Сила ветра: измерение и использование. Как определить направление ветра? Воздуха скорость и направление ветра

Направление ветра в буквальном понимании в современной жизни играет настолько незначительную роль, что постепенно стало идиомой, образным выражением. Хотя до сих пор есть люди, знающие, как определить направление ветра, и регулярно пользующиеся этими навыками. Причем язык не повернется назвать их ретроградами: это поклонники активных видов спорта. Определять направление и силу ветра необходимо в парашютном, горнолыжном и парусном спорте, кайтбординге, виндсерфинге, планеризме и т.д.

Пусть спортсменам-экстремалам и не приходится определять направление ветра по флюгеру и/или розе ветров - в их распоряжении современные приборы и компьютерная техника. Но знания не бывают лишними, особенно когда от них зависит здоровье и даже жизнь. Навигаторы теряют сеть, смартчасы выходят из строя, зато карты, компасы и розы ветров по-прежнему, как и сотни лет назад, верой и правдой служат для определения направления ветра. Научитесь измерять скорость ветра простыми способами для собственной безопасности.

Чем измеряют параметры ветра? Приборы для определения направления ветра
Очевидно, и тем более ощутимо, что окружающая нас атмосфера не бывает неподвижной. Колебания воздуха или, говоря научным языком, циркуляция атмосферы, - это то, что мы привыкли называть ветром. Ветер, как движение, характеризуются вполне конкретными параметрами: направлением, силой и скоростью. Еще древние исследователи придумали простейшие устройства для измерений направления ветра, которые развивались и совершенствовались по мере технического прогресса:
Если направление ветра играет роль в вашей деятельности, есть смысл купить прибор для его измерения или сделать анемометр, флюгер или ветроуказатель самостоятельно. Так вы в любой момент сможете определить направление ветра, но этого еще не достаточно. Чтобы правильно трактовать показания приборов, нужно понимать основы определения направления ветра:

1. Направление ветра, означающее, куда ветер дует, называется аэронавигационным . Это логичное, но не единственное измерение направления ветра.
   
2. Метеорологическое направление ветра показывает, откуда дует ветер.
   

Метеорологическое и аэронавигационное направление ветра отличаются друг от друга с точностью до наоборот. Можно только представить себе, какими последствиями чревата путаница между ними!

Что такое роза ветров? Как определить направление ветра по розе ветров?
Движение воздуха зависит от географического положения и рельефа. Причем, если сила и скорость ветра меняются часто, то направление придерживается основных векторов, типичных для той или иной местности. Для записи направления ветра исследователи придумали наглядный график-диаграмму: так называемую розу ветров. Роза ветров похожа на розу не больше, чем на ромашку или просто многолучевую звезду. Но это совершенно не важно, если вы научитесь определять направление ветра по розе ветров, как делали это средневековые мореплаватели и продолжают делать современные строители, авиаторы и метеорологи:

• Роза ветров показывает преобладающее направление ветра, или господствующий ветер. Этого не всегда достаточно для точных измерений, но необходимо для выбора траектории движения транспорта, расположения строительных объектов и просто принятия решения о покупке путевки на горнолыжный курорт.
  
• Роза ветров состоит из осей координат, которые пересекаются между собой в точке, условно обозначающей «0». По мере отдаления от центра каждый ось размечена отрезками для измерения силы ветра. Четыре луча розы ветров указывают стороны света, восемь лучей – промежуточные значения и т.д.
  
• Сила ветров, дующих в каждом из направлений в течение некоторого времени, отмечается на соответствующей оси. Затем крайние точки измерений соединяются между собой непрерывной линией, образующей фигуру неправильной формы. Глядя на нее, сразу становится видно, в каком направлении ветер дует чаще/сильнее.
  

Розы ветров разных местностей публикуются в открытых источниках, их можно найти в географических справочниках, на картах и в прогнозах погоды. Одна и та же роза ветров может отображать не только господствующее направление ветра, но и его продолжительность и/или сезонность. Не забывайте, что роза ветров показывает метеорологическое направление ветра!

Как определить направление ветра по карте? Ветер и атмосферное давление
Ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого. Вращение Земли влияет на этот процесс и отклоняет направление ветра по спирали. Это отображается на климатических картах, по которым можно определить направление ветра над поверхностью суши и воды:

• Днем вода холоднее суши, поэтому атмосферное давление над водой выше, и ветер дует от водоема на берег, параллельно прибою. Этот ветер называется морским бризом и на климатических картах его направление отображается в виде тонких стрелок, закругленной формы, направленных против часовой стрелки. Ночью вода остывает медленно, области высокого и низкого давления над сушей и водой меняются местами и ночной, или береговой бриз дует в сторону водоема (стрелки на карте по часовой стрелке).
  
• Местные ветры в горах и на континентах реже меняют направление. Сезонные ветры муссоны сменяются всего дважды в год. Они подчиняются тому же принципу атмосферного давления, но с воды на сушу дуют летом, а с суши – зимой. Направление муссонов отражается на картах более широкими стрелками разного цвета (обычно синими и красными).
  
• Постоянные ветры называются пассатами. Направление пассатов также зависит от давления, но в планетарных масштабах. Так, самое низкое давление наблюдается у экватора, поэтому ветры от широты около 30° устремляются туда, немного отклоняясь к западу. Давление у параллели 56° так же низко, как и у экватора, поэтому пассаты дуют и в сторону полюсов, отклоняясь к востоку. Все это можно увидеть на климатических картах и глобусах или просто запомнить, что западные ветры господствуют в умеренных широтах, а у экватора - восточные.
  

Заучите терминологию, чтобы никогда не путать, что восточные ветры дуют с востока, а не на восток, а западные ветры, соответственно, дуют с запада, а не на запад.

Как определить направление ветра по флюгеру и другим подручным материалам?
Зимние и летние туристы наверняка насмешили бы бывалых мореплавателей, если бы им довелось встретиться по воле фантастической временной петли. С одной стороны, мы можем пользоваться чудесами техники, умещающимися в смартфоны, часы и брелоки. С другой стороны, часто забываем посмотреть даже готовый прогноз погоды, не говоря уже о том, чтобы запастись климатической картой или хотя бы специальным приложением для определения направления ветра. На всякий подобный случай запомните простые способы определения примерного направления ветра в данный момент:

1. Если вы или кто-то поблизости жарит шашлыки, обратите внимание на дым: он отклоняется в ту же сторону, в которую дует ветер, то есть показывает аэронавигационное направление ветра.
   
2. Если барбекю не входит в планы, снимите с головы бандану или возьмите в руки легкое парео, выйдите на открытый участок пляжа или лесную поляну, и поднимите руку с этим импровизированным флагом. Если ветер достаточно сильный, он поднимет ткань и направит ее, как флюгер.
   
3. Находясь на берегу, посмотрите на воду. Летним днем ветер почти наверняка будет направлен на сушу, и волны помогут в этом убедиться. Однако не путайте направление ветра с течением реки – они могут не совпадать.
   

Если ни дыма, ни водоема нет, вам останется использовать собственную голову в качестве навигационного прибора. Не спеша поворачивайте ее по кругу, пока шум ветра в обоих ушах не станет одинаковым. Скорее всего, в этот же момент ветер отбросит ваши волосы назад, потому что будет дуть прямо в лицо. Но воспользоваться этим методом можно только на открытом пространстве: на поляне, в поле, на холме. В замкнутых дворах, тоннелях и ущельях вступает в силу явление турбулентности, мешающее правильно определить направление ветра. Именно поэтому важно знать разные способы измерения ветра, чтобы всегда правильно определять его направление.

Ветер как явление природы известен каждому еще с раннего детства. Он радует свежим дуновением в знойный день, гоняет корабли по морю, а может и гнуть деревья, и ломать крыши на домах. Основным характеристиками, которые определяют ветер, являются его скорость и направление.

С научной точки зрения, ветром называется передвижение воздушных масс в горизонтальной плоскости. Такое движение возникает потому, что имеет место разность атмосферного давления и тепла между двумя точками. Воздух передвигается из областей высокого давления в те области, где уровень давления ниже. В результате и возникает ветер.

Характеристики ветра

Для того чтобы охарактеризовать ветер, используют два основных параметра: направление и скорость (силу). Направление определяется стороной горизонта, с которой он дует. Оно может указываться в румбах, в соответствии с 16-румбовой шкалой. Согласно ей, ветер может быть северным, юго-восточным, северо-северо-западным и так далее. может также измеряться в градусах, относительно линии меридиана. По этой шкале север определяется как 0 или 360 градусов, восток - 90 градусов, запад - 270 градусов, а юг - 180 градусов. В свою очередь, измеряют в метрах в секунду или в узлах. Узел равен приблизительно 0,5 километра в час. Сила ветра измеряется также в баллах, в соответствии со шкалой Бофорта.

В соответствии с которой определяется сила ветра

Эта шкала была введена в обращение в 1805 году. А в 1963 году Всемирная метеорологическая ассоциация приняла градацию, которая действует по сей день. В ее рамках 0 баллов соответствует штилю, при котором дым будет подниматься вертикально вверх, а листья на деревьях остаются неподвижными. Сила ветра в 4 балла соответствует умеренному ветру, при котором на поверхности воды образуются небольшие волны, могут колыхаться тонкие ветви и листья на деревьях. 9 баллов соответствуют штормовому ветру, при котором могут гнуться даже большие деревья, срываться черепица с крыш, подниматься высокие волны на море. И максимальная сила ветра в соответствии с этой шкалой, а именно - 12 баллов, приходится на ураган. Это - явление природы, при котором ветер причиняет серьезные разрешения, могут быть обрушены даже капитальные здания.

Использование силы ветра

Сила ветра достаточно широко используется в энергетике как один из восполнимых природных источников. С незапамятных времен человечество использовало этот ресурс. Достаточно вспомнить или парусные суда. Ветряки, с помощью которых ветра преобразуется для дальнейшего использования, широко применяются в тех местах, для которых характерны постоянные сильные ветры. Из различных областей применения такого явления как сила ветра, стоит упомянуть также аэродинамическую трубу.

Ветер - природное явление, которое может приносить удовольствие или разрушения, а также быть полезным для человечества. А конкретное действие его зависит от того, насколько большой окажется сила (или скорость) ветра.

Ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности, причем имеется в виду горизонтальная составляющая этого движения. Ветер характеризуется вектором скорости, но на практике под скоростью подразумевается только числовая величина скорости, направление вектора скорости называют направлением ветра. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в км/ч и в узлах (морская миля в час). Чтобы перевести скорость из метров в секунду в узлы, достаточно умножить число метров в секунду на 2.

Существует еще одна оценка скорости или, как принято говорить в этом случае, силы ветра в баллах, шкала Бофорта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными эффектами, производимыми ветром разной скорости, такими, как степень волнения на море, качание ветвей деревьев, распространение дыма из труб. Каждая градация скорости ветра имеет определенное название (смотри таблицу с характеристиками ветра по шкале Бофорта).

Таблица 1 - Характеристика скорости ветра по шкале Бофорта

Скорость ветра	Внешние признаки	Характеристика ветра
			Полное отсутствие ветра. Дым поднимается отвесно.
			Дым отклоняется от вертикального направления, позволяя определить направление ветра. Зажженная спичка не гаснет, но пламя заметно отклоняется
			Движение воздуха можно определить лицом. Шелестят листья. Пламя зажженной спички быстро гаснет.
			Заметно колебание листьев деревьев. Развеваются легкие флаги.
		умеренный	Колеблются тонкие ветки. Поднимается пыль, клочки бумаги.
			Колеблются большие ветки. На воде поднимаются волны.
			Раскачиваются большие ветки. Гудят провода.
			Качаются стволы небольших деревьев. На водоемах пенятся волны.
			Ломаются ветви. Движение человека против ветра затруднено. Опасен для судов, буровых вышек и сходных сооружений.
		сильная буря	Срываются домовые трубы и черепица с крыши, повреждаются легкие постройки.
		полная буря	Деревья вырываются с корнем, происходят значительные разрушения легких построек.
			Ветер производит большие разрушения легких построек.
			Ветер производит огромные разрушения

Для более полной оценки производимых сильными ветрами разрушений американской Национальной службой погоды шкала Бофорта была дополнена:

• - 12.1 баллов, скорость ветра 35 - 42м/с. Сильный ветровал. Значительные разрушения легких деревянных построек. Валятся некоторые телеграфные столбы.
• - 12.2. 42-49 м/с. Разрушаются до 50% легких деревянных построек, в прочих постройках - повреждения дверей, крыш, окон. Штормовой нагон воды на 1,6-2,4 м выше нормального уровня моря.
• - 12.3. 49-58 м/с. Полное разрушение легких домов. В прочных постройках - большие повреждения. Штормовой нагон - на 1,5-3.5 м выше нормального уровня моря. Серьезное нагонное наводнение, повреждение зданий водой.
• - 12.4. 58-70 м/с. Полный ветровал деревьев. Полное разрушение легких и сильное повреждение прочных построек. Штормовой нагон - на 3,5-5,5 м выше нормального уровня моря. Сильная абразия берегов. Сильные повреждения нижних этажей зданий водой.
• - 12.5. более 70 м/с. Многие прочные постройки разрушаются ветром, при скорости 80-100 м/с - также каменные, при скорости 110 м/с - практически все. Штормовой нагон выше 5,5 м. Интенсивные разрушения наводнением.

Скорость ветра на метеостанциях измеряют анемометрами; если прибор самопишущий, то он называется анемографом. Анеморумбограф определяет не только скорость, но и направление ветра в режиме постоянной регистрации. Приборы для измерения скорости ветра устанавливают на высоте 10-15 м над поверхностью, и измеренный ими ветер называется ветром у земной поверхности. Направление ветра определяют, назвав точку горизонта, откуда дует ветер или угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, откуда дует ветер, т.е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад и 8 промежуточных.

8 основных румбов направления имеют следующие сокращения (русские и международные): С-N, Ю-S, З-W, В-E, СЗ-NW, СВ-NE, ЮЗ-SW, ЮВ-SE.

Если направление ветра характеризуется углом, то отсчет ведется от севера по часовой стрелке. В этом случае, север будет соответствовать 00 (360), северо-восток - 450, восток - 900, юг - 1800, запад - 2700.

При климатологической обработке наблюдений над ветром строят для каждого пункта диаграмму, представляющую собой распределение повторяемости направлений ветра по основным румбам - «розу ветров».

От начала полярных координат откладывают направление по румбам горизонта отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Концы отрезков соединяются ломаной линией. Повторяемость штилей указывают числом в центре диаграммы. При построении розы ветров можно учесть и среднюю скорость ветра по каждому направлению, умножив на нее повторяемость данного направления, тогда график покажет в условных единицах количество воздуха, переносимого ветрами каждого направления.

Сила ветра. Она определяется давлением, которое оказывает движущийся воздух на предметы и замеряется в кг/м 2 . Сила ветра (Р) зависит от скорости: Р = 0,25 V 2 . Сила ветра зависит еще и от плотности воздуха, При одинаковой скорости ветра у земной поверхности и в верхней тропосфере сила его вверху в 5 раз меньше, чем у поверхности. Обычно, чем меньше плотность, тем больше скорость ветра. Поэтому с высотой скорость ветра возрастает, к тому же этому способствует отсутствие трения о подстилающую поверхность.

Направление ветра. Это сторона света, откуда дует ветер. Указать это направление, значит, назвать либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо азимут этого направления. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта и 8 промежуточных румбов.

Также как и для скорости, различают мгновенное и сглаженное направление ветра. Для анализа результатов наблюдений за направлением ветра строят специальные диаграммы «розу ветров» , на которой показывается повторяемость направлений ветра за месяц, год.

Диаграмма "роза ветров" (повторяемость ветров разных направлений в днях)

Направление ветра и его сила зависит в первую очередь от барического градиента. Только сила барического градиента приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Все другие силы, проявляющиеся при движении воздуха, могут лишь тормозить движение и отклонять его направление от направления барического градиента. Но, если бы на воздух действовала только сила барического градиента, то движение воздуха было бы равномерно ускоренным. Хотя это ускорение не велико, но при длительном действии скорость ветра могла бы достичь больших значений. Силой, уравновешивающей силу барического градиента , является сила Кориолиса, отклоняющая сила вращения Земли. Она равна нулю на экваторе и имеет наибольшую величину на полюсах. Она относится только к движущимся телам. В определенных условиях сила Кориолиса может уравновесить силу барического градиента. Когда эти две силы уравновесятся, то воздух будет двигаться прямолинейно и равномерно без трения. Такие условия появляются на высоте более 1000 м (нет трения о подстилающую поверхность). Такой ветер называется геострофическим.

Геострофический ветер дует вдоль изобар, оставляя низкое давление в северном полушарии слева, в южном полушарии – справа.

Скорость геострофического ветра прямо пропорциональна величине барического градиента. Чем гуще изобары, тем сильнее ветер.

Если движение воздуха происходит без действия силы трения по криволинейным изобарам, то кроме силы градиента и силы Кориолиса, появляется еще и центробежная сила. Направлена центробежная сила по радиусу кривизны в сторону выпуклости траектории. Ветер, дующий по криволинейным траекториям без влияния трения называют градиентным ветром .

Градиентный ветер направлен, как и геострофический ветер, по изобарам, только по круговым. Отсюда, в циклоне (Z) ветер будет дуть против часовой стрелки, в антициклоне (Az) – по часовой стрелке. Это относится к северному полушарию. В южном полушарии направления ветра в циклоне и антициклоне изменяются на противоположные.

Литература

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.