Вятър

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Вятърът представлява движение на въздушите маси от места с високо към места с ниско атмосферно налягане. При вятър въздухът се движи в две направления спрямо земята — хоризонтално и вертикално. В България ветровете са предимно хоризонтални поради географските особености на района.

Причини[редактиране | edit source]

Карта на атмосферното налягане по време на буря в Съединените щати през 1888 година — зоните със сгъстяване на изобарите съответстват на по-високи скорости на вятъра

Първото известно научно описание на вятъра е направено през 17 век от италианския физик Еванджелиста Торичели, който казва:

... ветровете се предизвикват от разлики в температурата на въздуха, а оттам и на неговата плътност, в две различни области на земята.[1]

Други сили, които причиняват ветровете или им влияят, са силата на баричния градиент, кориолисовата сила, плаваемостта и силата на триене. Когато съществува разлика в плътността между две съседни въздушни маси, въздухът се стреми да се премести от областите с по-високо налягане към областите с по-ниско налягане. Поради въртенето на планетата около нейната ос, въздушните потоци в области, достатъчно отдалечени от екватора и земната повърхност, са повлияни от кориолисовата сила. Триенето с повърхността на земята води до навлизане на ветровете по-навътре в зоните с ниско налягане.[2]

В по-общ план двата основни фактора, определящи едромащабната атмосферна циркулация, са разликите в нагряването между екваториалните и полярните области и въртенето на Земята.[3]

При анализа на ветрови профили ветровете се разглеждат в контекста на механично равновесие между физични сили. Такива модели се използват за изследване на уравненията за движение на атмосферата и за количествени оценки на хоризонталното и вертикално разпределение на ветровете. Геострофният вятър е компонента на вятъра, представляваща резултата от кориолисовата сила и силата на баричния градиент. Посоката му е успоредна на изобарите и при незначително триене съответства приблизително на теченията над атмосферния граничен слой при средни географски ширини.[4] Термичният вятър е компонентата, дължаща се на хоризонтален температурен градиент или бароклинност.[5] Компонентата на агеострофния вятър представлява разликата между действителния е геострофния вятър и предизвиква постепенното изчезване на циклоните с времето.[6] Градиентният вятър е подобен на геострофния, но включва и центробежната сила.[7]

Характеристики и наблюдения[редактиране | edit source]

Витлов анемометър

Системните наблюдения на вятъра обикновено отчитат двете основни характерни величини посока и скорост. В някои случаи се измерват и други характеристики, като вертикалното разпределение на ветровете в различните атмосферни слоеве. Това става с помощта на радиосонди или метеорологични балони, снабдени с различни уреди, които се издигат и извършват измервания на различни височини.

Данните от наблюденията на вятъра се използват за прогнозиране на времето за нуждите на въздухоплаването, мореплаването, земеделието.

Посока[редактиране | edit source]

За посока на вятъра се приема посоката, от която той духа, като тя може да бъде определена с помощта на ветропоказател.[8] Така например северният вятър духа от север на юг.[9]

Посоката се определя по посоките на света и се означава с латински букви, както следва: N — север. S — юг, W — запад, E — изток. За главни са възприети посоките N и S. Междинните посоки североизток, северозапад, югоизток и югозапад се записват с 2 букви, първата от които е на главната посока, а именно NE, NW, SE, SW (подобно на българските названия). В първоразрядните метеорологични станции и обсерваториите е задължително посоката на вятъра да се записва за 16 посоки, като посоката между основните и междинните се записва с 3 букви. Примери:

  • когато вятърът духа от посока между запад и северозапад, той се записва като „западно-северозападен“ със символите WNW.
  • ако посоката на вятъра е между изток и югоизток, той следва да се запише като „източен-югоизточен“ със символите ESE

По отношение на променливостта в посоката на вятъра, метеорологът записва като допълнителна характеристика „променлив“ или „постоянен“. Оценката „променлив“ се дава ако по време на наблюдението вятъра постоянно, макар и в тесни граници, променя посоката си.

Скорост[редактиране | edit source]

Скоростта на вятъра представлява пътя, изминат от въздушния поток за единица време и се измерва в m/сек. Като допълнителна характеристика на скоростта метеорологът записва „поривист“ или „равномерен“.

Измерванията на скоростта се извършват с помощта на ветромери (анемометри), които я отчитат пряко или непряко чрез скоростта на разпространение на ултразвукови сигнали.[10] Друг тип анемометри използва тръби на Пито, като отчита разликата в налягането между вътрешна тръба и външна тръба, изложена на вятъра.[11] Някои анемометри са с ръчно отчитане, а други — с автоматично (анемографи). Повечето ветромери са комбинирани с ветропоказатели за отчитане на посоката вятъра.

Обикновено скоростта на вятъра се регистрира на височина 10 m над терена, като се отчита стойности, усреднени за десетминутен интервал. В Съединените щати усредняването се прави върху интервал от 2 минути,[12] а в Индия — от 3 минути.[13] Тези разлики се отразяват върху съпоставимостта на данните. Така стойностите при интервал на усредняване от 1 минута са с около 14% по-високи от тези с интервал на усредняване 10 минути.[14]

В широката практика може да стане нужда от безинструментно наблюдение върху посоката и скоростта на вятъра при полски условия, далече от метеорологична станция. Посоката на вятъра твърде лесно се определя по движението на леки предмети — дим, тревата, посевите. Скоростта на вятъра може да се определи приблизително по Скалата на Бофорт.

Глобални ветрове[редактиране | edit source]

Схема на глобалната въздушна циркулация

Земята може да се раздели на няколко области с характерни преобладаващи ветрове. Като цяло в полярните и тропичните зони преобладават източните ветрове, а в средните географски ширини — западните.

Тропични области[редактиране | edit source]

Пасатите са преобладаващите ветрове в тропическите области.[15] ВСеверното полукълбо те имат североизточна посока, а в Южното полукълбо - югоизточна.[16] Пасатите играят основна роля в насочването на тропическите циклони, формирани над океаните, към континенталните области.[17]

Мусоните са сезонни преобладаващи ветрове в някои тропически райони, като Южна и Източна Азия.[18] Движението им към полюсите се усилва с понижаването на температурите над континенталните области на Азия, Африка и Северна Америка през май-юли и на Австралия през декември.[19][20][21]

Средни географски ширини[редактиране | edit source]

В средните географски ширини, между 35° и 65°, преобладаващата посока на ветровете е западна и от субтропичната конвергенция към полярните области.[22] Те са предимно югозападни в Северното полукълбо и северозападни в Южното полукълбо и като цяло насочват извънтропическите циклони в източна посока.[16]

Ветровете са по-силни през зимата, когато налягането в полярните области е най-ниско, и по-слаби през лятото, когато то се повишава.[23] Те са особено интензивни в Южното полукълбо, където е по-малък делът на сушата, намаляваща скоростта на въздушния поток. Най-силни са западните ветрове в ивицата, известна като „Ревящите четиридесет“, между 40° и 50° южна ширина.[24]

Заедно с пасатите, западните ветрове в умерените ширини водят до възникването на силни океански течения, насочени към полярните области, в западните части на океаните и в двете полукълба.[25] Тези течения придвижват топли води от тропиците към полярните области и играят важна роля за климата по западните крайбрежия на континентите.[26][27]

Полярни области[редактиране | edit source]

В полярните области преобладават източни ветрове. Те са сухи и студени и духат от зоните с високо атмосферно налягане на полюсите към умерените ширини. За разлика от пасатите, тези източни ветрове са слаби и променливи.[28] Поради малкият ъгъл на слънчевите лъчи, над полюсите се натрупва студен въздух, който се спуска към повърхността на земята, създавайки област с трайно повишено налягане и изтласквайки въздуха на повърхността в посока към екватора.[29] Този поток се отклонява в на запад от ефекта на Кориолис.

Местни ветрове[редактиране | edit source]

В области със слаби въздушни потоци преобладаващите ветрове често се дължат на местни особености.

Крайбрежни местности[редактиране | edit source]

A: Дневен бриз
B: Нощен бриз

При липса на силни глобални ветрове, по крайбрежието на големи водни басейни преобладаващ вятър е бризът. Водният басейн се нагрява от слънцето на по-голяма дълбочина, отколкото земната повърхност, поради по-големия си специфичен топлинен капацитет и разпространението на топлината чрез конвекция.[30] Той има възможност да поглъща по-голямо количество топлина от съседната суша, поради което повърхността на водата се нагрява по-бавно. С повишаването на температурата на повърхността на сушата, тя започва да нагрява въздуха над себе си. Топлият въздух има по-ниска плътност, поради което се издига нагоре. Това предизвиква придвижване на въздух от зоните над водоема към сушата, създавайки хладния дневен бриз. Силата на бриза е пропорционална на температурната разлика между сушата и водата.

През нощта сушата изстива по-бързо от водния басейн, поради по-ниския си специфичен топлинен капацитет. Това довежда до спирането на дневния бриз. Ако температурата на брега спадне под тази над водата, налягането на сушата ще бъде по-високо и ще възникне нощен бриз, чиято посока е от сушата към водата, обратна на посоката на дневния бриз.[31]

Планински местности[редактиране | edit source]

В планински местности, където релефът е неравномерен, самият той оказва значително влияние върху скоростта и посоката на вятъра. Възвишенията и долините отклоняват въздушните потоци, като увеличават триенето между атмосферата и земната повърхност. Освен това те пряко възпрепятстват преминаването на въздуха, насочвайки го в посоката на долините[32] или успоредно на планинските склонове и увеличавайки скоростта на вятъра.[33]

В проходите в планински вериги ветровете значително увеличават скоростта си, вследствие на уравнението на Бернули. Този ефект може да се запази и на известно разстояние извън края на прохода, предизвиквайки бурни и турбулентни ветрове в съседните равнинни зони.[32] Подобни ветрове, характерни за съответните области, често получават различни местни названия, като бора или мистрал.

Друг ефект върху вятъра се наблюдава при преминаване на въздушните потоци над по-значителни планински масиви. При изкачването на въздушните маси по наветрения склон възникват орографски валежи, предизвикани от адиабатното охлаждане на въздуха. По подветреният склон спускащият се вятър, известен като фьон, е сух и топъл и създава дъждовна сянка, област с намалени валежи.[34] В области с целогодишни преобладаващи ветрове, като пасатите, по наветрената страна на планините климатът е значително по-влажен, отколкото по подветрената им страна.

Планинско-долинни ветрове[редактиране | edit source]

Планинско-долинните ветрове са с ограничен климатичен ефект. Те са периодични ветрове, като през деня духат от полето към планината, а през нощта - обратно. Най-добре проявени са през топлото полугодие, когато условията за възникване на значителни термични контрасти са по-благоприятни. Положителен ефект от тяхната проява е подобряване качеството на замърсения въздух в промишлените райони, разположени в подножието на планините.

Вятърът и хората[редактиране | edit source]

Митология и история[редактиране | edit source]

Японският бог Фуджин и торбата с ветровете

Като едно от обичайните природни явления, в множество култури вятърът е персонифициран като един или повече богове или като проявление на свръхестественото. Ваю е индуисткият бог на вятъра.[35][36] В древногръцката митология има няколко божества на вятъра. Сред тях са Борей, Нот, Евър и Зефир, свързвани с ветровете от четирите посоки на света, и техният повелител Еол.[36] В римската митология божествата на ветровете от четирите посоки се наричат Венти.[37] В шинтоистката митология едно от най-старшите божества е богът на вятъра Фуджин. Според легендата той присъства на сътворението на света и освобождава ветровете от торбата си, за да го очисти от първоначалната мъгла.[38] В скандинавската митология бог на вятъра е Ньорд,[36] а четири джуджета персонифицират ветровете от четирите посоки на света, подобно на божествата в гръко-римската митология.[39] При източните славяни като бог на вятъра е споменаван Стрибог.[40][36]

Камикадзе (от японски: 神風, „божествен вятър“) е наименованието на два или повече тайфуна в края на 13 век, за които се смята, че предпазват Япония от нашествие на Монголската империя, унищожавайки монголския флот през 1274 и 1281 година.[41] Протестантски вятър е наричана бурята, предотвратила нашествието на испанската Непобедима армада в Англия през 1588 година,[42] както и благоприятните ветрове, позволили на Вилем Орански да дебаркира там през 1688 година, по време на Славната революция.[43] По време на Египетския поход на Наполеон I през 1798 година френските войници срещат затруднения с местния вятър хамсин. Когато бурята се приближава, местните жители се укриват, а французите „не реагират, докато не става твърде късно, а след това се давят и мъчат в ослепяващите, задушаващи стени от прах“.[44] По време на Северноафриканската кампания от Втората световна война „съюзнически и германски войски на няколко пъти са принудени да спрат в разгара на боевете, заради пясъчните бури, предизвикани от хамсина... Пясъчни зърна, въртени от вятъра, заслепяват войниците и предизвикват електрически смущения, които правят компасите безполезни.“[45]

Транспорт[редактиране | edit source]

Ветроходен кораб
Пресичащи се писти, позволяващи излитане и кацане при различни посоки на вятъра

В миналото, когато корабоплаването се извършва основно с ветроходни кораби, вятърът играе важна роля за транспорта по света. Ветроходите имат система от мачти и платна, чрез която използват енергията на вятъра за своето задвижване.[46] Океанските пътувания по това време могат да отнемат месеци[47] и често съществува риск да бъдат забавени, поради безветрие,[48] или да бъдат отклонени от курса от силни бури или ветрове с нежелателна посока.[49]

Вятърът оказва значително влияние и върху ранните въздухоплавателни средства. Аеростатите (балони, дирижабли и други), както и ранните леки самолети, се придвижват с относително малка скорост и могат да бъдат забавени или отклонени от курса си от по-силни ветрове. Съвременните самолети са значително по-мощни, но въпреки това попътните или насрещни ветрове се отразяват на тяхната скорост.[50]

Преобладаващите посоки на вятъра са важни за излитането и кацането на самолетите и са водещ фактор при планирането на летищата. Пистите за излитане и кацане обикновено са ориентирани в посоките на преобладаващите ветрове, тъй като оптималните условия за излитане, от гледна точка на сигурността и необходимата дължина на движение по пистата, са при насрещен вятър.[51]

Вятърна енергия[редактиране | edit source]

Вятърна турбина за производство на електроенергия

Освен в транспорта, енергията на вятъра се използва за задвижване на различни механизми още от Древността. През 3 век пр.н.е. в Шри Ланка мусоните са използвани за захранване на пещи за добив на желязо.[52] Има сведения от 1 век за използване на примитивна, задвижвана от вятъра, витлова система в конструкцията на орган.[53] Първата истинска вятърна мелница е построена в Систан през 7 век. Тя има вертикална ос и правоъгълни крила.[54] С 6 до 12 тръстикови или платнени крила, такива мелници са използвани в Близкия Изток за мелене на зърно, изпомпване на вода и обработка на захарна тръстика.[55] Мелниците с хоризонтална ос се появяват по-късно, а от края на 12 век получават широко разпространение в Северозападна Европа.[56]

В наши дни вятърът се използва за производство на електричество. В края на 2008 година вятърните генератори по света имат обща номинална мощност от 120,8 GW.[57] Макар че те произвеждат едва 1,5% от световното потребление на електричество,[57] делът им нараства бързо, като се удвоява за периода 2005-2008 година. В някои страни делът на произвежданата от вятър електроенергия достига относително високи нива: 19% в Дания, 10% в Испания и Португалия, 7% в Германия и Ирландия (2008).

Спорт и забавления[редактиране | edit source]

Строителство[редактиране | edit source]

Вятърът е едно от въздействията, за които се изчисляват повечето строителни конструкции. За определени групи от тях (високи и стройни сгради и съоръжения, леки едноетажни сгради), както и за много елементи на външното ограждане, той е едно от най-важните натоварвания. Повечето строителни норми, включително българските, използват като основа за изчисленията базово натоварване от вятър. То се изчислява въз основа на скоростта на вятъра на височина 10 m над терена:

w={\rho \over 2} \cdot v^2 \approx 0.6125 kg/m^3 \cdot v^2 , където:

Природни бедствия[редактиране | edit source]

Бележки[редактиране | edit source]

  1. Evangelista Torricelli. // MacTutor History of Mathematics and Science, 2002. Посетен на 2009-03-13.
  2. JetStream. Origin of Wind. // National Weather Service Southern Region Headquarters, 2008. Посетен на 2009-02-16.
  3. John P. Stimac. Air pressure and wind. // Eastern Illinois University, 2003. Посетен на 2008-05-08.
  4. Glossary of Meteorology. Geostrophic wind. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-18.
  5. Glossary of Meteorology. Thermal wind. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-18.
  6. Glossary of Meteorology. Ageostrophic wind. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-18.
  7. Glossary of Meteorology. Gradient wind. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-18.
  8. Glossary of Meteorology. Wind vane. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-17.
  9. JetStream. How to read weather maps. // National Weather Service, 2008. Посетен на 2009-05-16.
  10. Glossary of Meteorology. Anemometer. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-17.
  11. Glossary of Meteorology. Pitot tube. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-03-17.
  12. Tropical Cyclone Weather Services Program. Tropical cyclone definitions (PDF). // National Weather Service, 2006-06-01. Посетен на 2006-11-30.
  13. Hydrology and Water Resources of India. Springer, 2007. с. 187. Посетен на 2009-04-22.
  14. Jan-Hwa Chu. Section 2. Intensity Observation and Forecast Errors. // United States Navy, 1999. Посетен на 2008-07-04.
  15. Glossary of Meteorology. trade winds. // American Meteorological Society, 2000. Посетен на 2008-09-08.
  16. а б Ralph Stockman Tarr and Frank Morton McMurry. Advanced geography. W.W. Shannon, State Printing, 1909. с. 246. Посетен на 2009-04-15.
  17. Joint Typhoon Warning Center. 3.3 JTWC Forecasting Philosophies. // United States Navy, 2006. Посетен на 2007-02-11.
  18. Glossary of Meteorology. Monsoon. // American Meteorological Society. Посетен на 2008-03-14.
  19. Chapter-II Monsoon-2004: Onset, Advancement and Circulation Features. // National Centre for Medium Range Forecasting, 2004-10-23. Посетен на 2008-05-03.
  20. Monsoon. // Australian Broadcasting Corporation, 2000. Посетен на 2008-05-03.
  21. Dr. Alex DeCaria. Lesson 4 – Seasonal-mean Wind Fields. // Millersville Meteorology, 2007-10-02. Посетен на 2008-05-03.
  22. Glossary of Meteorology. Westerlies. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-04-15.
  23. Halldór Björnsson. Global circulation. // Veðurstofu Íslands, 2005. Посетен на 2008-06-15.
  24. Stuart Walker. The sailor's wind. W. W. Norton & Company, 1998. ISBN 0393045552, 9780393045550. с. 91. Посетен на 2009-06-17.
  25. National Environmental Satellite, Data, and Information Service. Investigating the Gulf Stream. // North Carolina State University, 2009. Посетен на 2009-05-06.
  26. The North Atlantic Drift Current. // The National Oceanographic Partnership Program, 2003. Посетен на 2008-09-10.
  27. Polar Lows. Cambridge University Press, 2003. с. 68. Посетен на 2008-09-10.
  28. Glossary of Meteorology. Polar easterlies. // American Meteorological Society, 2009. Посетен на 2009-04-15.
  29. Michael E. Ritter. The Physical Environment: Global scale circulation. // University of Wisconsin-Stevens Point, 2008. Посетен на 2009-04-15.
  30. Dr. Steve Ackerman. Sea and Land Breezes. // University of Wisconsin, 1995. Посетен на 2006-10-24.
  31. JetStream: An Online School For Weather. The Sea Breeze. // National Weather Service, 2008. Посетен на 2006-10-24.
  32. а б National Center for Atmospheric Research. T-REX: Catching the Sierra’s waves and rotors. // University Corporation for Atmospheric Research, 2006. Посетен на 2006-10-21.
  33. J. D. Doyle. The influence of mesoscale orography on a coastal jet and rainband. // Monthly Weather Review 125. 1997. с. 1465-1488.
  34. Dr. Michael Pidwirny. CHAPTER 8: Introduction to the Hydrosphere (e). Cloud Formation Processes. // Physical Geography, 2008. Посетен на 2009-01-01.
  35. Laura Gibbs, Ph.D. Vayu. // Encyclopedia for Epics of Ancient India, 2007-10-16. Посетен на 2009-04-09.
  36. а б в г Michael Jordan. Encyclopedia of Gods: Over 2, 500 Deities of the World. New York, Facts on File, 1993. ISBN 0-8160-2909-1. с. 5, 45, 80, 187-188, 243, 280, 295.
  37. Theoi Greek Mythology. Anemi: Greek Gods of the Winds. // Aaron Atsma, 2008. Посетен на 2009-04-10.
  38. John Boardman. The Diffusion of Classical Art in Antiquity. Princeton University Press, 1994.
  39. Andy Orchard. Dictionary of Norse Myth and Legend. Cassell, 1997.
  40. John McCannon. Stribog. // Encyclopedia Mythica, 2002. Посетен на 2009-04-10.
  41. History Detectives. Feature — Kamikaze Attacks. // PBS, 2008. Посетен на 2009-03-21.
  42. Colin Martin, Geoffrey Parker. The Spanish Armada. Manchester University Press, 1999. с. 144-181. Посетен на 2009-06-20.
  43. S. Lindgrén and J. Neumann. Great Historical Events That Were Significantly Affected by the Weather: 7, “Protestant Wind”—“Popish Wind”: The Revolusion of 1688 in England. 1985. с. 634–644. Посетен на 2009-03-21.
  44. Nina Burleigh. Mirage. Harper, 2007. с. 135.
  45. Jan DeBlieu. Wind. Houghton Mifflin Harcourt, 1998. с. 57.
  46. Britain's Sea Story, B.C. 55-A.D. 1805. Hodder and Stoughton, 1906. с. 30. Посетен на 2009-03-19.
  47. Brandon Griggs and Jeff King. Boat made of plastic bottles to make ocean voyage. // CNN, 2009-03-09. Посетен на 2009-03-19.
  48. Jerry Cardwell. Sailing Big on a Small Sailboat. Sheridan House, Inc., 1997. с. 118. Посетен на 2009-03-19.
  49. Brian Lavery and Patrick O'Brian. Nelson's navy. Naval Institute Press, 1989. с. 191. Посетен на 2009-06-20.
  50. Tom Benson. Relative Velocities: Aircraft Reference. // NASA Glenn Research Center, 2008. Посетен на 2009-03-19.
  51. Flight Paths. // Bristol International Airport, 2004. Посетен на 2009-03-19.
  52. G. Juleff. An ancient wind powered iron smelting technology in Sri Lanka. January 1996. с. 60–63.
  53. A.G. Drachmann. Heron's Windmill. 1961. с. 145-151.
  54. Ahmad Y Hassan and Donald Routledge Hill. Islamic Technology: An illustrated history. Cambridge University Press, 1986. с. 54.
  55. Donald Routledge Hill. Mechanical Engineering in the Medieval Near East. May 1991. с. 64-69.
  56. Dietrich Lohrmann. Von der östlichen zur westlichen Windmühle. 1995. с. 1-30.
  57. а б World Wind Energy Association. 120 Gigawatt of wind turbines globally contribute to secure electricity generation. // Press release. 2009-02-06. Посетен на 2009-02-06.

Вижте също[редактиране | edit source]