100 м / с і більше. Найсильніші потоки на Сатурні - близько 375 м / с.
Цікавий факт: Відомо, що на Марсі є кілька типів вітрів. Наприклад, пилові смерчі і вітри, що дмуть з полюсів на швидкості близько 110 м / с.