Ветер. Общая циркуляция атмосферы.
Перемещение масс воздуха из области высокого атмосферного давления в область с низким давлением называется ветром. Скорость ветра определяется величиной барического градиента, т.е. разностью атмосферного давления на установленную единицу расстояния, равную 60 милям (1° широты), в сторону падения давления. Поэтому скорость ветра тем больше, чем больше барический градиент. Величину и направление барического градиента на карте изобар показывают в виде вектора перпендикулярного изобаре большего давления, направленного в сторону меньшего давления. Вследствие вращения Земли (под влиянием силы Кориолиса) направление ветра не совпадает с вектором барического градиента, а отклоняется в северном полушарии вправо, в южном - влево. В средних широтах это отклонение достигает 60°.
Рис. 116. Ручной анемометр:
1 - полушария крестовины; 2 - отсчет 6175; 3 - стопор (арретир)
На отклонение ветра влияет также кривизна самих изобар, вызывающая криволинейное движение воздуха под действием центробежной силы, направленной по радиусу кривизны. В циклоне центробежная сила направлена против силы градиента, а в антициклоне совпадает с ней. Поэтому при одинаковом градиенте скорость ветра в циклоне всегда меньше, чем в антициклоне.
По традиции направление ветра считается из той точки горизонта, откуда он дует. Иначе говоря, ветер дует в компас, направление обозначается в румбах (в настоящее время синоним направления) (иногда в градусах). Также в компас принято определять направление зыби, а из компаса, в направлении на горизонт, морские течения.
Единицами измерения скорости ветра являются "метр в секунду", "километр в час", "узел". Практически же скорость ветра с помощью анемометра измеряется в м/с или приближенно оценивается "сила ветра" по шкале Бофорта (табл. 6).
Для измерения скорости ветра в судовых условиях применяется ручной анемометр (рис. 116). Ветер, вращая крестовину с четырьмя полыми полушариями, приводит в движение счетчик прибора, который через три стрелки дает показания на циферблат. Точное значение скорости ветра надо узнать из таблицы поправок в аттестате анемометра.
При порывистом ветре определяют его среднюю скорость - по нескольким сделанным подряд измерениям и находят среднее арифметическое значение. Другой способ: проводят наблюдение в течение нескольких минут, а затем делят полученную разность отсчетов на соответствующее число секунд.
Ветер по своей структуре не однороден. Он может быть струйным (ламинарным), когда слои воздуха движутся не перемешиваясь, их частицы не переходят из слоя в сдой. Такое движение воздуха обычно бывает при слабых ветрах. Если же скорость ветра превышает 4 м/с, то частицы воздуха начинают двигаться беспорядочно, его слои перемешиваются и приобретают турбулентный характер. Чем выше скорость ветра, тем больше турбулентность, тем больше скачки скорости в отдельных точках воздушного потока и тем более порывистым становится ветер. Табл. 7 показывает, как меняется ветер в зависимости от его скорости и направления.
Таблица 6.
Шкала для визуальной оценки силы ветра (уточненная Всемирной метеорологической ассоциацией в 1963 г.)
| Баллы Бофорта | Характе-ристика ветра | Скорость ветра м/с (интервал) | Действие ветра | Давлении Н/кв м (кгс/кв м) | |
| на судне | на море | ||||
| 0 (0) | Штиль | 0 - 0,2 | Дым поднимается вертикально. Вымпел неподвижен | Зеркально-гладкая поверхность | |
| 1 (1) | Тихий | 1 (0,3 - 0,5) | По дыму можно определить направление ветра | Рябь. Пены на гребнях нет | 0,1 |
| 2 (2) | Легкий | 3 (1,6 - 3,3) | Легкий поток воздуха. Слегка колеблются флаги и вымпелы | Короткие волны. Гребни кажутся стекловидными | 0,5 |
| 3 (3) | Слабый | 5 (3,4 - 5,4) | Дым вытягивается по ветру и развевает флаги и вымпелы | Короткие волны. Гребни образуют стекловидную пену. Изредка образуются маленькие белые барашки | 0,2 |
| 4 (4) | Умеренный | 7 (5,5 - 7,9) | Вытягиваются вымпелы, заполаскивают флаги | Удлиненные волны. Белые барашки видны во многих местах | |
| 5 (4) | Свежий | 9 (8,0 - 10,7) | Вытягиваются и полощут большие флаги | Развитые в длину, но не крупные волны. Повсюду видны барашки. Отдельные брызги | |
| 6 (5) | Сильный | 12 (10,8 - 13,8) | Начинают гудеть провода и снасти | Образуются крупные волны. Белые пенистые гребни занимают большие площади. Ветер начинает срывать брызги | |
| 7 (6) | Крепкий | 15 (13,9 - 17,1) | Свист ветра около снастей и надстроек. Становится трудно ходить против ветра | Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру | |
| 8 (7) | Очень крепкий | 19 (17,2 - 20,7) | Движение против ветра заметно затрудняется | Умеренно длинные волны. На гребнях начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра | |
| 9 (8) | Шторм | 23 (20,8 - 24,4) | Возможны небольшие повреждения в надстройках. Могут сорваться неукрепленные предметы | Высокие волны с широкими плотными полосами пены. Гребни опрокидываются, рассыпаясь в брызги, которые ухудшают видимость | |
| 10 (8) | Сильный шторм | 27 (24,5 - 28,4) | Возможны более значительные повреждения в оснастке и надстройках | Очень высокие волны с длинными, загибающимися гребнями. Ветер срывает пену большими хлопьями. Поверхность моря белая от пены. Грохот волн, похожий на удары. Видимость плохая | |
| 11 (9) | Жестокий шторм | 31 (28,5 - 32,6) | Возможны разрушения а надстройках, палубе и такелаже | Исключительно высокие волны. Небольшие и средние суда временами скрываются из виду. Море покрыто длинными белыми хлопьями пены, срывающимися с гребней. Видимость плохая | |
| 12 (9) | Ураган | 32,7 и более | Опустошительные разрушения | Воздух наполнен пеной и брызгами. Море покрыто полосами пены. Видимость очень плохая | Свыше 74 |
Примечание. Так как по настоящей таблице можно определять и состояние моря, в графе "баллы Бофорта" в скобках указаны также баллы волнения.
Шквалистый ветер характерен не только частыми и резкими колебаниями скорости, но и сильнейшими отдельными порывами продолжительностью до нескольких минут. Ветер, который резко увеличивает свою скорость в течение очень короткого промежутка времени на фоне слабого ветра или штиля, называют шквалом. Чаще всего шквалы налетают при прохождении мощных кучево-дождевых облаков и нередко сопровождаются грозой и ливнями. Скорость шквального ветра достигает 20 м/с и более, а в отдельных порывах - 30- 40 м/с. При этом наблюдаются неожиданные повороты ветра до нескольких румбов. Основной причиной шквала является взаимодействие восходящего потока теплого воздуха в передней части кучево-дождевого облака и нисходящего воздуха, охлажденного ливневым дождем, в тыловой его части.В результате возникает характерный клубящийся вал с вихрем под ним, усиленным вихрями соседних воздушных слоев (см. рис. 136).
Таблица 7.
| Характеристика ветра | Время наблюдения (мин.) | Пределы отклонений | |
| по направлению | по скорости | ||
По направлению:
| 2 - 5 - | 1 румб Более 1 румба | - - |
По скорости:
| 2 - 5 - - | - - - | Не более 4 м/с Более 4 м/с Более 10 м/с |
Вертикальные вихри в грозовом облаке могут образоватьсмерчи. Когда скорость такого вихря достигает около 100 м/с, нижняя часть облака в виде воронки опускается к воде, навстречу поднимающемуся вверх водяному столбу. Встреча со смерчем опасна: обладая большой разрушительной силой и вращаясь по спирали, он может поднять вверх все, что окажется на его пути. Высота смерча достигает более 1000 м, горизонтальная скорость - 30-40 км/ч. Поэтому при виде смерча нужно определить направление его перемещения и немедленно уходить в сторону.
Иногда смерч может образоваться и без грозовых облаков. В этом случае он зарождается не из тучи, а на поверхности моря, нередко при безоблачном небе. Это смерчи "хорошей погоды". Они быстро разрушаются и практически безопасны.
Рис. 117. Схема общей циркуляции атмосфер.
Как мы уже говорили, движение воздушных масс величина переменная и по скорости, и по направлению. Однако в масштабах глобальных это движение имеет четко выраженную закономерность, которая определяется общей циркуляцией атмосферы, зависящей от распределения атмосферного давления в обширных районах земного шара - от тропиков до Полярных зон. На схеме циркуляции воздуха между земной поверхностью и верхними слоями атмосферы (рис. 117) видно, как вертикальные и горизонтальные потоки воздушных масс превращаются в ветры, имеющие постоянный сезонный характер.
В экваториальной зоне теплый воздух тропиков поднимается вверх, на границе тропосферы образуя ветер антипассат, растекающийся к северу и к югу.
Охлажденные воздушные массы антипассата оседают на поверхность земли, создавая в субтропиках повышенное давление и ветер, называемый уже пассатом, который устремляется в экваториальную зону.
Под действием силы Кориолиса пассаты северного полушария получают северо-восточное направление, а южного полушария (кроме северной части Индийского океана, где дуют сезонные муссонные ветры) - юго-восточное. Скорость пассатных ветров также постоянна и достигает 5-10 м/с.
В экваториальной зоне пассаты ослабевают и поворачивают на восток. Поэтому между пассатами обоих полушарий возникает штилевая зона (в Атлантике - "конские широты"), характерная пониженным давлением, грозами, ливнями и штилями.
В широтах 40-60° обоих полушарий преобладают ветры западной четверти. Они менее устойчивы (от NW до SW), но значительно сильнее (10-15 м/с или 6-7 баллов). В южном полушарии, где западные ветры огибают весь Мировой океан, лежали основные пути парусных судов для плавания из Европы в Австралию и обратно в Европу вокруг мыса Доброй Надежды и мыса Горн. За свою силу и частые штормы (повторяемость до 50%) эти ветры получили прозвище "бравые весты", а широты - "гремящие сороковые" и "ревущие шестидесятые".
В приполярных районах обоих полушарий, где оседают холодные массы воздуха верхних слоев тропосферы (при вертикальном температурном градиенте, падающем на 0,6°С на каждые 110 м высоты.), образуя так называемые полярные максимумы, преобладают юго-восточные и восточные ветры.
Пассаты - первые в категории господствующих ветров, т.е. постоянно дующих в определенных районах течение определенного промежутка времени. Скорость и направление господствующих ветров определяется многолетним наблюдениям для каждого моря или морского района.
Другая категория ветров - местные, дующие только в данном месте или нескольких местах земного шара возникают они при изменении тепловых условий в течение некоторое времени или под влиянием рельефа местности (характера подстилающей поверхности).
К первому типу относятся следующие ветры:
Бриз- ветер, возникающий из неравномерного нагревания воды суши в прибрежной полосе моря (около 30-40 км). Морской бриз дует днем с моря на сушу и начинает около 10 часов утра, а береговой - суши на море и начинается после захода солнца. Ветер вертикально развития и на высоте нескольких с метров дует в обратном направлении (рис. 118). Интенсивность бриза зависит от погоды. В жаркие летние дни морской бриз имеет умеренную силу до 4 баллов (4-7 м/с). Береговой бриз значительно слабее;
Фен - горячий сухой ветер, который возникает при обтекании влажно воздуха ветром горных вершин и нагревании его теплой подветренной подстилающей поверхностью горного склона. На Черном море наблюдает у побережья Крыма и Кавказа преимущественно весной.
Представителем второго типа местных ветров надо назвать прежде всего бору;
Бора - очень сильный, порывистый и холодный ветер, направленный вниз по горному склону в местностях, где горный хребет граничит с теплым морем. Холодный воздух с большой скоростью устремляется вниз, к морю, достигая иногда силы урагана. В зимнее время, при низких температурах, вызывает обледенение. Наблюдается в районе Новороссийска, у берегов Далмации (Адриатическое море) и на Новой Земле;
Бакинский норд - холодный северный ветер в зоне Баку, дующий летом и зимой. Достигает штормовой, а нередко и ураганной силы (от 20 до 40 м/с). Приносит с берега тучи песка и пыли;
Сирокко - очень теплый и влажный ветер, зарождающийся в Африке и дующий в Центральной части Средиземного моря. Сопровождается облачностью и осадками.
Все сведения о господствующих и местных ветрах для данного моря (или морского района) даются в Лоциях.
Существуют также сезонные ветры, называемые муссонами, которые носят континентальный характер и возникают вследствие разницы в атмосферном давлении при неравномерном нагревании суши и моря в летнее и зимнее время.
Как и другие ветры, муссоны имеют барический градиент, направленный в сторону низкого давления - летом на сушу, зимой на море (рис. 119). Под влиянием силы Кориолиса в северном полушарии летние муссоны Тихого океана у восточного побережья Азии отклоняются к юго-востоку, а в Индийском океане - к юго-западу. Эти муссоны приносят с океана на Дальний Восток пасмурную, с дождями, моросью и туманами погоду, а на южное побережье Азии несут затяжные и обильные дожди, частые наводнения.
Зимние муссоны меняют направление на противоположное (120° - 180°), и в Тихом океане они дуют уже с северо-запада, а в Индийском - с северо-востока в сторону океана. Скорость ветра в муссонах неравномерна. Зимние северо-восточные муссоны совпадают с пассатами северного полушария, и их скорость не превышает 5-10 м/с. Летние же муссоны Индийского океана достигают штормов силы. Смена муссонов происходит в апреле - мае и октябре - ноябре.
 |  |
| Рис. 119. Муссоны. | |
 | |
| Рис. 118. Бризы. | Рис. 120. Роза ветров. |
Ветер - основной движитель парусного судна. Поэтому с его направлением и силой приходится считаться в первую очередь. При выборе наиболее благоприятного маршрута для длительного крейсерского плавания полезно воспользоваться картой ветров, на которой поверхность моря или океана разбита на квадраты. В центре квадрата, внутри кружка, цифрами указывается повторяемость штилей. От центра кружка расходятся лучи по главным и четвертным румбам. Длина лучей пропорциональна повторяемости ветров этого направления, а на их концах наносится оперение, показывающее среднюю силу ветра. Если повторяемость ветра более 12%, то на луче пишется величина повторяемости, если меньше 5% - лучей не делают. Этот графический способ нанесения на карту ветровой обстановки на определенное время года, исчисленной на основании многолетних наблюдений, называетсярозой ветров (рис. 120).
Изучая розы ветров, лежащие на пути яхты, капитан может оценить ветровую обстановку при проработке маршрута плавания.
Погода.
Погодой называется физическое состояние атмосферы в данном месте, в данное время или в ограниченном промежутке времени (сутки, месяц, год).
Непрерывные изменения погоды зависят прежде всего от суточного и годового хода всех составляющих ее метеорологических элементов. Называют их периодическими, потому что они связаны с периодичностью движения Земли вокруг своей оси (суточное) и вокруг Солнца (годовое). Процессы же, происходящие при перемещении воздушных масс, вызывают непериодические изменения погоды. Изучение этих изменений и исследование процессов в границах общей циркуляции атмосферы с целью прогнозирования погоды - основная задача синоптической метеорологии. Воздушные массы, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны, их возникновение, развитие, перемещение и взаимодействие - вот объекты наблюдений синоптиков.
Воздушные массы. Значительное количество в тропосфере воздуха, имеющего однородные физические свойства и простирающегося в горизонтальном направлении на тысячи километров и на 10-15 км по вертикали, называется воздушной массой.
Очаги формирования воздушной массы, где она приобретает определенные физические свойства, обычно находятся в области малоподвижных циклонов или антициклонов, над однообразной подстилающей поверхностью с однородным тепловым балансом - океанами, пустынями, степью, тундрой, Ледовитым океаном и т. д.
Воздушные массы классифицируются по двум признакам: географическому - по положению очага формирования и термодинамическому - по температуре, полученной в очаге формирования.