Причины возникновения ветра и его элементы

Ветром называется горизонтальное перемещение масс воздуха. Причиной возникновения ветра является неравномерное распреде­ление давления (P1—Р7) воздуха (рис. 103). В процессе неодинако­вого нагревания воздушных масс в атмосфере образуются массы теплого (Т. В.) и холодного (X. В.) воздуха. В теплом воздухе дав­ление с высотой уменьшается медленно, и на определенной высоте оно будет выше, чем в массе холодного воздуха. Воздух начинает перетекать из области теплой массы в область холодной. При этом давление холодной массы воздуха увеличится не только на высоте перетекания воздуха, но и у поверхности Земли. У поверхности Зем­ли холодный воздух будет перетекать в сторону теплого, из области высокого давления В (рис. 104) в область более низкого Н, в ре­зультате чего образуется ветер. Сила, вызывающая ветер, называ­ется барическим градиентом.

Горизонтальным барическим градиентом (G) называется изме­нение давления атмосферы на поверхности земли на расстоянии 60 миль (111 км) по направлению наибольшего его падения. На­правление барического градиента измеряется в градусах по круго­вому счету, а значение его — в Паскалях. Значение градиента пря­мо пропорционально разности давлений. От этого значения и зави­сит сила ветра.

Рис. 103. Схема возникновения ветра

Движение воздуха должно было бы происходить по направле­нию барического градиента G, однако в действительности направ­ление ветра составляет с направлением градиента некоторый угол а (см. рис. 104), иногда весьма значительный. Это отклонение про­исходит в результате того, что на массы движущегося воздуха воз­действует отклоняющая сила и сила трения (сила Кориолиса). Сила Кориолиса отклоняет ветер вправо в северном полушарии и влево— в южном. Скорость ветра при этом не меняется. В результате трения воздуха о поверхности, Земли меняется не только направление, но и скорость ветра. Под воздействием указанных сил ветер отклоняется от барического градиента над океанами в средних широтах на угол 80—90°, а над сушей — до 60°

Ветер характеризуется:

направлением и скоро­стью или направлением и силой. Направление ветра определяется по румбовой

или круговой системе. Считается, что «ветер дует в компас» и соот­ветственно выбирается направление ветра.

Скорость ветра определяется в метрах в секунду, но иногда вы­ражается в километрах в час. Для перевода метров в секунду в ки­лометры в час и обратно рассчитаны таблица 37 (МТ—75).

Сила ветра — давление, оказываемое ветром на 1 м² поверхно­сти, перпендикулярной направлению его действия. Сила ветра вы­ражается в баллах (от 0 до 12) по двенадцатибалльной шкале.

В судовождении необходимо учитывать действие ветра на судно и определять его элементы, так как ветер создает дрейф судна, в результате чего возникает его снос с избранного пути- и изменение скорости. Продолжительный ветер порождает ветровое течение, направление которого не совпадает с направлением ветра. Это те­чение также сносит судно с линии истинного курса и изменяет его скорость. На поверхности моря образуется большая волна, кото­рая резко уменьшает скорость судна, создает бортовую и килевую качку. При сильном волнении оголяются винты, судно плохо уп­равляется. Сильный ветер и волнение затрудняют работу экипа­жей.

Скорость ветра на судах измеряется ручными анемометрами (рис. 105): МС-13, индукционным анемометром АРИ-49 и анемо­метром М-61. Во всех анемометрах воспринимающим элементом является вертушка, состоящая из полых полушарий, скрепленных спицами и укрепленных на вертикальной оси. При действии ветра вертушка вращается в сторону выпуклостей. Скорость ветра опре­деляется.по количеству оборотов вертушки за определенное время.

Анемометр МС-13 представляет собой четырехчашечный ане­мометр с механическим счетчиком оборотов крестовины.

Перед измерением скорости ветра записывают показания всех трех стрелок в виде четырехзначного числа. Скорость ветра измеря­ют с наветренного сорта ходового мостика. Для этого поднимают анемометр над головой, включают рычажком счетчик и одновремен­но пускают секундомер. Через 100 с счетчик стопорят и снимают второй отсчет. Из второго отсчета вычитают первый и полученную

разность делят на 100. Результат дает скорость ветра в одну се­кунду.

Анемометром МС-13 можно измерять скорость ветра до 20 м/с, т. е. до 9 баллов.

Ручной индукционный анемометр АРИ-49 имеет воспринимаю­щую вертушку с тремя полушариями. С осью вертушки соединен постоянный магнит, расположенный внутри металлического стака­на, который самостоятельно укреплен на оси и фиксируется спи­ральной пружиной. Со стаканом соединена стрелка-указатель, пе­ремещающаяся своим концом по шкале, проградуированной от 0 до 30 м/с. Если вертушка вращается, она вращает магнит, в стакане

Истинный вemep

Рис. 104. Отклонение ветра от барического градиента в северном полушарии

Рис. 105. Ручной анемометр:

l — вертикальная ось; 2 — полые полушария вертушки; 3—предохранительные дуги; 4— корпус; 5 — рычаг включения счетчика; 6 — ограничитель рычага; 7 — винт для крепления анемометра

Рис. 106. Кажущийся ветер

Рис. 107. Графический способ опре­деления истинного ветра

индуктируется электрический ток и создается электромагнитное поле. При взаимодействии электромагнитных полей стакан наворачивается на определенный угол пропорционально скорости вра­щения вертушки. Стрелка, связанная со стаканом, показывает со­ответствующее значение скорости ветра.

Направление ветра определяется по компасу соответственно на­правлению, по которому вытягиваются флаги на мачтах или дым изтрубы. Если судно не движется, то это направление будет истин­ным. Если же судно движется, то наблюдается кажущийся ветер (рис. 106), который будет являться векторной суммой истинного и курсового ветра. Курсовой ветер по направлению противополо­жен курсу судна, а скорость равна скорости судна.

Направление и скорость истинного ветра на движущемся судне можно определить, построив векторы курсового ветра и кажуще­гося ветра. Геометрическая сумма этих векторов дает направление и скорость истинного ветра (рис. 107). Направление кажущегося ветра обозначается Ко, а его скорость со.

Порядок работы для определения истинного ветра графическим способом (см. рис. 107) виден из следующего примера.

Пример. Дано: ИК=90,0°; Vc=10 уз (5 м/с); К„ =315,0°; <о=6 м/с. Опреде­лить скорость и направление истинного ветра.

Решение, l. На чистом листе бумаги или на миллиметровой бумаге проводят истинный меридиан и берут на нем произвольную точку О.

2. С. помощью транспортира из точки О откладывают вектор Vc и вектор» Ку, в одном масштабе.

3. Соединив концы этих векторов, получат вектор истинного ветра. Направление истинного ветра определяют транспортиром, а скорость его из­меряют циркулем-измерителем.

Таким образом, истинный ветер имеет направление в данном примере /Си =290°

и скорость о=10,2 м/с.

Такая задача может быть решена с помощью круга СМО (ветро­чета). Порядок определения истинного ветра с помощью круга СМО указан в инструкции, помещенной на обратной стороне этого круга.

В результате наличия постоянных и сезонных областей повы­шенного и пониженного давления создается движение воздушных масс по всей земной поверхности, от экватора до полюсов. Такое движение называется общей циркуляцией.

На экваторе находится область пониженного давления и соот­ветствующая ей зона штилей в несколько сотен километров шири­ной. В верхних слоях экваториальной зоны нагретый воздух дви­жется к высоким широтам, такие ветры называются антипасса­тами.

В нижних слоях атмосферы к экваториальной области понижен­ного давления устремляются ветры постоянного направления— пассаты. Они имеют северо-восточное направление в северном по­лушарии и юго-восточное—в южном полушарии. Их сила 3—5 баллов. Пассаты охватывают зону шириной около 3000 км. В суб­тропиках от областей повышенного давления часть воздушного по­тока движется вдоль поверхности Земли к полюсам. Встречая в умеренных широтах холодный воздух, этот поток поднимается вверх наклонно, по границе раздела этих воздушных масс. Вверху этот поток разделяется на 2 потока. Один из них замыкает цирку­ляцию в умеренных широтах, другой направляется к полюсам и, достигая полярных районов, сильно охлаждается, опускается к земной поверхности и создает здесь области повышенного давле­ния, растекаясь от полюсов. Поэтому в северном полушарии в ши­роте 30—40° господствуют ветры юго-западных и западных направ­лений, что особенно характерно выражено над океанами.

В южном полушарии в широте 40—60° возникают сильные посто­янные ветры северо-западного и западного направлений.

В умеренных широтах на побережье материков образуются се­зонные ветры — муссоны. Они дуют с силой 5—6 баллов. В летнее время эти ветры дуют с океана на материк, а зимой—с материка в океан. Муссоны захватывают широкую полосу берега и слой тро­посферы до высоты 3—4 км. Они возникают вследствие неравномер­ного нагревания суши и воды зимой и летом. Наиболее характерно муссоны наблюдаются у юго-восточных берегов Азии, у южных бе­регов Индии, США и Австралии.

В северном полушарии в полярных районах наиболее часты вет­ры северо-восточных направлений, а в южном полушарии—юго-восточные и восточные ветры.

В зависимости от местных условий нагревания земной поверхно­сти и географических особенностей могут возникать местные вет­ры — бризы, бора, фен, мистраль и т. д. В связи с этим в отдельных, местностях складывается местный микроклимат, отличный от кли­мата данного района.