Как и почему дует ветер: простое объяснение сложного явления

Ветер может казаться загадкой, как вопрос о курице и яйце: никто точно не знает, откуда и когда он начал дуть и где заканчивается. Однако для метеорологов всё намного проще.

Что такое ветер?

Ветер — это движение воздуха, вызванное разницей давлений и законами гидродинамики. Хотя это может звучать сложно, на деле всё вполне понятно. Далее мы рассмотрим, как измеряется ветер и какие существуют глобальные ветровые паттерны.

Почему дует ветер

Ветер — это движение воздуха из области высокого давления в область низкого. Высокое и низкое давление определяют погоду на Земле: атмосфера постоянно изменяется, создавая эти перепады давления, которые и вызывают движение воздуха.

Атмосферное давление

В среднем атмосфера оказывает давление примерно 1013 гектопаскалей (гПа), что эквивалентно 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Давление может варьироваться: от менее 900 гПа в зонах низкого давления до более 1080 гПа в высоких.

Чем больше воздуха над нами, тем выше давление. Высокое давление означает, что столб атмосферы выше среднего. Низкое давление — это меньший столб воздуха, ниже среднего. Атмосфера стремится к равновесию, но из-за множества факторов (вращение Земли, солнечное излучение, водные поверхности и др.) оно недостижимо.

Гидродинамика ветра

Для простоты представьте себе две высокие банки: одна наполнена водой до краёв (высокое давление), а вторая — наполовину (низкое давление). Соедините их трубкой — вода из полной банки потечёт в пустую, пока уровни не сравняются. Эта вода — аналог ветра.

Атмосфера действует аналогично: воздух течёт из зоны высокого давления в зону низкого, стремясь выровнять уровни.

Сила градиента давления

Как и топографическая карта показывает линии одинаковой высоты, карта давления показывает линии одинакового давления. Чем ближе линии — тем круче «склон», тем быстрее движется воздух.

Представьте шарик на вершине высокого давления. Он начнёт медленно катиться вниз, но когда попадёт в зону резкого перепада (где линии давления близки), он ускорится. Так же ускоряется ветер при резкой смене давления.

Статья по теме на LifeGlobe.net: Как работает ветряная мельница — принцип работы

Как измеряется ветер

Ветер измеряется по двум параметрам: скорости и направлению.

• Скорость измеряется анемометром — это вращающийся прибор, считывающий количество оборотов за время (например, обороты в минуту). Чем быстрее вращение, тем сильнее ветер.
• Направление измеряется флюгером. Он показывает, откуда дует ветер: северный ветер дует с севера на юг.

Существует и ультразвуковой анемометр без движущихся частей. Он использует звуковые импульсы для измерения скорости и направления ветра, фиксируя задержку между отправкой и получением сигнала.

Читайте также: Крупнейшие ветряные электростанции мира

Глобальные ветровые паттерны

Из-за вращения Земли со скоростью около 1 600 километров в час и наличия атмосферы существуют устойчивые ветровые схемы.

• Между 30° и 60° северной широты ветер в основном дует с запада на восток.
• Та же схема действует между 30° и 60° южной широты.
• На экваторе (0°) ветер дует с востока на запад — это пассаты.
• Полярные восточные ветры дуют с востока на запад выше 60° северной и южной широты.

Зоны схождения ветров создают устойчивые области низкого давления, например, Межтропическая зона конвергенции (ITCZ) вблизи экватора. На 30° северной и южной широты находятся субтропические максимумы — области высокого давления, откуда ветер уходит к более низкому.

Хотя мы не можем управлять ветром, теперь он стал менее загадочным. Разница давлений заставляет воздух двигаться, стремясь к равновесию. Ветер — это бесконечное движение воздуха из высокого давления в низкое, вызванное неустойчивостью атмосферы.

Ветер кажется чудом природы… но за ним стоит наука!

Читайте далее: Башня Ветров. Первая в мире погодная станция