Wiatr jest strumieniem powietrza, który z reguły przemieszcza się w kierunku poziomym ze strefy wysokiego ciśnienia atmosferycznego do strefy niskiej. Jego główne właściwości to kierunek, siła i czas trwania.
Jak powstaje wiatr?
Główną przyczyną powstawania wiatru jest nierównomierny rozkład ciśnienia atmosferycznego. Promienie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi ogrzewają ocean i ląd. Ponadto temperatura w różnych częściach naszej planety nierównomiernie wzrasta.
Na przykład strefa równikowa i odpowiednie pasy są najbardziej ogrzewane. Temperatura wód oceanicznych rośnie mniej intensywnie niż temperatura lądu, jednak zbiorniki wodne dłużej zatrzymują ciepło.
W ten sposób masy powietrza są również nierównomiernie podgrzewane. Tworzą się strefy o różnych ciśnieniach, co powoduje cyrkulację powietrza. Tak więc podgrzane strumienie (rosnące) ze strefy niskiego ciśnienia przyspieszają. Tymczasem schłodzone powietrze (prądy robocze) opada i wpada do obszaru niskiego ciśnienia.
Atmosfera Ziemi nie zatrzymuje się na sekundę. Proces obiegu powietrza ma charakter globalny. Kiedy zderzają się masywne strumienie ciepłego i zimnego powietrza, powstają wiatry o różnej intensywności.
Klasyfikacja prędkości wiatru w punktach w skali Beauforta
Na świecie zwykle rozróżnia się prędkość wiatru i siłę w punktach od 0 do 12. W tym celu stosuje się skalę Beauforta opracowaną przez irlandzkiego żeglarza, kartografa i admirała wojskowego Francisa Beauforta.
Beaufort miał wiele zalet i talentów, ale zyskał światową sławę właśnie dzięki tej skali. Podczas służby w marynarce wojennej Franciszek regularnie obserwował wiatr. Zapisał dane w dzienniku. W przyszłości obserwacje pomogły mu rozwinąć skalę, która została oficjalnie zatwierdzona w 1838 roku.
Interesujący fakt: Aby oddać hołd wybitnym zasługom Francisa Beauforta, nazwano go od morza, wyspy Antarktydy i przylądka w północnej Kanadzie.
W XX wieku sfinalizowano skalę Beauforta: system 12 punktów został rozszerzony do 17, dzięki czemu można klasyfikować szczególnie silne wiatry, na przykład tajfuny. Ale wersja rozszerzona jest używana tylko w tych obszarach, w których tajfuny występują dość często (Chiny, Tajwan itp.).
Według skali Beauforta siła wiatru jest określana na podstawie 2 kryteriów:
- podniecenie na otwartym morzu;
- wpływ wiatru na obiekty lądowe.
W związku z tym istnieją 2 tabele: jedna dla lądu, druga dla otwartego oceanu. Tabela lądów pokazuje siłę wiatru i prędkość w metrach na sekundę. W drugiej opcji prędkość wiatru podawana jest w węzłach. Obie skale wskazują wspólne cechy, które mogą określać siłę przepływu powietrza.
Kierunek wiatru
Kierunek wiatru zależy głównie od różnicy ciśnienia atmosferycznego i rotacji Ziemi. Zauważono, że na biegunach planety dominują wiatry wschodnie. W strefie umiarkowanej obu półkul wiatry wieją na zachód.
W strefie tropikalnej występują prądy powietrzne na wschód. Istnieją również duże obszary, w których wiatr porusza się pionowo, przestrzegając zasady niskiego i wysokiego ciśnienia atmosferycznego. Są to strefy subtropikalne i subpolarne.
W klimatologii i meteorologii istnieje koncepcja róży wiatrów. Jest to schemat typu wektorowego, który pokazuje reżim wiatru w danym obszarze w oparciu o ciągłą obserwację.
Róża wiatrów jest wielokątem, którego promienie odbiegają od środka schematu. Na podstawie długości każdej wiązki możesz ocenić, jak często wiatr wieje w określonym kierunku. Informacje te są brane pod uwagę podczas budowy obiektów infrastruktury (dróg, pasów lądowania itp.) Oraz w wielu innych branżach.
Interesujący fakt: prawdziwa róża wiatrów musi mieć różne promienie. Jeśli wszystkie promienie na obrazie są równomiernie rozmieszczone, jest to tylko graficzna reprezentacja punktów kardynalnych.
Rodzaje wiatrów
Według głównej klasyfikacji wiatry dzielą się na stałe (lub dominujące) i sezonowe.
Nazywane są wiatrem stałym, który nie zmienia swojego kierunku. Powstają w wyniku kontaktu stref wysokiego i niskiego ciśnienia. Wiatry sezonowe odpowiednio zmieniają kierunek w zależności od bieżącego sezonu.
Osobną kategorię tworzą także lokalne wiatry. Są to masy powietrza krążące tylko w niektórych obszarach planety. Ponadto określają warunki klimatyczne tej strefy.
Stały
Odmiany dominujących wiatrów:
- wiatry handlowe;
- Zachodni
- wschodni.
Wiatry handlowe - wiatry wiejące ze wschodu między tropikami i pędzące do równika. Dzieli je bezwietrzny pasek. To wiatry handlowe kierują cyklony tropikalne w kierunku zachodnim.
Umiarkowane wiatry zachodnie reprezentują prądy powietrzne panujące na umiarkowanych szerokościach geograficznych - od 35 do 65 stopni na północ i południe. Poruszają się z zachodu na wschód.
Wiatry wschodnie regionów polarnych są kierowane ze stref wysokiego ciśnienia do stref niskiego ciśnienia.
Sezonowy
Wiatry sezonowe reprezentowane są przez jedną kategorię - monsuny. Wieją w tropikach od kilku miesięcy. Jednocześnie dwa razy w roku monsuny gwałtownie zmieniają kierunek.
Latem powietrze przepływa z oceanu na ląd, a zimą odwrotnie - z kontynentu do oceanu. Monsuny przynoszą ze sobą duże ilości opadów w ciepłym sezonie. Powstawanie wiatrów zachodzi na wschodzie i południowym wschodzie Azji.
Lokalny
Lokalne wiatry są najbardziej zróżnicowane. Wśród nich można wyróżnić następujące typy:
- Bryza to ciepły strumień powietrza na styku jednolitych części wód morskich i wybrzeża. Zmienia kierunek dwa razy dziennie. W ciągu dnia bryza wieje z morza na ląd, w nocy - z wybrzeża w kierunku morza.
- Samum jest suchym wiatrem typu pustynnego, który niesie ogromne masy piasku. Występuje na afrykańskich pustyniach i na Półwyspie Arabskim.
- Sirocco - powietrze przepływa przez Afrykę Północną i Morze Śródziemne, które mają kierunek południowo-zachodni i południowy.
- Bora - wiatry powstające na obszarach, gdzie góry graniczą z morzami. Temperatura strumieni zależy od sezonu. Kierunek jest z gór do morza.
- Fönn - wiatr wiejący z gór w kierunku dolin. Charakteryzuje się suchością i powstaje z powodu różnicy wysokości na niewielkim obszarze. Ukazuje się w górzystych regionach Ameryki Północnej, Eurazji.
- Suchy wiatr - występuje w strefie umiarkowanej nad stepami i pustyniami. Powietrze jest suche i gorące.
- Norder to wiatr obserwowany w Zatoce Meksykańskiej i wiejący z północy.
- Zuyd - nazwa odnosi się do południowego wiatru napotkanego na biegunie północnym.
- Marshmallows - strumień powietrza we wschodniej części Morza Śródziemnego, który występuje w ciepłym sezonie.
Istnieją również niezwykłe typy wiatrów, takie jak tornado (huragan znaleziony w Ameryce Północnej), habub (burze piaskowe w Afryce), zamieć śnieżna (kanadyjska burza śnieżna jak burza syberyjska), szynka (gorąca wichura w Arabii Saudyjskiej trwająca około 50 dni) i inne .
Jak mierzy się prędkość wiatru?
Aby zmierzyć prędkość wiatru, wymyślono specjalne przyrządy zwane anemometrami. Są mechaniczne, ultradźwiękowe i termiczne. Mechaniczne są podzielone na miseczkę i łopatki.
Anemometr kubkowy jest uważany za najczęstszy. Takie urządzenie składa się z półkulistych misek i wirnika. W tym przypadku miski są montowane na wirniku, a gdy wieje wiatr, zaczynają się obracać.
Podstawą tej metody pomiaru jest różnica ciśnień, którą wiatr wytwarza na wypukłych i wklęsłych bokach mis. Prędkość wirnika odpowiada prędkości wiatru.
Co decyduje o prędkości i sile wiatru?
Prędkość wiatru zależy od tego, jak duża jest różnica ciśnienia atmosferycznego między terytoriami. Zatem im szybciej wiatr porusza się, tym większy jest wskaźnik jego siły, z jaką przepływ działa na otaczające obiekty.
Na przykład możemy zająć trzy terytoria: na jednym barometrze pokazuje 765 mm słupa rtęci, na drugim - 760, na trzecim - 750. Wiatr wiejący z pierwszego terytorium będzie silniejszy i szybszy w trzecim niż w drugim ze względu na większą różnicę ciśnienia .
Jakie wiatry powodują powstawanie różnych prądów?
Prądy morskie to potężne strumienie wody, które stale się poruszają lub pojawiają się okresowo w morzach i oceanach. Prądy powstają z różnych powodów, z których jednym jest wiatr.
Spowodowane przez wiatr prądy dzielą się na dwa typy:
- Dryf - powstają tylko pod wpływem wiatru.
- Wiatr (połączone) - powstają nie tylko z powodu siły wiatru, ale w połączeniu z różnymi gęstościami wody, zboczami na poziomie morza.
Kierunek przepływu zależy od kierunku ruchu powietrza. Prądy wiatru są zawsze tylko powierzchowne. Najsilniejsze z nich to Wiatry Zachodnie, których długość wynosi około 30 000 km, a także prądy South Passat.
Interesujący fakt: Bieg wiatrów zachodnich lub okołobiegunowy na Antarktydzie jest jedynym strumieniem wody przepływającym przez wszystkie południki.
Tak więc prądy morskie powodują monsuny, wiatry handlowe i wiatry zachodnie.
Dlaczego presja zimowa jest wyższa na lądzie niż na oceanie i odwrotnie w lecie?
Zimą ląd kontynentalny chłodzi się szybciej niż wody oceaniczne. W ten sposób powietrze ochładza się na kontynencie, a poziom ciśnienia wzrasta. Powyżej słupa wody powietrze jest cieplejsze, a ciśnienie niższe.
W lecie obserwuje się odwrotną sytuację. Powierzchnia ziemi nagrzewa się szybciej, więc tworzy się nad nią obszar niskiego ciśnienia. Nad zimnym oceanem - wysokie ciśnienie.
Określa to również kierunek monsunów o różnych porach roku. Letni monsun wieje w kierunku kontynentu, a zimowy monsun w stronę oceanu.
Wykorzystanie wiatru przez ludzi
Wiatr to elementarne źródło energii, które ponadto jest przyjazne dla środowiska. Ochrona ekologii jest jednym z głównych aktualnych zadań ludzkości. Co ciekawe, energia wiatrowa służy ludziom od dłuższego czasu.
Wcześniej były to najprostsze urządzenia, takie jak młyny. W budowie są zintegrowane elektrownie wiatrowe, za pomocą których energia wiatrowa jest przekształcana w energię elektryczną.
Energię wiatru można przekształcić w następujące rodzaje energii:
- kinetyczny - do ruchu żaglowców (w przeszłości), lotów balonów;
- mechaniczne - do instalacji pompujących wodę i mielących ziarna (metody przestarzałe);
- elektryczny - do produkcji energii elektrycznej.
Potencjalnie energia wiatrowa zajmuje szóste miejsce na liście możliwych źródeł po promieniowaniu słonecznym, węglu, uranu, ropie i gazie ziemnym. Zatem możliwa ilość energii elektrycznej, którą można uzyskać z elektrowni wiatrowych, wynosi około 25-700 TW rocznie.
Interesujący fakt: Według obliczeń Global Wind Energy Council, aktywny rozwój energetyki wiatrowej zmniejszy ilość dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery o 1,5 miliarda ton rocznie.
Wiodące kraje w energetyce wiatrowej (2015):
- Chiny - 115 000 MW.
- USA - 65 000 MW.
- Niemcy - 39 000 MW.
- Hiszpania - 22 000 MW.
- Indie - 22 000 MW.
- Wielka Brytania - 12 000 MW.
- Kanada - 10 000 MW.
- Francja - 9 000 MW.
- Włochy - 8 000 MW.
- Brazylia - 6000 MW.
W Rosji energia wiatrowa jest słabo rozwinięta i ma to kilka przyczyn. Po pierwsze, średnia prędkość wiatru na całym terytorium wynosi około 5 m / s (obliczenia roczne). Jest to niewystarczający wskaźnik dla standardowych instalacji, dlatego dodawany jest koszt dodatkowego wyposażenia.
Po drugie, lepiej jest wybrać stabilne źródła energii, które są niezależne od różnych czynników (w szczególności naturalnych). Energia wiatrowa w naszym kraju wiąże się z wieloma innymi niedociągnięciami, zwłaszcza jeśli chodzi o małe wolumeny. Na przykład wysoki koszt sprzętu, problematyczna obsługa, konserwacja systemów itp.
Wartość w przyrodzie
Wiatr jest najważniejszym naturalnym czynnikiem wpływającym na elementy przyrody: warunki klimatyczne, procesy geologiczne, rośliny, zwierzęta itp.
Główne skutki wiatrów:
- Pojawienie się silnych prądów oceanicznych, które determinują klimat otaczających obszarów.
- Erozja gleby spowodowana dmuchaniem małych cząstek.
- Tworzenie nowych form terenu. Na przykład przenoszenie i układanie piasku przez wiatr prowadzi do pojawienia się wydm.
- Transport pustynny i zanieczyszczenie powietrza. Na przykład latem wieją wiatry na półkuli północnej. Jednocześnie stopniowo zbliżają się do obszarów subtropikalnych pustyń. W rezultacie pył z Sahary przez cały sezon dociera do południowo-wschodniej części Ameryki Północnej.
- Rozprzestrzenianie się pożarów. Wiatr jest jednym z głównych czynników wpływających na szybkie rozprzestrzenianie się pożarów, zwłaszcza pożarów lasów.
- Wpływ na rośliny. Przepływy powietrza rozprzestrzeniają nasiona niektórych roślin, ograniczają wzrost drzew, a także mogą powodować mechaniczne uszkodzenia transportowanych cząstek stałych.
- Wpływ na zwierzęta. Wiatr intensyfikuje zimno w połączeniu z niskimi temperaturami - to główny aspekt jego wpływu na świat zwierząt. Na przykład pingwiny, ptaki, owady zmuszone są przystosować się do działania wiatru. W przypadku niektórych gatunków ruch mas powietrza jest korzystny - jelenie rozpoznają drapieżniki z daleka z powodu ostrego węchu.
Interesujący fakt: najsłynniejszymi roślinami, które rozprzestrzeniają się pod wpływem wiatru, są mniszek lekarski, klon, chwast. Zapylenie wielu roślin następuje z powodu przeniesienia pyłku.
Dlaczego wiatr wieje z morza na ląd w ciągu dnia i odwrotnie w nocy?
Podstawowym czynnikiem jest temperatura i odpowiadające jej ciśnienie atmosferyczne, jak ma to miejsce w przypadku monsunów zimowych / letnich. Ale wiatr, który powstaje na granicy lądu i zbiornika morskiego ma swoją własną nazwę - bryza.
W ciągu dnia ziemia nagrzewa się szybciej niż woda, więc wiatr wieje w strefę niskiego ciśnienia. W nocy powierzchnia ziemi ochładza się szybciej, a woda pozostaje ciepła, więc bryza zmienia kierunek i wieje w kierunku morza.
Beyond the Earth
Poza naszą planetą wyróżnia się kilka rodzajów wiatrów:
- słoneczny;
- planetarny;
- obcy.
Wiatr słoneczny nie jest ruchem prądów powietrznych, lecz plazmą emitowaną przez atmosferę słoneczną. Zjawisko to występuje przy prędkości około 400 km / s. Heliosfera jest dużą częścią przestrzeni międzygwiezdnej, która otacza Układ Słoneczny i jest tworzona przez wiatr słoneczny.
Interesujący fakt: Pole magnetyczne Ziemi zapobiega przedostawaniu się wiatru do atmosfery. Ale czasami błyski na Słońcu są tak silne, że wiatr słoneczny mimo to przełamuje tę ochronę i powoduje zorzę polarną, burze magnetyczne.
Wiatr planetarny to ruch gazów w górnej atmosferze planety. Z tego powodu planeta traci zdolność do interakcji z innymi cząsteczkami gazu. Jeśli takie procesy będą trwać przez wiele lat, planeta może stracić atmosferę, zapasy wody itp.
Na innych planetach występują również różne wiatry. Na Wenus lecą z prędkością 83 m / s i mogą latać wokół planety w ciągu kilku dni ziemskich. Na Jowiszu wiatr osiąga 100 m / s lub więcej. Najsilniejsze strumienie na Saturnie wynoszą około 375 m / s.
Interesujący fakt: wiadomo, że na Marsie występuje kilka rodzajów wiatrów. Na przykład pyłu tornada i wiatry wiejące z biegunów z prędkością około 110 m / s.