Откуда берется ветер?
Разница в давлении воздуха — это то, что приводит к образованию ветра, но всё же основной причиной его возникновения является Солнце.
Поверхность Земли не является равнинной и однородной. Напротив, она меняется по форме и консистенции. В одних регионах есть горы, в других — равнины, в третьих — моря. Более того, из-за вращения планеты не все регионы получают одинаковое количество солнечного света. Все это означает, что будет существовать территориальная разница температур.
Когда какой-либо регион на поверхности планеты нагревается солнечными лучами, что происходит с воздухом над ним? Естественно, он тоже будет нагреваться. Как и любой газ, когда температура воздуха повышается, он расширятется.
С увеличением площади нагретый воздух также становится легче, поэтому он поднимается вверх в атмосферу, оставляя за собой низкое давление.
Давление воздуха зависит от силы, которую молекулы воздуха оказывают на определенную область. Чем больше молекул воздуха, тем больше давление.
Но что-то должно занять то пространство, которое освободилось после того, как теплый воздух поднялся выше. Логично, что это будет холодный воздух из окружающей среды. Именно этот холодный воздух и является ветром.
Более того, когда горячий воздух поднимается в атмосферу, он в конце концов остывает. В результате молекулы воздуха сближаются, заставляя газ сжиматься и оседать. Оседая он вытесняет более горячий воздух внизу. Этот цикл, называемый конвекционным потоком, может повторяться бесконечно, производя то, что мы называем ветром.
Такая физика объясняет, почему в полдень на морском пляже чувствуется прохладный ветерок. Земля намного горячее моря. Эта разница температур двигает холодный воздух над морем в сторону горячего участка над землей.
Шторм
Большинство ветров вызвано довольно небольшой разницей в давлении воздуха. Нежные ветра, которые ощущаются в весенний день, обычно являются результатом разницы в давлении воздуха около 1%.
Однако, когда разница в давлении воздуха на очень маленькой площади превышает 10%, могут образовываться очень опасные и сильные ветры, а также образовываться торнадо.
Вот некоторые интересные статистические данные, которые вы можете найти интересными в следующий раз, когда услышите про скорость ветра в прогнозе погоды. На скорости 40-48 км/ч происходит покачивание больших ветвей деревьев. На скорости 51 км/ч можно увидеть, как раскачиваются целые деревья. При скорости около 65 км/ч ветер настолько сильный, что при ходьбе в направлении порыва чувствуется сильное сопротивление, а маленькие ветки могут оторваться от деревьев. На скорости 90 км/ч штормовой ветер достаточно сильный, чтобы выкорчевать деревья и вызвать структурные повреждения.
Самая высокая скорость ветра была зафиксирована в 1999 г. внутри торнадо. Сделано это было с помощью доплеровского радара, который показал ошеломляющие данные о скорости 482 км/ч. Самый быстрый ветер, измеренный вне торнадо, был 407 км/ч во время тропического циклона Оливия в 1996 году.
Энергия ветра
Солнечные батареи — это отличный способ прямого преобразования солнечной энергии в электричество, которое мы можем использовать для питания домов и гаджетов.
Но есть огромное количество энергии, которую можно использовать из солнечной энергии косвенным образом, используя турбины, чтобы улавливать часть ветряной энергии.
Чем быстрее ветер, тем больше его кинетической энергии. А ветряные турбины с большей площадью поверхности будут улавливать больше ветра и вырабатывать больше энергии. Эти два параметра вместе могут быть направлены на производство огромного количества энергии.
Кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, умноженной на массу. Говоря о ветре, его масса связана с массой молекул воздуха. Так что когда скорость ветра удваивается, его кинетическая энергия фактически в четыре раза увеличивается. Когда скорость ветра увеличивается, то увеличивается и количество воздуха, толкающего лопасти турбины.
Таким образом, каждый раз, когда скорость ветра удваивается, количество энергии, попадающей в турбину, на самом деле увеличивается в 8 раз. Вот почему страны, страдающие от ветра, успешно используют его энергию.
Дания, например, в 2019 году 47% потребляемой энергии обеспечивала за счет ветра. Аналогичным образом Ирландия в 2018 году, за счёт ветра, обеспечила себя энергией на 28%.
На этом все. Надеемся, что вам понравилась статья. Подписывайтесь на наши группы в социальных сетях, чтобы ничего не пропустить.
Читайте также:
Альберт Эйнштейн — биография
Альберт Эйнштейн — всемирно известный физик-теоретик немецкого происхождения, лауреат Нобелевской Премии по физике 1921 года, автор более 300 научных работ и около 150 книг и статей.
15 идей, которые могут изменить мир
Представляем вам список из 15 идей, которые, вероятно, мы увидим реализованными в ближайшем будущем.
Коронавирус: долой рукопожатия!
Всемирная организация здравоохранения подготовила список новых рекомендаций, перечисляющих несложные методы пресечения передачи вирусной инфекции COVID-19.
Вечная ругань: ученые «перевели» речь летучих мышей
Многие животные разработали способ общения друг с другом.
Кто-то воет, кто-то напевает, кто-то танцует, а кто-то метит территорию. Ученые из Тель-Авивского университета сумели понять …
Как образуется ветер
Из-за чего образуется ветер
Кратко: из-за неравномерного нагревания поверхности Земли и разницы в атмосферном давлении.
Начнем с эксперимента «Мини-Земля». В солнечный день берем две тарелки, в одну из которых насыпаем землю, а в другую наливаем воду. Обе ставим под прямые солнечные лучи и оставляем на некоторое время. Через полчаса вы увидите, что тарелка с землей нагрета гораздо сильнее, чем с водой, и термометр это докажет. И вот отсюда начинается наш рассказ о том, как образуется ветер.
Каждый день Солнце направляет свои лучи на нашу планету и нагревает всю ее поверхность, как эти самые тарелки. Но не равномерно – это самое главное. Темные участки нагреваются быстрее, чем светлые, а суша – быстрее, чем вода. Географы говорят, что для нагревания 1 см 3 воды нужно в три раза больше тепла, чем для 1 см 3 песка.
Согретая поверхность отдает свое тепло атмосфере – воздушной оболочке Земли. А поскольку теплый воздух легче, он поднимается, и создается область пониженного атмосферного давления. Остается «пробел» – его надо чем-то заполнить. Тогда на место теплого воздуха приходят плотные, холодные воздушные потоки с непрогретых поверхностей – и вот уже дует ветер. Из-за неравномерного нагревания Земли на планете постоянно происходит «обмен» воздушными потоками. С затененных материков с горами и лесами теплый воздух поднимается, а холодные потоки с океанов и морей дуют в сторону континентов, на города и деревни. Чем больше разница температур между этими воздушными массами, тем быстрее они движутся, и тем сильнее ветер. В длину потоки воздуха могут достигать тысяч километров, а в высоту – сотен.
Конус-ветроуказатель, в просторечии «носок». Фото: pxhere.com
Второй важный фактор, кроме солнечного тепла, – постоянное вращение планеты вокруг своей оси. Подчиняясь силе Кориолиса, все потоки воздуха, движущиеся вдоль Земли, отклоняются.
Поэтому ветры в Северном полушарии «кренят» вправо, а в Южном – влево (по отношению к направлению движения). Обычно ветры движутся над поверхностью горизонтально, но существуют и восходящие и нисходящие потоки: циклоны и антициклоны (подробнее в нашем материале о творцах погоды). И если на Земле ветер представляет собой потоки воздуха (в основном смесь азота и кислорода), то на других планетах – смесь свойственных им газов (подробнее о космическом ветре).
Сила Кориолиса – сила инерции, суть которой можно описать как «вне зависимости от ощущения наблюдателя, движущаяся масса внутри вращающейся системы отклоняется». В масштабах планеты она влияет на океанические и морские течения, а также на воздушные потоки – ветры.
Чтобы еще лучше представить себе разницу в атмосферном давлении, вспомните: как только вы открываете дверь из помещения на улицу, внутрь сразу начинает задувать ветер, причем больше всего – снизу.
Теплый воздух поднимается и «выталкивается» наружу, а оттуда приходят холодные воздушные потоки. Или вспомните прогулки по берегу, если они у вас были, – ветер всегда дует с воды на сушу, потому что суша нагревается быстрее.
Муссоны, пассаты, воздушные массы…
Кратко: на Земле дуют десятки глобальных и локальных ветров.
Было бы странно, если бы постоянные перемещения потоков воздуха никак не влияли на происходящее на Земле. И речь не о том, что ветер может уничтожить судно или разрушить город, хотя и это, конечно, ему под силу. Берите выше! Ветры влияют на региональный климат, погоду и уровень атмосферного давления, от которого вашей бабушке может быть плохо.
Муссоны – как биткоины: многие слышали, но мало кто знает, что это такое и как работает. Если упрощать, то это преобладающие ветры на границе океана и материка. Чаще всего они «водятся» в тропических и субтропических областях и меняют свое направление летом и зимой (с арабского «mawsim» – «время года»).
Весной Солнце прогревает континент примерно на 10 градусов сильнее, чем океан. Нагретый воздух поднимается, создает область низкого давления и активизирует муссон – потоки океанического воздуха несутся к суше. Ближе к зиме все наоборот – суша прогревается хуже, поэтому воздух движется от нее к морям и океанам. Муссоны «висят» над экваториальной Африкой, южной Азией и вообще над всем Южным полушарием, а в России хорошо выражены на Дальнем Востоке. Именно муссоны заставляют людей надевать резиновые сапоги летом. Почему они виновны в пасмурной погоде? Потому что вместе с воздухом приносят на сушу океаническую влагу, которую прихватывают по пути. Теплый влажный воздух конденсирует водяной пар – и начинается дождь. Зимой все наоборот – засуха и отсутствие осадков.
Муссоны – как биткоины: многие слышали, но мало кто знает, что это такое и как работает.
Еще на планете живут пассаты – ветры, дующие между тропиками. Здесь все сложнее и завязано на экваторе – самом жарком месте Земли.
Солнце нагревает поверхность в экваториальной полосе, и нижние воздушные потоки поднимаются и расходятся одновременно к южному и северному полюсам. По всему экватору образуется область низкого давления, которая «всасывает» воздух из субтропиков. Между экватором и субтропиками создается циркуляция. Поскольку Земля вращается и воздушные массы подвержены силе Кориолиса, изначально двигаясь по прямой, они смещаются. И если на океанах они дуют «правильно», то ближе к земной поверхности их направление меняется еще и под воздействием местных препятствий, например, гор. В результате в Северном полушарии дуют северо-восточный и юго-западный пассаты, в Южном – юго- восточный и северо-западный. Пассаты обоих полушарий «отделены» друг от друга полосой вдоль всего экватора – по-научному, внутритропической зоной конвергенции.
В умеренных широтах дуют западные ветры – они влияют на формирование океанических течений, переносящих теплые экваториальные воды к западным берегам континентов. А на полюсах преобладают восточные ветры – сухие, нерегулярные и слабые, они дуют из полярных районов в низкие широты.
Поскольку в полярных областях солнечного тепла меньше, воздух там быстро охлаждается и опускается, образуя высокое давление и выталкивая приполярный воздух в направлении более низких широт. Но Земля – это не только материки и океаны, а еще множество локальных географических объектов: водоемы, моря, пустыни, горные массивы. Разнообразие подстилающей поверхности создает местные ветры. Например, на берегах морей и больших озер дуют морской и континентальный бриз, сменяющие друг друга утром и вечером. Особенно они заметны летом, когда разница между температурами воды и земли самая высокая. Морской (дневной) дует с моря на прибрежье, а ночной (континентальный, береговой) – с суши на море. Оба достигают небольшой скорости в 1–5 м/с.
Горы могут останавливать ветер и порождать его. Над взгорьями солнце греет сильнее, создавая область низкого давления. Так появляются свойственные горам и долинам ветры: фён, или бора, например. А если горы стоят на берегу озера или моря, то начинается целый ветряной сабантуй – на Байкале, например, дуют не менее пяти ветров.
В пустынях тоже свои ветры: суховей, самум. А теперь представьте, какое количество воздушных масс «танцует» на нашей планете ежедневно. Огромное! Все преобладающие и местные ветры на всем земном шаре в совокупности образуют то, что географы называют «циркуляцией атмосферы» – процесс постоянного движения воздушных потоков. А он, в свою очередь, влияет на климат в разных регионах Земли и заставляет нас брать зонтик по утрам.
Какой он?
Кратко: у ветра изучают силу, скорость, направление и продолжительность.
Основными характеристиками ветра считают скорость, силу и направление. Анемометр – механический прибор, в котором движение воздуха приводит в действие лопасти и на шкале отображается скорость ветра. От нее неотделима его сила, которую изучают с помощью шкалы Бофорта – она показывает, сколько метров преодолевает слой воздуха в секунду. Наиболее распространена 12-балльная шкала, но возможно использование 17-балльной, если речь идет о сильном урагане.
Чем выше балл, тем сильнее и опаснее последствия от ветра: движение океанических и морских волн, распространение дыма из трубы, качание деревьев, помеха движению человека и др.
Самую большую скорость порыва ветра на Земле зафиксировали на острове Барроу в Австралии в 1996 году. Тогда автоматическая метеостанция зарегистрировала порыв в 113 м/с (408 км/ч). Но! Важно, что это был кратковременный порыв, – они могут достигнуть огромной скорости, длиться одну секунду и тут же закончиться. Что касается постоянной скорости ветров, то самые быстрые дуют в Антарктиде со скоростью до 90 м/с.
Смерч, или торнадо, – один из самых губительных эффектов ветрообразования. Это атмосферный вихрь, нисходящий к поверхности Земли в виде столба. Чтобы измерить его силу и скорость, применяют особую Шкалу Фудзиты. В ней шесть ступеней, где первая – штормовой смерч, повреждающий трубы, вывески и вышки, а шестая – опустошительный, который срывает дома с фундаментов.
Фото: Jim Reed, photographynewsworld.com
Направление ветра определяют по части света, с которой он дует. С севера – значит, северный, с юга – южный и так далее. Всего выделяют восемь направлений: четыре – по сторонам света (северный, южный, западный, восточный) и столько же промежуточных (северо-западный, северо- восточный, юго-западный, юго-восточный). С определением направления обычно справляются флюгеры. Чаще всего их делают из металла – на вертикальной основе устанавливают «флаг», который поворачивается под действием ветра. Вариант попроще – тканевый конус-ветроуказатель, прикрепленный к палке или столбу. Их часто можно увидеть на аэродромах и взлетных полосах. Принцип работы – как и у флюгера. После долгих наблюдений для разной местности составляется роза ветров. На ней обозначены все ветры, дующие в конкретном регионе за определенный период. Роза помогает при строительстве шоссе и трасс, взлетно-посадочных полос, планировке населенных пунктов, в сельском хозяйстве и т.
д.
Флюгеры могут иметь самый необычный вид. Фото: Sophie Hale, www.flickr.com
Изучением ветра занимаются и география, и климатология, и динамическая метеорология. На большинстве метеорологических станций скорость ветра измеряют на высоте 10 м и усредняют за 10 минут. Выделились только США с усреднением за минуту и Индия – с усреднением за три. Зачем нужно усреднять скорость? Для климатологов, поскольку скорость постоянного ветра, измеренная за минуту, обычно выше значения, измеренного за 10 минут. Климатологи составляют карты и атласы ветров, отображающие, как и куда движутся воздушные потоки в конкретном регионе и на планете вообще. Сейчас существуют онлайн-карты ветров, где можно увидеть, что происходит с воздухом конкретно на вашей улице – одна из них, например, доступна на
сайте. Мы можем только услышать ветер, а потрогать и увидеть – нет. И это делает его если не страшнее, то могущественнее.
Будучи давним другом нашей планеты, он влияет практически на все сферы ее жизни. И больше всего – на людей.
На гербах используют розу ветров, которую любой метеоролог назовет ошибкой. В геральдике это стилизованная звезда с равномерно распределенными лучами. Ее можно увидеть на гербах многих городов и на эмблемах НАТО (4 луча), ЦРУ США (16 лучей), Министерства по чрезвычайным ситуациям и Министерства транспорта Российской Федерации (8 лучей). Правильная роза ветров выглядит примерно так – лучи неравномерны. Фото: www.mesonet.agron.iastate.edu
Фото: pixabay.com
Что делает ветер?
Любопытные дети — серия для детей всех возрастов. Если у вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта, отправьте его на адрес любопытного[email protected].
Что делает ветер?
Ветер кружит по всему миру задолго до того, как мы его заметили.
Он воет за вашим окном, валит деревья и вызывает бурю, которая может сорвать вашу шляпу прямо с вашей головы и отправить ее в полет.
От чего дует ветер? И почему это не прекратилось до сих пор? Будь то легкий ветерок или ураганный порыв, все это питается от Солнца. Но как мог ветер, дующий по вашей улице, быть вызван чем-то столь далеким?
Во всем виновато Солнце
Солнечному свету требуется всего восемь минут, чтобы добраться от Солнца до поверхности Земли. Когда он попадает сюда, он согревает. Вы сами чувствуете это, когда сидите на улице под голубым небом и чувствуете тепло солнца на своей коже.
По мере того, как нагревается поверхность Земли, нагревается и соприкасающийся с ней воздух. А когда воздух достаточно прогревается, он поднимается высоко в небо. Вот как летают воздушные шары: небольшое пламя нагревает воздух внутри воздушного шара, чтобы поднять его вверх.
Когда теплый воздух поднимается вверх, ближайший более холодный воздух устремляется внутрь, чтобы заполнить оставшееся пустое пространство.
Стремительный воздух — это то, что мы называем ветром.
Чем опасен ветер?
Когда он дует, ветер вращается и закручивается в разные стороны из-за невидимой силы, называемой силой Кориолиса. Если условия правильные, сила Кориолиса закручивает ветер в гигантскую бурную спираль, которая распространяется по всему земному шару.
В тропиках теплые океанские воды дают заряд энергии, который усиливает ветры нарастающей бури. Если скорость ветра достигает 74 миль в час, что примерно соответствует скорости движения автомобилей по автостраде, мы называем шторм ураганом. Ревущие ветры ураганов и наводнения, которые часто сопровождают их, могут причинить большие разрушения.
Сильный ветер также может быть вызван опусканием воздуха. Это часто случается во время грозы. Когда воздух под грозовым облаком становится очень холодным, оно опускается к земле, ударяется о нее и с большой скоростью уносится прочь.
Вот почему теплый летний день может внезапно остыть, если рядом гроза.
Что в мире формирует ветер?
Ветер искажается из-за многочисленных препятствий, встречающихся на его пути. В лесах деревья блокируют ветер и защищают лесную подстилку от порывов ветра. В больших городах высокие небоскребы направляют ветер в узкие промежутки между ними, ускоряя его.
Гораздо более крупные препятствия, такие как океаны или горные хребты, превращают ветер в большие предсказуемые узоры, которые формируют погоду и климат по всей планете.
Эти узоры определили ход истории. Ветры приносили дожди, которые позволяли древним обществам выращивать пищу и процветать. Тропические бризы, называемые пассатами, уносили первых исследователей через бескрайние океаны к новым мирам.
Лицом к ветру. Фото Бьянки Сури на Unsplash Ветер влияет на нашу жизнь больше, чем мы часто осознаем. Там, где я живу, в Сиэтле, штат Вашингтон, мы зависим от ветра, который приносит нам дождь с Тихого океана.
Привет, любознательные малыши! У вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить ваш вопрос по адресу [email protected]. Пожалуйста, сообщите нам ваше имя, возраст и город, в котором вы живете.
А поскольку любознательность не имеет возрастных ограничений, взрослые, дайте нам знать, что вас интересует. Мы не сможем ответить на все вопросы, но постараемся.
Ветер, информация о ветре, факты, новости, фотографии — National Geographic
Энергия, приводящая в движение ветер, исходит от солнца, которое неравномерно нагревает Землю, создавая теплые и прохладные участки.
Двумя простыми примерами этого являются морские бризы и бризы с суши.
Морской бриз происходят, когда внутренние районы нагреваются солнечными днями. Это нагревает воздух, заставляя его подниматься. Более прохладный воздух устремляется с океана, чтобы занять свое место, и вуаля, рождается ветер. К вечеру сильный ветер может дуть на десятки миль вглубь страны. Аналогичный эффект может возникнуть вблизи больших озер, где ветер называют озерным бризом.
Сухопутные бризы приходят ночью, когда внутренние температуры падают настолько, что океан становится теплее, чем суша, что приводит к обратному эффекту.
Глобальные закономерности Подобные силы создают глобальные закономерности ветра, влияющие на климат. В тропиках, например, всегда жарко. Здесь воздух поднимается и распространяется на север и юг, высоко над землей. Ниже воздух втягивается с севера и юга. Эффект Кориолиса , ответвление вращения Земли, заставляет движущиеся воздушные массы искривляться, так что ветры, сходящиеся на экваторе, приходят с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока в Южном полушарии.
Эти ветры называются пассат .
Дальше от экватора поверхностные ветры пытаются дуть к полюсам, но эффект Кориолиса отклоняет их в противоположном направлении, создавая западных ветров . Вот почему так много погодных явлений в Соединенных Штатах происходит с запада.
На широтах выше примерно 60° холодные приземные ветры пытаются дуть к экватору, но, как и пассаты, изгибаются под действием эффекта Кориолиса, создавая полярные восточные ветры .
Максимумы и минимумыВ средних широтах погодные эффекты создают зоны высокого и низкого давления, называемые максимумами и минимумами соответственно. Воздух перемещается из областей высокого давления в области низкого давления. Однако по мере своего движения он закручивается по спирали из-за эффекта Кориолиса, создавая переменчивые ветры, которые мы наблюдаем изо дня в день, когда приливы и отливы дрейфуют под влиянием преобладающих западных ветров.
Ветру, достигающему центра области низкого давления, некуда двигаться, кроме как вверх.
Это приводит к тому, что влага конденсируется в облака, вызывая бури. В центре областей высокого давления сухой воздух опускается сверху, создавая ясную погоду.
В меньшем масштабе встречные ветры могут привести к конвергенции, при которой воздуху также некуда идти, кроме как вверх. Если один из ветров является влажным потоком из теплого океана, такого как Мексиканский залив, результатом могут быть мощные грозы и торнадо.
Читать дальше
«Ад» Данте — это путешествие в ад и обратно
- Журнал «История»
«Ад» Данте — это путешествие в ад и обратно
Написанная более 700 лет назад, эта ужасающая поэма наполнен проклятыми душами, включая Клеопатру, Иуду Искариота и собственных врагов Данте.
Посмотрите, как ураган «Сэнди» изменил северо-восток
- История и культура
Посмотрите, как ураган «Сэнди» изменил северо-восток
Возвышенные пляжные дома, стены из песчаных дюн и новые городские парки показывают, как Нью-Йорк и Нью-Джерси восстанавливались после одна из самых дорогостоящих погодных катастроф в истории США.