Как возникает ветер

Ветер может едва шевелить траву, а может гнуть деревья и поднимать большие волны. Несмотря на различия, любой ветер связан с движением воздуха в атмосфере. Чтобы понять, откуда он берётся, нужно разобраться, почему Земля нагревается неравномерно и как из-за этого появляются области разного атмосферного давления.

Что такое ветер

Ветер — горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. В метеорологии у ветра определяют два главных свойства: направление и скорость.

Направление называют по той стороне горизонта, откуда дует ветер. Если воздух приходит с севера, это северный ветер; если с запада — западный. Это правило удобно запомнить заранее, потому что дети часто называют сторону, куда движется воздух.

Главная причина ветра — разница атмосферного давления

Воздух имеет массу и создаёт атмосферное давление. Если в соседних районах давление различается, возникает сила, стремящаяся переместить воздух из области более высокого давления в область более низкого. Метеорологи называют её силой барического, или горизонтального, градиента давления. Чем быстрее давление меняется на небольшом расстоянии, тем сильнее может быть эта движущая сила.

Но реальный ветер редко идёт по идеально прямой линии «из высокого давления прямо в низкое». На него влияют вращение Земли, трение о поверхность, горы, долины, леса, здания и движение воздушных масс на разных высотах.

Откуда берётся разница давления

Один из главных источников — неравномерный нагрев Земли Солнцем. Поверхность планеты очень разнообразна: океаны, леса, пустыни, снег, города и горы нагреваются и остывают с разной скоростью. Кроме того, солнечные лучи падают под разными углами в разных широтах.

Нагретая поверхность передаёт часть энергии воздуху над собой. Тёплый воздух при одинаковом давлении обычно становится менее плотным и может подниматься. Внизу при этом меняется давление, а соседний более плотный воздух начинает перемещаться. Так создаются воздушные потоки.

Пример: дневной бриз у моря

Побережье — удобный пример локального ветра. Днём суша обычно нагревается быстрее воды. Воздух над сушей становится теплее и поднимается. У поверхности давление относительно снижается. Более прохладный воздух над водой движется к берегу. Так возникает морской бриз.

Упрощённая схема выглядит так:

1. Солнце нагревает сушу.
2. Суша нагревает нижний воздух.
3. Тёплый воздух над берегом поднимается.
4. У поверхности формируется относительная область более низкого давления.
5. Прохладный воздух со стороны воды движется к суше.

Эта схема не описывает каждую деталь реальной атмосферы, но хорошо показывает связь нагрева, давления и ветра.

Ночной бриз: направление может измениться

После захода Солнца суша обычно остывает быстрее воды. Теперь воздух над водой может оставаться относительно теплее, а воздух над сушей становится прохладнее и плотнее. При подходящих условиях у поверхности возникает поток от суши к воде — береговой, или ночной, бриз.

Так одна и та же местность способна в течение суток получать ветры противоположного направления. Это пример того, как быстро атмосфера реагирует на изменение температуры поверхности.

Почему океан и суша нагреваются по-разному

Вода имеет большую теплоёмкость и хорошо перемешивается. Солнечная энергия проникает в верхний слой воды и распределяется в некотором объёме. Суша обычно нагревается и остывает быстрее, особенно её тонкий поверхностный слой.

Именно эта разница помогает создавать суточные бризы на побережьях. На более крупных масштабах различие нагрева материков и океанов участвует в формировании сезонных ветров, включая муссоны.

Муссоны — сезонная смена ветра

Муссоном называют крупномасштабную сезонную систему ветров, направление которой заметно меняется между сезонами. Особенно известны азиатские муссоны. Летом сильно нагретый материк способствует притоку влажного воздуха с океана, что связано с сезоном обильных дождей в некоторых регионах. Зимой температурные и барические различия меняются, и направление циркуляции может становиться противоположным.

Муссон нельзя считать просто «очень сильным дождём». Это прежде всего система сезонной атмосферной циркуляции, а дожди — одно из её важных последствий.

Как возникает большая система ветров планеты

На масштабе всей Земли всё сложнее. Экваториальные районы в среднем получают больше солнечной энергии, чем полярные. Воздух и океан переносят энергию между регионами. Если бы Земля не вращалась, схема движения была бы проще. Но планета вращается, и крупные воздушные потоки отклоняются.

Это отклонение связывают с эффектом Кориолиса. В Северном полушарии крупные движущиеся воздушные массы отклоняются вправо относительно направления своего движения, в Южном — влево. Эффект особенно важен для больших расстояний и длительного движения.

Он не заставляет воду в маленькой раковине обязательно закручиваться в определённую сторону. В бытовой раковине гораздо важнее её форма, расположение слива и начальное движение воды.

Постоянные пояса ветров

Глобальная циркуляция атмосферы создаёт области, где часто преобладают определённые направления ветра. В тропиках важны пассаты, в умеренных широтах — западный перенос, ближе к полюсам действуют полярные восточные ветры.

Но это не означает, что каждый день в конкретном городе ветер обязан дуть строго в одном направлении. Местные циклоны, антициклоны, фронты и рельеф постоянно изменяют фактическую погоду.

Почему ветер около поверхности отличается от ветра выше

У земли движению воздуха мешает трение. Лес, дома, холмы и другие препятствия замедляют поток и создают турбулентность — беспорядочные завихрения. Над гладкой водой или на большой высоте влияние поверхности меньше.

Поэтому скорость и направление ветра могут заметно различаться даже на небольшой высоте. Метеорологические измерения проводят по установленным правилам, чтобы результаты разных станций можно было сравнивать.

Что показывает флюгер

Флюгер помогает определить направление ветра. Его подвижная часть поворачивается под действием воздушного потока. Для школьной метеоплощадки рядом обычно устанавливают указатели сторон горизонта.

Простейший ветроуказатель можно сделать из лёгкой ленты, но точные наблюдения требуют правильно установленного прибора вдали от препятствий, которые искажают поток.

Чем измеряют скорость ветра

Скорость ветра измеряют анемометром. Один распространённый тип имеет чашечки, вращающиеся под действием потока. Современные приборы могут использовать пропеллеры, ультразвук и другие методы.

В прогнозах скорость выражают в метрах в секунду или километрах в час, а в авиации и морском деле часто используют узлы. Для начальной школы достаточно знать название прибора и единицу «метр в секунду».

Как определить направление ветра по названию

Реальный ветер может иметь промежуточное направление: северо-западное, юго-восточное и так далее.

Сила ветра и шкала Бофорта

Когда точных приборов нет, ветер можно приблизительно оценивать по его действию на окружающие предметы: дым, листья, ветви, флаги, поверхность воды. Для такой оценки существует шкала Бофорта, исторически созданная для морских наблюдений и позднее уточнённая.

Однако по одному качающемуся дереву нельзя точно определить скорость. На движение ветвей влияют вид дерева, влажность, состояние кроны и порывы. Поэтому инструментальное измерение надёжнее.

Почему бывают порывы

Ветер редко движется совершенно ровно. Турбулентность создаёт быстрые изменения скорости и направления. Кратковременное заметное усиление называют порывом.

Порывы особенно ощущаются возле зданий, в горных проходах, во время прохождения атмосферных фронтов и в грозовую погоду. Иногда поток, огибая препятствие, ускоряется или образует вихри.

Горные и долинные ветры

Рельеф способен создавать местные ветры. Днём освещённые горные склоны нагреваются, и воздух вдоль них может подниматься. Ночью склоны быстро охлаждаются, и более холодный плотный воздух стекает вниз.

В узких долинах и перевалах воздушный поток может направляться рельефом, словно вода руслом. Поэтому погода в горах способна сильно отличаться на соседних участках.

Циклоны, антициклоны и ветер

На картах погоды видны крупные области пониженного и повышенного давления. Область пониженного давления часто называют циклоном, повышенного — антициклоном. Воздух движется вокруг этих систем по сложным траекториям из-за сочетания градиента давления, вращения Земли и трения.

В Северном полушарии у поверхности движение вокруг циклона в общем случае направлено против часовой стрелки и внутрь, а вокруг антициклона — по часовой стрелке и наружу. В Южном полушарии направления вращения противоположны.

Для начальной школы запоминать вращение необязательно. Важнее понять первопричину: разность давления приводит воздух в движение.

Что такое атмосферный фронт

Воздушные массы могут различаться температурой и влажностью. Область, где встречаются разные воздушные массы, называют атмосферным фронтом. С фронтами часто связаны облака, осадки, изменения температуры и усиление ветра.

На синоптических картах фронты обозначают специальными линиями и значками. Для школьника это хороший пример того, что ветер — часть большой системы погоды, а не отдельное явление.

Почему сильный ветер бывает опасным

С увеличением скорости возрастает воздействие потока на предметы. Сильный ветер способен ломать ветви, повреждать крыши и линии электропередачи, поднимать пыль и осложнять движение транспорта. На море он создаёт высокие волны.

Во время штормового предупреждения нужно выполнять рекомендации местных служб: не прятаться под большими деревьями, не подходить к повреждённым проводам, убирать с балконов лёгкие предметы и без необходимости не находиться рядом с неустойчивыми конструкциями.

Ветер приносит не только неудобства

Воздушные потоки важны для природы. Они переносят водяной пар и облака, распределяют тепло, разносят пыльцу и семена. Ветер участвует в испарении и влияет на состояние почвы и растений.

Люди давно используют энергию ветра. Раньше ветряные мельницы мололи зерно и поднимали воду. Сегодня ветровые турбины преобразуют кинетическую энергию движущегося воздуха в электрическую.

Почему ветер может сушить

Над влажной поверхностью образуется слой воздуха с повышенным содержанием водяного пара. Если воздух неподвижен, испарение постепенно замедляется. Ветер уносит влажный слой и заменяет его более сухим, поэтому испарение часто ускоряется.

По этой причине бельё обычно быстрее сохнет на ветру, а растения в сухую ветреную погоду могут быстрее терять воду. Но скорость испарения зависит не только от ветра — важны также температура и влажность.

Почему зимой ветер усиливает ощущение холода

Тело нагревает тонкий слой воздуха рядом с кожей и одеждой. Ветер постоянно уносит этот слой, усиливая потерю тепла. Поэтому при одинаковой температуре воздуха ветреная погода может ощущаться намного холоднее спокойной.

Метеорологи используют показатель охлаждающего действия ветра, чтобы оценивать риск переохлаждения открытой кожи. Он не означает, что предмет станет холоднее фактической температуры воздуха только из-за ветра, но показывает, насколько быстрее человек теряет тепло.

Как ветер переносит вещества

Воздушный поток переносит не только тепло и водяной пар. Вместе с ним перемещаются морская соль, пыль, дым, пыльца, споры растений и грибов. Иногда пыльные частицы переносятся на сотни и тысячи километров.

Именно поэтому ветер способен одновременно помогать природе — например, опылять растения — и переносить загрязнения или дым от лесных пожаров в далёкие районы.

Небольшое наблюдение за ветром

Для школьного проекта можно вести дневник в течение недели. В одно и то же время записывать направление и приблизительную силу ветра, облачность, температуру и осадки. Затем сравнить дни и посмотреть, менялась ли погода вместе с ветром.

Такое наблюдение не заменяет работу метеостанции, но помогает увидеть, что ветер — часть постоянно меняющейся атмосферы.

Три правила, которые помогают объяснить ветер правильно

1. Ветер — это движение воздуха. Мы видим его действие, а не сам поток.
2. Начало движения связано с различием давления. Неравномерный нагрев — один из главных способов создать эти различия.
3. Реальное направление меняют дополнительные факторы. Вращение Земли, трение и рельеф делают атмосферную циркуляцию сложнее простой стрелки от высокого давления к низкому.

Краткий план доклада

1. Что называют ветром.
2. Атмосферное давление как причина движения воздуха.
3. Неравномерный нагрев Земли.
4. Морской и береговой бриз.
5. Влияние вращения Земли и поверхности.
6. Как измеряют направление и скорость ветра.
7. Значение и опасность сильного ветра.

Вывод

Ветер возникает потому, что в атмосфере существуют области с разным давлением. Неравномерный нагрев суши, воды и разных районов Земли помогает создавать эти различия. Воздух начинает перемещаться, а его путь изменяют вращение планеты, трение и рельеф. Благодаря ветру переносятся тепло, влага, облака, пыльца, семена и различные частицы, поэтому движение воздуха — один из важнейших процессов погоды и всей природной системы Земли.