§ 43. Ветер

Горизонтальное перемещение воздуха в приземном слое тропосферы, направленное из области повышенного атмосферного давления в область пониженного давления.

• 1. Причина возникновения — неравномерный нагрев подстилающей земной поверхности солнечными лучами, приводящий к температурным контрастам и разнице в атмосферном давлении над соседними участками суши и океана.
• 2. Главная закономерность движения — воздух всегда стремится из области высокого барического давления в зону низкого барического давления с целью выравнивания давления; чем больше разница давлений на единицу расстояния (барический градиент), тем выше скорость и разрушительная сила ветра.
• 3. Характеристики и фиксация — вектор ветра характеризуется двумя фундаментальными параметрами: направлением (сторона горизонта, откуда он дует) и скоростью (измеряется в м/с); на климатических и синоптических картах ветровые потоки отображаются стрелками.

Местный ветер на побережьях морей, крупных озёр и водохранилищ, меняющий своё направление на противоположное дважды в сутки (в переводе с французского brise означает «лёгкий ветер»).

• 1. Дневной (морской) бриз — дует днём с прохладного водоёма на нагретую сушу: солнечные лучи быстро раскаляют берег, тёплый воздух поднимается вверх, давление над сушей падает, и более плотный прохладный воздух с акватории устремляется на берег, принося свежесть и влагу.
• 2. Ночной (береговой) бриз — дует ночью с суши на море: вода остывает значительно медленнее суши, воздух над водоёмом дольше сохраняет тепло и поднимается вверх, создавая область более низкого давления над водой, куда начинает дуть остывший и более тяжёлый воздух с побережья.
• 3. Масштаб проявления — бризовая циркуляция охватывает прибрежную полосу шириной в несколько километров или десятков километров и слой воздуха высотой до нескольких сотен метров.

Физическая величина, показывающая расстояние в метрах, которое воздушная масса преодолевает за одну секунду (м/с).

• 1. Приборные измерения — скорость ветра на метеостанциях с высокой точностью регистрируется специальными приборами — анемометрами (чашечными или крыльчатыми), которые преобразуют вращение ротора под напором воздуха в показатели скорости.
• 2. Связь с барическим градиентом — скорость ветра прямо пропорциональна разнице атмосферного давления между смежными участками: резкий барический контраст порождает штормовые и ураганные потоки, а выравнивание давления ведёт к полному затишью (штилю).
• 3. Влияние рельефа — на скорость и динамику ветровых струй мощно влияют неровности рельефа: горные хребты отклоняют воздушные массы, ущелья и теснины работают как аэродинамические трубы, резко разгоняя ветер, а лесные массивы и городская застройка снижают его приземную скорость за счёт трения.

Двенадцатибалльная эмпирическая шкала, разработанная в 1805 году британским адмиралом и гидрографом Фрэнсисом Бофортом для визуальной оценки силы и скорости ветра по его воздействию на наземные предметы или волнение открытого моря.

• 1. Градации шкалы — охватывает диапазон от 0 до 12 баллов: 0 баллов — полный штиль (ветра нет, дым поднимается строго вертикально, скорость до 0,2 м/с); 3 балла — слабый ветер (листья и тонкие веточки непрерывно колышутся, скорость 3,4–5,4 м/с); 6 баллов — сильный ветер (качаются толстые сучья, гудят телеграфные провода, скорость 10,8–13,8 м/с).
• 2. Опасные и катастрофические явления — 9 баллов соответствуют шторму со скоростью более 20 м/с (ломаются ветви деревьев, срывается черепица с крыш); 11–12 баллов — жестокий шторм и ураган со скоростью свыше 30 м/с, вызывающий колоссальные разрушения построек, вырывающий вековые деревья с корнем и вздымающий огромные морские валы.
• 3. Практическое значение — широко используется в мореплавании, морской логистике, авиации и службах предупреждения о чрезвычайных гидрометеорологических ситуациях.

Специальная векторная круговая диаграмма, наглядно характеризующая режим преобладающих ветров (повторяемость ветров различных направлений) в конкретной географической точке за определённый отрезок времени (месяц, сезон или год).

• 1. Историческое происхождение — первоначально розой ветров именовался геральдический знак в форме многолучевой звезды на старинных морских портоланах и циферблатах магнитных компасов, лучи которого указывали на 4 главные (С, Ю, В, З) и промежуточные румбы горизонта.
• 2. Методика построения — от центра графика по восьми основным румбам откладываются отрезки, длина которых пропорциональна числу дней с ветром соответствующего направления; соединение концов отрезков образует замкнутый многоугольник розы ветров (при штиле число безветренных дней фиксируется в центре круга).
• 3. Прикладное применение — анализ розы ветров критически необходим архитекторам и проектировщикам при ориентации взлётно-посадочных полос аэродромов (самолёты должны взлетать и садиться навстречу преобладающему ветру), планировке городских жилых кварталов (чтобы дым заводских труб не сносило на жилые массивы) и в климатотерапии.

Устойчивый сезонный ветер планетарного масштаба, периодически меняющий своё направление на прямо противоположное дважды в год: зимой дует с остывшего материка на тёплый океан, а летом — с прохладного влажного океана на нагретую сушу (от арабского слова «маусим» — сезон, время года).

• 1. Физический механизм — образование муссонов аналогично механизму возникновения бризов, но разворачивается в масштабах целых континентов и океанов в годовом ритме смены времён года из-за колоссальной разницы теплоёмкости суши и водной толщи.
• 2. Зимний муссон — зимой колоссальные пространства суши (особенно материка Евразия) выхолаживаются, формируя мощнейшую область высокого атмосферного давления (Азиатский антициклон); над незамерзающими тёплыми водами Тихого океана сохраняется низкое давление, поэтому сухой, морозный и тяжёлый зимний муссон дует с континента на океан, обуславливая ясную и морозную погоду.
• 3. Летний муссон — летом материк сильно прогревается, горячий воздух поднимается, порождая обширную область глубокого низкого давления; над относительно прохладными океаническими водами устанавливается высокое давление, и мощный летний муссон устремляется с океана на континент, принося на восточное и южное побережье Евразии прохладу, сплошную облачность, катастрофические ливни и летние наводнения.
• 4. Географическое распространение — наиболее ярко и классически муссонная циркуляция выражена на восточном и юго-восточном побережьях Евразии (Российский Дальний Восток — Приморье, Сахалин; Китай, Корея, Япония), а также в Южной Азии (Индия, полуостров Индокитай).

Британский гидрограф, мореплаватель и картограф, контр-адмирал Королевского флота, создавший в 1805 году двенадцатибалльную шкалу для оценки силы и скорости ветра.

• В 1805 году разработал двенадцатибалльную эмпирическую шкалу силы ветра, основанную на визуальной оценке состояния моря и воздействия на парусные корабли.
• Шкала Бофорта связывает баллы со скоростью ветра и последствиями на суше и на море — от 0 баллов при штиле до 12 баллов при сокрушительном урагане.
• В 1874 году шкала Бофорта была официально принята Международным метеорологическим комитетом и широко используется в мореплавании и прогнозах погоды.

Ветер дует из-за неравномерного нагрева земной поверхности Солнцем и возникающей вследствие этого разницы атмосферного давления над соседними территориями:

• Неодинаковое нагревание: суша и водная поверхность нагреваются солнечными лучами с различной скоростью — суша прогревается быстро, а вода требует больше времени и нагревается медленнее;
• Изменение плотности и давления: над более нагретым участком воздух прогревается, расширяется, становится легче и поднимается вверх, из-за чего атмосферное давление у поверхности снижается; над более холодным участком воздух остаётся плотным и холодным, а атмосферное давление — более высоким;
• Горизонтальное движение: в приземном слое возникает перепад барического давления (барический градиент), и воздушные массы физически устремляются из области высокого давления в сторону более низкого давления, чтобы восстановить равновесие атмосферы. Это горизонтальное движение воздуха и ощущается как ветер.

Ветер различается по двум главным физическим параметрам — направлению и скорости (силе), а также по масштабу и периодичности:

• По направлению: направление ветра всегда определяют по той стороне горизонта, откуда он дует (например, северный ветер дует строго с севера на юг, юго-восточный — с юго-востока на северо-запад); для определения направления используют флюгеры, дым труб или кроны деревьев;
• По скорости и силе: скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с) с помощью приборов (анемометров), а его сила приближённо оценивается по 12-балльной шкале Бофорта — от полного штиля (0 баллов) и слабого ветра (3 балла) до шторма (9 баллов, скорость более 20 м/с) и разрушительного урагана (11–12 баллов, скорость более 30 м/с);
• По характеру и регулярности: ветры бывают постоянными (пассаты, западные ветры умеренных широт), сезонными (муссоны, меняющие направление дважды в год), суточными (местные прибрежные бризы, меняющие направление дважды в сутки) и местными нерегулярными ветрами, обусловленными рельефом (горно-долинные ветры, фён, бора).

Сходства и принципиальные различия между бризом и муссоном:

• Черты сходства:
• Единый термодинамический механизм образования: оба ветра возникают из-за неодинаковой скорости нагрева и остывания суши и водной поверхности, что порождает перепад атмосферного давления между ними;
• Двукратная смена направления: и бриз, и муссон меняют направление своего движения на прямо противоположное ровно два раза за свой полный временной цикл;
• Общая схема циркуляции: в тёплое время (днём или летом) оба ветра дуют с прохладного водоёма на нагретую сушу, а в холодное время (ночью или зимой) — с быстро остывшей суши на относительно тёплый водоём.
• Черты различия:
• Временной масштаб: бриз меняет направление два раза в сутки (суточный цикл: дневной бриз дует с воды на сушу, ночной — с суши на воду); муссон меняет направление два раза в год по сезонам (сезонный цикл: летний муссон дует с океана на сушу, зимний — с материка в океан);
• Пространственный охват: бриз является местным ветром, захватывающим узкую прибрежную полосу шириной от нескольких километров до десятков километров по берегам морей и озёр; муссон охватывает грандиозные географические пространства целых континентов и океанических акваторий;
• Влияние на погоду и климат: бриз приносит лишь лёгкую приятную прохладу на побережье в дневные часы; муссон полностью формирует климатический режим региона, принося катастрофические ливни и наводнения летом либо сухие трескучие морозы зимой.

Опираясь на рисунок 99 учебника и политическую карту Азии, можно выделить страны, жители которых непосредственно живут в условиях муссонного климата:

• Страны Восточной Азии:
• Россия (восточное побережье Дальнего Востока: Приморский и Хабаровский края, остров Сахалин, Курильские острова);
• Китай (восточные и юго-восточные провинции страны, включая бассейны рек Янцзы и Хуанхэ);
• Япония (весь Японский архипелаг испытывает колоссальное влияние зимнего сухого и летнего дождливого муссонов);
• КНДР (Северная Корея) и Республика Корея (Южная Корея), расположенные на Корейском полуострове;
• Страны Южной и Юго-Восточной Азии:
• Индия, Бангладеш, Пакистан (в Южной Азии летний муссон определяет весь сельскохозяйственный цикл и приносит колоссальное количество осадков);
• Страны полуострова Индокитай: Вьетнам, Лаос, Камбоджа, Таиланд, Мьянма;
• Островные государства Юго-Восточной Азии: Филиппины и Индонезия.

Правильный ответ: в) суша нагревается и остывает быстрее воды.

Обоснование:

• Физические свойства веществ: вода обладает значительно большей удельной теплоёмкостью по сравнению с твёрдыми горными породами и почвой суши. Для нагревания одинаковой массы воды требуется затратить в несколько раз больше солнечного тепла, чем для нагревания суши;
• Особенности теплообмена: солнечные лучи проникают вглубь прозрачной воды на метры и перемешиваются волнами и течениями, распределяя тепло в огромном объёме; на суше лучи поглощаются только самым тонким поверхностным слоем почвы, который мгновенно раскаляется;
• Процесс остывания: суша, быстро прогревшись, столь же быстро теряет накопленное тепло путём излучения в ночные часы или в зимний сезон; вода же остывает чрезвычайно медленно, постепенно отдавая накопленное в своей толще колоссальное тепло в атмосферу.

Направление ветра определяется фундаментальным физическим законом атмосферы: воздух всегда перемещается из области более высокого давления в область более низкого давления.

Следовательно, направления ветров будут следующими:

• 775 мм ➔ 761 мм (ветер дует слева направо: от области высокого давления 775 мм рт. ст. в сторону более низкого давления 761 мм рт. ст.);
• 753 мм ⬅️ 760 мм (ветер дует справа налево: от области более высокого давления 760 мм рт. ст. к области пониженного давления 753 мм рт. ст.);
• 748 мм ⬅️ 758 мм (ветер дует справа налево: от области повышенного давления 758 мм рт. ст. в сторону области пониженного давления 748 мм рт. ст.).

Правильный ответ: б) бризом.

Обоснование:

• Бриз — это местный прибрежный ветер на берегах морей и крупных озёр, меняющий своё направление ровно два раза в сутки: днём он дует с прохладной воды на нагретую сушу (дневной морской бриз), а ночью — с остывшей суши на более тёплую воду (ночной береговой бриз);
• Штиль — это состояние атмосферы при полном отсутствии ветра или скорости воздуха менее 0,2–0,5 м/с (0 баллов по шкале Бофорта);
• Муссон — это сезонный ветер, меняющий направление два раза в год (по сезонам), а не два раза в сутки.

Правильный ответ: 3) Оба верны.

Обоснование:

• Утверждение А абсолютно верно: движение воздуха в горизонтальном направлении (ветер) физически вызвано разницей барического давления и всегда направлено по барическому градиенту — из зоны с более высоким атмосферным давлением в сторону падения (понижения) давления;
• Утверждение Б абсолютно верно: бриз по своему определению является суточным ветром, меняющим направление ровно два раза за сутки вследствие смены температурного контраста между сушей и водоёмом днём и ночью.