Земля, как и многие другие небесные тела, окружена атмосферой – оболочкой из газов, которая удерживается вокруг планеты благодаря гравитации, или силе притяжения.
Отдельные молекулы газов, составляющих атмосферу, перемещаются в разных направлениях с различной скоростью. Земная атмосфера весит пять квадриллионов тонн, и давление воздуха в разных ее участках различно. Именно из-за разницы в атмосферном давлении и возникает такое природное явление, как ветер.
Температура воздуха и атмосферное давление
Отдельные участки воздуха в атмосфере имеют разную температуру. В теплых потоках молекулы движутся с высокой скоростью и быстрее разлетаются в разные стороны. именно по этой причине более разрежен, его вес снижается, а создаваемое им атмосферное давление уменьшается.
В участках атмосферы с более холодным воздухом происходит обратное явление: молекулы образуют скопления с высокой плотностью, вес таких участков увеличивается, соответственно, повышается и атмосферное давление.
Воздух всегда перемещается из области повышенного давления в область пониженного. Чтобы понять этот механизм, достаточно представить себе, как работает плотина: если открыть шлюзы между участками с высотой в 7 и 5 метров, то вода потечет туда, где ее уровень изначально был ниже, то есть на участок с меньшей высотой. И это движение продолжится, пока уровень на обоих участках не сравняется.
Аналогичным образом происходит и движение атмосферных масс, что, в свою очередь, и образует такое явление, как ветер.
Бризы, муссоны, пассаты
Представьте себе ясный погожий день у морского побережья. Солнце воздействует и на воду, и на берег, но быстрому нагреву воды мешает ее подвижность: верхние слои, более теплые, постоянно смешиваются с более прохладными нижними слоями. Это мешает воде нагреваться так же быстро, как нагревается берег.
Воздух над берегом оказывается более теплым, чем над морем. И этот теплый воздух довольно быстро расширяется, расстояние между молекулами внутри этой области увеличивается, а давление снижается. В итоге воздух с более высоким давлением (то есть воздух с моря) двигается туда, где давление ниже, то есть в сторону суши, и приносит на побережье прохладу.
Ночью же все происходит наоборот: вода остывает медленнее, чем суша, и ветер начинает дуть с земли на море, воздух над которым теплее, чем над берегом. Этот ветер называют бризом – дневным и ночным. Кстати, направление ветра в горах тоже меняется вместе со временем суток: днем ветер дует из долины в сторону гор, а ночью – с гор в долину.
Бриз меняет направление дважды в сутки. Есть ветры, которые меняют направление дважды в году – летом и зимой; эти ветры называют муссонами. Принцип смены направления аналогичен принципу, согласно которому образуется бриз: над прогретой летом сушей давление воздуха низкое, и прохладный воздух перемещается со стороны океана.
Зимой муссон дует с быстро остывающего берега в строну еще сохраняющей тепло воды. Смена муссонов влечет за собой и перемену погоды: вместо сухой и малооблачной она становится дождливой. Муссоны характерны для восточной части материковой суши – там, где берег соприкасается с широкой полосой океана.
Помимо переменных, Земля имеет и постоянные ветры – пассаты и западные ветры. На протяжении всего года возле поверхности Земли дуют ветры, направленные от 30-х широт с высоким давлением в сторону экватора, где давление ниже. Но, поскольку планета вращается вокруг своей оси, эти ветры словно закручиваются по спирали: в Северном полушарии – на юго-запад с северо-востока, в Южном – с юго-востока на северо-запад.
Западные ветры образуются из-за перемещения воздушных масс от 30-х широт к полюсам. Именно пассаты приносят сухой воздух в Сахару, а западные ветры – влажную и дождливую погоду со стороны Атлантики в Европу.
Скорость, сила и направление ветра
Ученые характеризуют ветры по их скорости и силе. Скорость измеряют в баллах или метрах в секунду (один балл – около двух метров в секунду). Сила ветра зависит от разницы в атмосферном давлении между разными областями: чем эта разница больше, тем мощнее ветер.
Для оценки силы ветра еще в XIX веке была разработана шкала Бофорта, с 1874 года принятая для использования в Международной синоптической практике. На протяжении десятилетий в шкалу вносили изменения и дополнения, и сегодня ветры оценивают по 12-балльной системе.
Например, отсутствие ветра, или штиль, соответствует 0 баллов. Слабый ветер оценивают в 3 балла, свежий – в 5, сильный – в 6 баллов. Ветер силой в 9 баллов – это уже шторм, а в 12 – ураган. Шкалой Бофорта сегодня активно пользуются, прежде всего, в морской навигации.
Любой ветер также характеризуют с точки зрения его направления. Определяется направление, в зависимости от стороны горизонта, с которой дует ветер: если с севера – то ветер северный, если с юга – то южный. Направление ветра зависит не только от разницы в атмосферном давлении, но и от вращения Земли вокруг своей оси.
Ветер – это крупные воздушные потоки, вместе с которыми перемещаются огромные массы молекул газов атмосферы. Эти потоки могут охватывать тысячи километров и облетать всю землю, а могут иметь местные, «локальные» масштабы, как описанные выше ветры у моря и у подножия гор.
Воздух только кажется нам невесомым; чтобы понять, что атмосфера действительно имеет плотность, достаточно выставить руку за окно движущегося автомобиля – вы сразу почувствуете, как вашу руку обтекает поток воздуха.
Это нечто загадочное. Мы никогда его не видим, но мы всегда его чувствуем. Так почему же дует ветер? Узнайте в статье!
Ветер — это движение воздушных масс. Несмотря на то что мы не видим воздуха, мы знаем, что он состоит из молекул различных видов газов, в основном азота и кислорода. Ветер — это явление, при котором множество молекул движется в одном направлении.
Откуда же он берется? Ветер вызван различиями давления в атмосфере Земли: воздух из области с высоким давлением будет двигаться в сторону области с низким. Сильный ветер возникает, когда воздух перемещается между областями с огромными различиями в уровнях давления. Собственно, этот факт во многом объясняет, почему ветер дует с моря на сушу.
Образование ветра
Ветер — это движение воздуха у поверхности Земли. Он может быть нежным дуновением или сильным штормом. Самый сильный ветер случается во время явлений, называемых торнадо, циклонами и ураганами. Его вызывают изменения в температуре воздуха, суши и воды. Когда воздух двигается параллельно теплой поверхности, он нагревается и поднимается — это оставляет место для более прохладных масс. Воздух, «втекающий» в эти пустые пространства, — ветер. Его называют по направлению, из которого он исходит, а не по направлению, в котором он дует.
Бризы: береговые и морские
Береговые и морские бризы — это ветровые и погодные явления, характерные для прибрежных районов. Береговой бриз — это ветерок, дующий от суши к водоему. Морской бриз — это ветер, дующий с воды на землю. Почему дует ветер с моря и наоборот? Береговые и морские бризы возникают из-за существенной разницы температур наземной и водной поверхностей. Они могут простираться на глубину до 160 км или проявляться в виде локальных явлений, которые быстро ослабевают уже в первых нескольких километрах вдоль береговой линии.
С научной точки зрения...
Модели наземного и морского бриза могут сильно влиять на распределение тумана, вызывать накопление или рассеивание загрязнений по внутренним районам. Текущие исследования принципов циркуляции наземного и морского бриза также включают в себя попытки моделирования схем движения ветра, ведь это влияет на потребности в энергии (например, требования к нагреву и охлаждению) в пострадавших районах. Ветер также оказывает воздействие на зависящие от погодных условий операции (например, с воздушным судном).
Поскольку вода имеет гораздо более высокую теплоемкость, чем пески или другие материалы земной коры, при определенном количестве солнечного облучения (инсоляции) ее температура будет расти медленнее, чем на суше. Независимо от температурной шкалы, в дневное время температура суши может колебаться в пределах десятков градусов, в то время как у воды изменяется менее чем на половину градуса. И наоборот, высокая теплоемкость предотвращает быстрые изменения температуры жидкости ночью, и, таким образом, в то время как температура суши может упасть на десятки градусов, у воды она остается относительно стабильной. Кроме того, более низкая теплоемкость материалов земной коры часто позволяет им остывать быстрее моря.
Физика моря и суши
Итак, почему дует сильный ветер? Воздух над соответствующими поверхностями земли и воды нагревается или охлаждается в зависимости от проводимости этих поверхностей. В течение дня более высокая температура земли приводит к возникновению более теплых и, следовательно, менее плотных и более легких воздушных масс над побережьем по сравнению с такими, прилегающими к поверхности воды. По мере того как теплый воздух поднимается (явление конвекции), более холодный воздух движется по направлению к пустотам. Вот почему дует ветер с моря, и в течение дня обычно бывает прохладный морской бриз, идущий от океана к берегу.
В зависимости от разницы температур и количества поднятого воздуха, морской бриз может иметь иметь порывы со скоростью от 17 до 25 км в час. Чем больше разница температур между сушей и морем, тем сильнее ветер земли и морской бриз.
Почему дует ветер с моря
После захода солнца воздушная масса над прибрежной землей быстро теряет тепло, в то время как над водой она обычно не слишком отличается от ее дневной температуры. Когда воздушная масса над землей становится прохладней, чем воздушная масса над водой, наземный ветер начинает дуть от земли до моря.
Возбуждение теплого влажного воздуха из океана часто приводит к возникновению над береговой линией дневных облаков. Кроме этого, нередко движение воздушных масс и морские бризы используются туристами для полетов на дельтапланах. Несмотря на то что наземные и морские бризы преобладают на морском побережье, они также часто регистрируются вблизи крупных водоемов. Береговые и морские бризы приводят к повышению уровня влажности, возникновению осадков и умеренным температурам в прибрежных районах.
Объяснение для детей: почему дует ветер
Морские бризы чаще всего наблюдаются в жаркие летние дни из-за неравных скоростей нагрева земли и воды. В течение дня поверхность суши нагревается быстрее поверхности моря. Поэтому часть атмосферы над землей теплее, чем над океаном.
Теперь вспомним, что теплый воздух легче, чем более холодный. В результате он поднимается. В результате этого процесса более прохладный воздух над океаном занимает место у поверхности земли, чтобы заменить восходящие теплые массы.
Тем не менее стоит знать о том, что ветер формируется не только в результате различий в температуре. Глобальные движения атмосферы возникают в результате вращения Земли. Эти ветры группируют пассаты и муссоны. Пассаты происходят вблизи экватора и двигаются либо с севера, либо с юга к экватору. В средних широтах Земли, между 35 и 65 градусами, преобладают западные ветры. Они дуют с запада на восток, а также в сторону полюсов. Полярные ветры дуют вблизи северных и южных полюсов. Они движутся с полюсов на восток или на запад соответственно.
Наш мир полон загадок и интересных вещей. Разгадать их — задача человечества. Впереди нас ждут еще большие открытия, а пока мы уже точно знаем ответ на вопрос о том, как и почему дует ветер, а также какими факторами обусловлено его образование. Это дает возможность прогнозировать изменения погодных условий.
Более трёхсот лет назад Галлей, известный главным образом благодаря открытой им комете, предложил объяснять возникновение ветра действием архимедовой силы при перепаде температуры: тёплый и лёгкий воздух поднимается, тяжёлый и холодный - опускается.
Международная группа исследователей, в которую вошли сотрудники Петербургского института ядерной физики, предложила принципиально новый физический механизм образования ветра в земной атмосфере.
Потоки газов возникают при перепадах (градиентах) давления. Давление воздуха уменьшается с высотой, образуя вертикальный градиент давления, однако он не создаёт ветра. Работу, производимую при движении воздуха этим градиентом давления, в точности компенсирует противоположная по знаку работа силы тяжести, и воздух находится в равновесном состоянии.
Влажный воздух, поднимаясь, охлаждается, и водяной пар конденсируется. Поэтому давление водяного пара с высотой падает быстрее, чем этого требует условие равновесия. При этом работа, совершаемая градиентом давления над влажным воздухом при его подъёме, в несколько раз превышает работу силы тяжести, действующей на водяной пар. Именно эта разница и создаёт ветер в земной атмосфере. Неравновесное вертикальное распределение водяного пара можно сравнить со сжатой пружиной, которая распрямляется при подъёме влажного воздуха, приводя его в движение. Поэтому конденсационная мощность, связанная с вертикальным подъёмом воздуха, в соответствии с законом сохранения энергии переводится в мощность горизонтальных ветров.
Мощность атмосферной циркуляции определяется локальной скоростью конденсации и, следовательно, осадками. Количественная оценка мощности глобальной циркуляции воздуха, полученная на основе новой теории, прекрасно совпала с накопленными данными наблюдений (о мощности ветровой циркуляции можно независимо судить по наблюдаемым горизонтальным градиентам давления и скоростям ветра).
В области конденсации возникает зона пониженного давления, затягивающая воздух из прилегающих областей. На суше такие устойчивые зоны пониженного давления создаются обширными лесами: влага сохраняется в лесной почве, испаряется с поверхности почвы и листьев и конденсируется над пологом леса. При этом возникает ветер, приносящий влагу с океана.
Важнейшее следствие нового механизма формирования ветра - переосмысление роли лесов в переносе влаги с океана на сушу. Этот перенос компенсирует речной сток воды обратно в океан. Уничтожение лесов приводит к обезвоживанию и опустыниванию суши и представляет собой гораздо большую угрозу для климата, чем предполагает современная климатология (об этом см. также «Наука и жизнь» № ).
Новая теория вызвала бурную дискуссию в научном сообществе. Статья, отправленная в журнал «Atmospheric Chemistry and Physics» («Атмосферная химия и физика»), находилась на рецензировании более двух с половиной лет. В итоге редакционная коллегия журнала приняла к печати статью, снабдив её комментарием редактора. В нём подчёркивается, что публикацию «совершенно нового взгляда на движущую силу атмосферной динамики» следует рассматривать как «призыв к дальнейшему развитию» представленных авторами положений.
Вопрос о том, почему мы ощущаем ветер, и почему он вообще имеет место в атмосфере нашей планеты относится к разряду детских, но дать исчерпывающий ответ может не каждый взрослый. Для многих это природное явления сопряжено с загадкой, хотя с точки зрения физики все объясняется довольно просто.
Как объяснить ребенку, почему дует ветер?
Итак, давление земной атмосферы неоднородно, где-то больше, а в других местах – меньше. Так вот, ветер являет собой передвижения воздушных масс из области высокого давления в область низкого, так и само давление становится более одинаковым. Соответственно, сила ветра зависит от разницы давления. Если на определенном, довольно объемном участке территории давление одинаковое, погода стоит безветренная.
Если рассматривать ветер более глобально, то над сушей воздух прогревается намного сильнее, чем над морем. Таким образом, он поднимается вверх, в то время, как более прохладный над поверхностью моря воздух передвигается и занимает его место. В такой способ происходит остывание земли за ночь. Это происходит в масштабах региона, континента и земли в целом.
Самым теплым местом нашей планеты является экватор. Соответственно, воздух в данном районе более прогретый. К тому же, при вращении земли воздушные массы перемещаются вместе с источниками тепла и холода.
Если бы земля не вращалась, то Северные ветра и Южные ветра существовали бы не зависимо друг от друга. Иными словами, не пересекались бы. Но так все Северные ветра сдвигаются вправо, а Южные, соответственно, влево, они частично смешиваются. Если можно так выразиться, то ветры никуда не деваются и ниоткуда не берутся они есть всегда, в качестве регулятора температуры и атмосферного давления.
Объясняя подобное ребенку, можно предложить пример на его дыхании. Так, когда мы вдыхаем, внутри легких создается высокое давление, они раздуваются от воздуха, плюс он нагревается от тепла нашего тела. Затем выдыхаем, создавая тот же ветер – маленькое движение маленького объема воздуха. Когда зимой мы выдыхаем переработанный воздух, он в виде пара поднимается вверх, ведь он теплый. Это легко увидеть.
Также сила ветра зависит от рельефа местности. Все замечали, что в полях на открытом пространстве, ветер быстрее. Ему ничто не мешает и ничего не задерживает. В городе, где масса высотных зданий, либо в лесах, где деревья, воздушные массы двигаются медленнее, по пути подстраиваясь под температуру окружающей среды.
А знаете ли вы?
- Жираф считается самым высоким животным в мире, его рост достигает 5,5 метров. В основном за счет длинной шеи. Не смотря на то, что в […]
- Многие согласятся с тем, что женщины в положении становятся особенно суеверными, они больше других подвержены всяческим поверьям и […]
- Редко можно встретить человека, который бы не находил розовый куст красивым. Но, при этом, общеизвестно. Что такие растения довольно нежны […]
- Кто с уверенностью скажет, что не знает о том, что мужчины смотрят порнофильмы, самым наглым образом соврет. Конечно же, смотрят, просто […]
- Нет, наверное, в просторах всемирной паутины такого сайта автомобильной тематики или такого автофорума, на котором бы не задавали вопрос о […]
- Воробей является довольно распространенной в мире птицей небольшого размера и пестрого окраса. Но ее особенность заключается в том, что […]
- Смех и слезы, а точнее, плач, являют собой две прямо противоположные эмоции. О них известно то, что обе они являются врожденными, а не […]
Людям важно уметь определять направление ветра. Ведь перемена ветра несёт перемену погоды. Например, северный ветер во многие области нашей страны приносит похолодание, южный – потепление, ветер с моря несёт влагу, из засушливых областей дуют сухие ветры.
Называют ветер по той стороне горизонта, откуда он дует. Если ветер подул с северо – запада, то говорят, что он северо – западный, если с юго – запада – юго – западный.
Зная стороны горизонта и умея ориентироваться на местности, вы можете определить, откуда дует ветер. Направление ветра можно узнать по развевающемуся флажку, по направлению дыма, идущего из труб.. Но более точно это можно сделать с помощью флюгера.
Флюгер – прибор, стрелка которого свободно вращается на вертикально установленном стержне. Острый конец стрелки всегда направлен против ветра. Ниже стрелки прикреплены неподвижно восемь стерженьков – указателей основных и промежуточных сторон горизонта.
Флюгер изобрели несколько тысяч лет назад. Во многих городах стало обычаем украшать шпили высоких зданий флюгером.
Почему дует ветер?
Представь, что мы сейчас не в комнате, а на лесной поляне. Сидим мы с тобой у костра и смотрим, как охватывает огонь сухие ветки, как с треском взмывают ввысь искры. Отчего искры летят вверх? Может, их что – то подталкивает? Только что?
Давай понаблюдаем за костром. Когда костёр горит жарко, без дыма, то можно увидеть, как над ним, устремляясь вверх, струится горячий воздух. Вот он – то несёт к небу искры.
А может, ты видел, как дрожит воздух над асфальтом? Так происходит потому, что солнце накаляет асфальт, а асфальт нагревает воздух. Тёплый воздух легче холодного, вот он и поднимается вверх, а кажется, что он дрожит.
Солнце греет не только твой двор, но и твоё село или город, поля и леса. С каждым летним днём становится всё теплее и теплее. И воздух над землёй делается всё теплее и легче. Поднимаются высоко в небо тёплые воздушные потоки.
А в это же время где – то на Земле стоит холодная погода. И воздух там холоднее, а значит тяжелее. Массы холодного воздуха двигаются туда, где теплее, тёплый воздух как бы освобождает им место. Вот получается ветер.
А что заставляет ветер летать с места на место, иногда за тысячи километров? Солнце! Оно греет землю неравномерно: всегда где – то теплее, где – то холоднее. А если бы во всём мире была одинаковая температура, не было бы на Земле ни ветерка.
Какая от ветра польза?
Пролетел ветер над городом. Унёс с собой пыль и копоть – дышать стало легче. Полетел дальше – тучи разогнал, дороги высушил. Раскалённой земле прохладу принёс. Небо облаками затянул, и пошёл дождь сильный – сильный. Напоил сухую землю водой, и всё зазеленело.
Ветер к морю прилетел, дунул, паруса надул, лодки погнал. Раньше он и корабли двигал, потому что корабли тогда были парусными. Нет ветра – они и плыть не могут: сидят люди у моря и ждут погоды. Ветер и теперь кораблям помогает. С попутным ветром они быстрее плывут.
Ветер выполняет ещё одну незаметную, но очень важную работу. Чтобы на месте цветков выросли плоды, цветочная пыльца должна с одного цветка перелететь на другой. Эту пыльцу на многие цветы переносят пчёлы. Но чаще это делает ветер. Ветерок подует, и пыльца летит с одного цветка на другой.
И плоды с семенами ветер тоже переносит. Ты же видел, как летают плоды берёзы, клёна, вяза? Ветер помогает им переселиться на новые места, где для молодых растений больше света, тепла, пищи.
Какие злые ветры летают над землёй?
Сверкает молния, грохочет гром. Ветер – смерч по волнам носится, как змея извивается. Вдруг ринулся из косматой тучи вниз, хобот вытянул, воду в море винтом завертел. Тучу с морем столкнул, водяным столбом закружил. С рёвом помчался дальше.
Смерч и на земле из пыли, песка столбы скручивает, всё, что на пути встречает, в себя втягивает. А перестаёт кружить, всё назад на землю падает.
Злой ветер – смерч, а иногда смешные дела делает. Падают раз с неба лягушки. Люди удивляются. Что такое? А это смерч над болотом пролетел – с грязью, с водой лягушек до туч подбросил. Вот теперь они вместе с дождём и падают. И не только лягушки, но и рыбы, апельсины с неба падают!
Есть и другие страшные и злые ветры, например буран, суховей, ураган. Зимой буран снег кружит, дороги заметает, деревья валит. Летом горячий, будто из печки вырвался, ветер – суховей пго степи носится. Траву, деревья, землю – всё, как огнём, палит.
Ураганы – это гигантские воздушные вихри. Обычно они сопровождаются проливными дождями, приводящими к наводнениям. Шквальные бури возникают в тёплое время года. Они сопровождаются сильными грозами и ливнями. Такие явления возможны в любой местности. Часто они даже имеют собственные названия: новороссийская бора. Всё это вызывает большие разрушения, приводит к человеческим жертвам.