Дэвид Барч
Откуда берется ветер
Часть II
Теперь, когда мы рассмотрели эти вопросы, отметим еще один важный фактор. Когда ветер дует над земной поверхностью, возникает еще одна сила – сила трения воздуха об эту поверхность, и она влияет и на скорость и на направление ветра. Исходя из текучей натуры воздуха, можно провести сравнение с водой, стекающей по наклонной поверхности, например стеклянной и покрытой наждачной бумагой. Понятно, что наждачная бумага создает большую силу трения и поток замедляется больше, чем на стекле. Так и с ветром. Как только он начинает дуть из антициклона и Кориолисова сила отклоняет его вправо, трение воздуха о землю сопротивляется этому отклонению и уменьшает скорость ветра по сравнению с ветром на высоте, где нет трения о землю. В результате – скорость ветра у земли меньше, чем на высоте и его направление уже не следует строго вдоль изобар, а стремится слегка наружу от центра антициклона. То же происходит и в циклоне, только наоборот, приземный ветер отклоняется внутрь циклона, к его центру. Обычно угол отклонения ветра от изобар наружу в антициклоне и внутрь в циклоне составляет 15° - 30° и зависит от состояния моря и изгиба изобар. Над землей, где трение больше, этот угол может достигать значений 30° - 45°. (рис. G255)
Хотя это может показаться не важным, но эта разница в скорости и направлении ветра над землей и на высоте весьма важна при наблюдении за погодой и при ее прогнозе. Чтобы лучше объяснить эти моменты, мы должны условиться о терминах. Ветер называют по направлению, откуда он дует. Северный ветер дует с севера на юг, юго-западный ветер дует с юго-запада и т.д. Также, морской бриз дует с моря на берег, я береговой бриз – с берега в море. Изменения направления ветра тоже имеют свои названия. Поворот ветра вправо называется «veer» (вие), а влево «backing shift» или «back» (бэк), как показано на рисунке G135.
Северный ветер, который меняется на северо-восточный – идет вправо (veered), если лн меняется на северо-западный, то идет влево, против часовой стрелки (backed). Эти определения применяются к ветрам всех направлений и во всех местностях как в северном полушарии, так и в южном. Направления относительно ветра также имеют свои названия. “Windward” (виндвард) означает – ветер в лицо. “Leeward” (леевард) – ветер в спину. “Lee shore” – (лее-шое) – подветренный, на который вы смотрите, глядя по ветру (не против ветра!)
Чтобы определить, где находится центр циклона, нужно стать лицом к ветру, и тогда центр низкого давления окажется на вашей правой стороне, немного сзади (около 30°).(см. рис G168)
Если мы имеем северный ветер, скажем, 30 узлов на высоте кучевых облаков, то у поверхности будет только 20-узловой ветер от северо-северо-запада. Причина – трение воздуха о поверхность земли. Другими словами – ветер наверху поворачивает вправо относительно к ветру у земли, и это справедливо для всех ветров в антициклонах и циклонах. Результатом этого есть направление движения кучевых облаков. Поскольку они бегут в ветрах наверху, направление их движения не совпадает с направлением ветра у земли. Если вы станете лицом к ветру, вы увидите облака, бегущие не строго на вас. Обычно их курс отклоняется на 30° вправо. Порывы ветра – другой пример этого эффекта. Причиной порывов служит вертикальная нестабильность в воздухе. Порывы – это просто большие «куски» ветра с высоты, которые брошены вниз, к земле. И поскольку они приходят сверху, где нет трения о землю, ветер в порывах сильнее и заходит вправо относительно ветра, сохраняя свое «верхнее» направление. Если коротко: когда приходит порыв ветра, он отворачивает вправо.
Другим результатом трения есть его вклад в типичное изменения направления ветра у низкого берега. Поскольку вода создает меньшее трение, чем суша, над морем ветер обычно сильнее, чем на берегу. Не есть редкостью, что ветер над большим водным пространством вдвое сильнее, чем на ближайшем берегу в то же время – важная практическая подсказка для выходящих в море из гаваней или прибрежных якорных стоянок. Когда трение о воду сменяется трением о землю при пересечении береговой черты, направление ветра также изменяется и ветер отворачивает влево, начиная с некоторого расстояния от берега. (G267).
Общая тенденция такая, что при приближению к берегу, ветер дует более перпендикулярно береговой чете, чем в открытом море.
Наряду с тем фактом, что ветра циркулируют в разных направлениях вокруг циклона и антициклона, имеется другое, более важное различие между этими погодными системами: Циклон всегда приносит плохую погоду, а антициклон – обычно хорошую. Более того, ветра в циклонах всегда сильнее. А антициклоны известны своими слабыми ветрами. Чтобы разобраться, почему это происходит, давайте пристальнее взглянем на то, какие силы здесь вовлечены. Зная, что две силы причиняют ветра – градиент (или разность) давления, и Кориолисова сила, путем несложных векторных разложений сил, можно сделать вывод, что для ветров в антициклоне результирующая сила = Кориолисова сила – сила разности давлений. В циклоне же, эта результирующая сила, вызывающая ветер будет = Кориолисова сила + сила разности давлений, что конечно же больше, чем в первом случае. А значит, и ветер в циклоне сильнее.
Как правило, чем быстрее движется циклон, тем интенсивнее его ветра. Летом циклоны путешествуют со скоростью 10 -20 узлов; зимой скорость их движения возрастает до 20 -30 узлов. В любое время года циклон может остановиться (так называемый «стационарный циклон»), а зимой его скорость может достигать 60 узлов. Повсюду в средних широтах (30° - 60°), циклоны движутся в восточном направлении через океан. В тропиках же - больше в западном направлении.
Вся плохая погода – это циклоны. Шторм – это большой циркулирующий циклон; ураганы и другие тропические депрессии – это малые, интенсивные циклоны; фронтальные системы – это длинные и узкие области низкого давления; и шквалы – очень локализованные циклоны под высокими кучевыми облаками. Наряду с сильными ветрами, циклоны приносят облачность и дождь: так как воздух в циклонах всегда поднимается, он охлаждается с высотой до точки росы, и когда он становиться насыщенный влагой или кристаллами льда, начинается дождь. В антициклонах же, воздух опускается, и любые облака, что появились в антициклоне, испарятся при опускании вниз и нагревании.
Сравнительные характеристики антициклонов и циклонов |
||
|
Антициклоны |
Циклоны |
Ветра |
Слабые и переменные |
Сильные и порывистые |
Циркуляция ветра |
По часовой стрелке |
Против часовой стрелки |
Небо |
Чистое, безоблачное |
Облачность, дожди |
Вертикальное перемещение воздуха |
Опускается |
Поднимается |
Относительная температура |
Тепло |
Холодно |
Давление |
1020 – 1040 mb |
1000 – 970 mb |
Центры |
Тихий океан, Бермуды, Азоры, Сибирь |
Алеутские о-ва, Исландия, Азия |
В следующей статье мы рассмотрим фронты и фронтальные системы.
часть III