23. Ветер. Основные характеристики ветра: сила, скорость, направление. Роза ветров.

Ветром называют горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Ветер характеризуется скоростью, силой и направлением. 1)Скорость ветра выражается: в метрах в секунду(м/с); в километрах в час(км/ч); в узлах(в морских милях в час); в условных единицах(баллах шкалы Бофорта). Различают сглаженную и мгновенную скорость ветра. Сглаженная скорость-это скорость ветра за некоторый небольшой промежуток времени, в течение которого производятся наблюдения. Мгновенная скорость ветра сильно колеблется и может быть значительно ниже или выше сглаженной скорости . Значительные колебания режима ветра, обусловленные сильной турбулентностью, при наблюдениях отмечаются особо ( порывистые или шквалистые ветры). Порывистость ветра сильно зависит от скорости: чем больше скорость, тем больше порывистость. Ветер со скоростью меньше 5 м/с считается слабым, со скоростью 6-14 м/с -умеренным, свыше 14 м/с- сильным, 25 м/с- очень сильным, свыше 33 м/с- ураганом. У земной поверхности скорость ветра чаще всего 4-8 м/с и редко превышает 12-15 м/с. В приземном слое минимум скорости ветра наблюдается ночью. После полудня скорость ветра и его порывистость достигают максимума. Летом такой суточный ход скорости ветра имеет место до высоты 100-300 м, а зимой- высоты 20-30 м. Причина суточного хода скорости ветра- суточное изменение интенсивности турбулентного перемешивания. 2)Существует условная шкала для оценки силы ветра в баллах- шкала Бофорта с 12-бальной градацией всего интервала возможных скоростей ветра. Эта шкала связывает силу ветра с различными эффектами его действия, такими как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Ноль шкалы Бофорта- штиль( полное отсутствие ветра), 4 балла- умеренный ветер, 7 баллов- сильный ветер, 9 баллов- шторм, 12 баллов- ураган. 3)Направление ветра определяется той стороной горизонта, откуда он дует. Для обозначения направления ветра указывают румб( по 16- румбовой системе) либо угол, который горизонтальный вектор скорости ветра образует с меридианом: север-360® или 0®, северо-восток-45®, восток- 90®, юго-восток- 135®, юг-180®, юго-запад- 225®, запад- 270®, северо – запад-315®. Различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. При наблюдениях направление ветра в высоких слоях атмосферы, как правило, указывается в градусах , а на наземных метеорологических станциях- в румбах горизонта. Порывистым называют ветер с резко выраженными колебаниями скорости и направления. При особенно сильной порывистости говорят о шквалистом ветре. 4)При климатологической обработке наблюдений можно для каждого пункта построить розу ветров- диаграмму повторяемости ветра разных направлений по основным румбам. От начала повторяемости координат откладывают направления по румбам горизонта( 8 или 16) в виде отрезков, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Концы этих отрезков соединяют ломаной линией. Повторяемость штилей указывается числом в центре диаграммы( в начале координат).

24. Силы, действующие на ветер: барический градиент, Кориолиса, трения, центробежная. Геострофический и градиентный ветер. 1.Бари́ческий градие́нт — вектор, характеризующий степень изменения атмосферного давления в пространстве. По числовой величине барический градиент равен изменению давления (в миллибарах) на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро, то есть по нормали к изобарической поверхности в сторону уменьшения давления.

Также барический градиент называют барометрическим градиентом. В метеорологии обычно пользуются горизонтальным барическим градиентом, то есть горизонтальной составляющей градиента на уровне моря или на другом уровне; в этом случае берётся нормаль к изобаре на данном уровне. Обычно горизонтальный барический градиент составляет 1—3 мбар на 100 км, но в тропических циклонах иногда достигает десятков мбар на 100 км (1 мбар = 100 Н/м²).

Барический градиент является одной из причин, которые приводят к циркуляции атмосферы.

2.Поворотное ускорение, или сила Кориолиса- это отклоняющая сила вращения Земли(отнесенная к единице массы).Поворотное ускорение имеет наиб. значение на полюсах, а на экваторе равно нулю. Оно обращается в ноль, когда скорость ветра равна нулю. Значение силы Кориолиса для ветра является величиной того же порядка, что и ускорение, создаваемое барическим градиентом. Следовательно, отклоняющая сила вращения Земли при движении воздуха может уравновесить силу барического градиента.

3.Сила трения. Трение в атмосфере является силой, которая сообщает сущ.движению воздуха отрицательное ускорение, т.е. замедляет движение и меняет его направление. Сила трения наибольшая у самой земной поверхности. С высотой она убывает и на уровне около 1 км. Становится незначительной по сравнению с другими силами, влияющими на движение воздуха. Высота, на которой сила трения практически исчезает называется уровнем трения. Нижний слой тропосферы до уровня трения называют слоем трения или планетарным пограничным слоем.

4.Центробежная сила направлена по радиусу кривизны траектории наружу,всегда в сторону ее выпуклости. Если движение воздуха равномерное, т.е. все силы, действующие на него, уравновешены, то возникает градиентный ветер. В циклоне центробежная сила всегда направлена наружу, против силы барического градиента .Как правило, в реальных атмосферных условиях центробежная сила меньше силы барического градиента , поэтому для равновесия действующих сил нужно, чтобы сила Кориолиса была направлена так же, как и центробежная сила. В антициклоне центробежная сила направлена наружу, в сторону выпуклости изобар ,т.е так же как сила барического градиента .Сила Кориолиса при этом должна быть направлена внутрь антициклона.

5.Геострофический ветер-это прямолинейное равномерное движение воздуха при отсутствии силы трения и отклоняющей силе вращения Земли , отличной от нуля. Поскольку движение равномерное, значит, сила барического градиента и сила Кориолиса уравновешиваются, т.е равны по величине и направлены взаимно противоположно. Скорость геострофического ветра прямо пропорциональна величине барического градиента: чем он больше, т.е чем гуще проходят изобары, тем сильнее ветер. Он представляет собой идеализированную схему. В реальных условиях ветер, возникающий в слоях атмосферы выше 1 км, близок к геострофическому, поскольку с высотой действие силы трения постепенно убывает.

6.Градиентный ветер – гипотетическое установившееся горизонтальное равномерное движение воздуха по круговым траекториям при отсутствии силы трения. Он так же как и геострофический, направлен по изобарам, но не прямолинейным, а круговым. Вопрос 25. Воздушные массы. Классификация воздушных масс. Фронты в атмосфере. Климатологические фронты. В процессе общей циркуляции атмосферы воздуха тропосферы расчленяется на отдельные воздушные массы, которые более или менее длительное время сохраняют свою индивидуальность, перемещаясь из одних областей Земли к другим. В горизонтальном направлении воздушные массы измеряются тысячами километров. По своим температурным и другим характеристикам (влажность, содержание пыли) воздушные массы носят на себе отпечаток той области Земли, где воздушная масса образовалась как единое целое под действием однородной земной поверхности. Затем, перемещаясь в другие регионы Земли, воздушные массы переносят в эти области свой режим погоды. Преобладание в определенном регионе в данную пору года определенных воздушных масс создает характерный климатический режим этого региона. Существует четыре основных типа воздушных масс с разными зональными центрами. Это массы арктического (антарктического), умеренного, тропического и экваториального типа. Для каждого из этих типов характерен свой интервал значений температуры у земной поверхности и на высотах, свои значения влажности, дальности видимости и т.д.. Конечно, свойства воздушных масс, прежде всего температура, меняются при их перемещении из одних широт в другие. Происходит трансформация воздушных масс. Воздушные массы, которые перемещаются с более холодной земной поверхности на более теплую (как правило, из высоких широт к низким), называют холодными массами. На своем пути холодная масса вызывает похолодание в тех районах, которым она проходит. Но при своем движении она сама прогревается, преимущественно снизу, от земной поверхности. Поэтому в ней возникают большие вертикальные градиенты температуры, развивается конвекция с образованием кучевых и кучево-дождевых облаков с выпадением осадков. Воздушные массы, которые перемещаются на более холодную поверхность (в более высокие широты), называют теплыми массами. Они приносят потепление, но сами охлаждаются снизу, поэтому в их нижних слоях устанавливаются малые вертикальные градиенты температуры. Конвекция в них не развивается, и преобладают слоистые облака и туманы. Различают также местные воздушные массы, которые длительное время находятся в одном регионе. Свойства местных масс определяются нагревом и охлаждением снизу, в зависимости от сезона. В атмосфере постоянно создаются такие условия, когда две воздушные массы с разными свойствами располагаются одна под другой. В этом случае две воздушные массы разделены узкой переходной зоной, называемой фронтом. Длина таких зон 1000км. Ширина лишь десятки км. В зоне фронта при переходе от одной воздушной массы к другой температура, ветер, влажность воздуха резко меняются. Фронты разделяющие основные географические типы воздушных масс называют главными фронтами. Главные фронты между арктическими и умеренными широтами носят название арктические; между умеренными и тропическим полярные. Раздел между тропическим и экваториальным воздухом не носит характера фронта. Этот раздел называют внутритропической зоной конвергенции. В пересечении с земной поверхностью фронтальная поверхность образует линию фронта, которую так же называют фронтом, и имеет те же свойства. В процессе движения воздушных масс и разделяющие их фронтальной поверхности воздушные располагаются не только одна рядом с другой, но и одна на другой. При этом более плотный холодный воздух лежит под теплым воздухом в виде узкого клина. Каждый индивидуальный фронт в атмосфере не существует бесконечно долго. Фронты постоянно возникают обостряются, расплываются и исчезают. Фронты не редкая случайность, а постоянно-повседневная особенность атмосферы. Процесс образования фронта называется фронтогенезом. Климатологические фронты— многолетние средние положения главных фронтов в разные сезоны. Их можно выявить на многолетних средних картах, подобно центрам действия атмосферы. Постоянное расчленение барического поля Земли на циклоны и антициклоны приводит к тому, что и воздух тропосферы всегда расчленяется на воздушные массы, разделённые фронтами. В действительности (а значит, на синоптических картах) положение и число фронтов могут резко отличаться от многолетнего среднего распределения. Фронты возникают, перемещаются и размываются в связи с циклонической деятельностью. Положение фронтов на средних картах указывает, в каких областях Земли преобладают в течение всего года воздушные массы того или иного типа и в каких от зимы к лету и от лета к зиме массы одного типа сменяются массами другого типа. Это является основным критерием для генетической классификации климатов по Б. П. Алисову.