Согласно определению, ветер – это горизонтально направленное движение воздушных масс (потоков) на небольшом расстоянии от поверхности земли. Тут все понятно. Более сложный вопрос: что приводит в движение эти воздушные массы, то есть, почему дует ветер?

Факторы, образующие ветер

В глобальном, то есть планетарном масштабе, ветер образуют три фактора, имеющие между собой тесную взаимосвязь:

1. Разница давления в различных точках атмосферы.
2. Температурная разница между различными частями суши и атмосферы.
3. Сила Кориолиса. Она порождается вращением нашей планеты вокруг собственной оси.

Первый фактор - это прямое следствие второго фактора. То есть, разное давление возникает в различных точках атмосферы, потому что эти точки имеют неодинаковую температуру. Теплый воздух имеет низкое давление из-за того, что его молекулы стараются максимально дальше оттолкнуться друг от друга. Молекулы холодного воздуха наоборот стремятся иметь между собой минимальное расстояние. Поэтому холодные воздушные массы оказывают большее давление на атмосферу.

Таким образом возникает ветер – воздушные потоки из области высокого давления перемещаются в область низкого давления. Идет выравнивание давления и заполнение атмосферных пустот. Это можно представить на примере 2-х прудов. У 1-го уровень воды выше, чем у 2-го. Если открыть шлюз, тогда вода из 1-го пруда будет поступать во 2-й до тех пор, пока их уровень не станет одинаковым.

Этим можно объяснить, почему ветер дует с моря на сушу летом, а зимой наоборот. Дело все в том, что летом воздух над морем более прохладный, чем над прогретой сушей. Зимой же морская вода остывает медленнее, чем земная поверхность. Поэтому воздушные массы над морями и океанами имеют в это время года более высокую температуру.

В планетарном масштабе, а не местном, можно сказать, что холодные воздушные массы перемещаются к экватору от полюсов. Эти потоки не равномерные, а турбулентные, то есть являются отдельными воздушными струями. Потому что каждый местный источник тепла по-разному влияет на погоду. Направление ветра в каждом районе Земли зависит от расположения суши, гор и водной поверхности. К тому же, в некоторых областях нашей планеты есть участки с постоянным высоким атмосферным давлением. Такие участки определяют направление ветров в данных областях и называются "антициклонами".

Разновидности ветров

• Муссон – сезонный устойчивый ветер, который вызван разницей температур воздушных масс над определенными районами планеты и меняющий свое направление в зависимости от времени года. Летние муссоны дуют с океанов на сушу, а зимние с суши на океаны.
• Пассаты – постоянное воздушное течение над океанами в тропиках, возникающее под действием силы вращения Земли вокруг своей оси (сила Кориолиса). Откуда дует ветер, возникающий под воздействием этой силы? Для Северного полушария характерно северо-восточное направление ветра, а для Южного – юго-восточное. В океанских просторах пассаты обусловили возникновение морских пассатных течений, на поверхности суши они способствовали образованию зоны тропических пустынь.
• Тайфун – одна из разновидностей тропического циклона, которая типична для юго-восточного побережья Тихого океана.

Ветру принадлежит огромная роль в развитии всей нашей планеты. Ветром разносится большинство семян. Он участвует в формировании рельефа планеты, делая из одних земель цветущие оазисы, а из других бесплодные пустыни. Благодаря ветру, человек научился преодолевать огромные водные пространства, что способствовало развитию науки и торговли.

Подобно некоторым другим планетам Солнечной системы Земля окружена слоем газов. Этот слой называется атмосферой. Земная атмосфера состоит в основном из азота и кислорода.

Отдельные молекулы газов постоянно с высокой скоростью перемещаются в различных направлениях. Все вместе они прочно привязаны к Земле, силой ее гравитации.

Что такое ветер?

Ветер - это совместное перемещение в одном на правлении больших масс молекул атмосферных газов. Ручеек таких движущихся синхронно молекул может свистеть, обдувая высокое здание, и срывать с прохожих шляпы, но если молекул целая река, да еще шириной в несколько километров, то такой ветер может облететь вокруг всей планеты.

В закрытом помещении, где воздух едва движется, можно даже забыть о его существовании. Но если выставить руку за окно движущегося автомобиля, то становится ясно, что воздух существует, и хотя он невидим, но оказывает ощутимое давление. Действительно, мы постоянно испытываем на себе давление воздуха, который кажется эфемерным и невесомым. Но на самом деле вся атмосфера Земли весит ни много ни мало 5 квадриллионов тонн.

Ветры случаются от того, что атмосферное давление в разных участках атмосферы несколько различается. Почему разница в давлении вызывает ветер? Представьте себе плотину. Высота уровня воды с одной ее стороны 6 метров, с другой - 3. Если открыть шлюзы плотины, то вода быстро потечет в ту сторону, где уровень воды 3 метра, и будет течь, пока уровни воды не сравняются. Нечто подобное происходит и с воздухом.

Материалы по теме:

Почему Луна меняет форму? Фазы Луны

Давление в разных участках атмосферы различно, потому что эти участки имеют неодинаковую температуру. В теплом воздухе молекулы движутся быстрее и стремятся разлететься в разные стороны, поэтому теплый воздух более разрежен, вес его снижается, и уменьшается создаваемое им давление. В холодном воздухе молекулы собираются в более тесные скопления, вес такого воздуха больше, а значит, и давление выше, чем у теплого воздуха.

Конвекция. Нагретый воздух поднимается вверх, а на его место со всех сторон стекается более тяжелый холодный воздух. Даже простой разницы в освещенности соседних участков местности иногда бывает достаточно, чтобы вызвать локальный .

На морских побережьях дует постоянный ветер, называемый бризом. Из-за большой теплоемкости воды поверхность моря прогревается солнечными лучами хуже, чем поверхность , поэтому бриз в это время дует в сторону суши. Ночью, однако, прогревшаяся за день морская поверхность отдает накопленное тепло, поэтому ночной бриз направлен в сторону моря.

В Индийском и на западном Тихого океана явление, подобное бризу, происходит в гораздо больших масштабах. Муссоны - ветра, направленные в сторону суши летом и в сторону океана зимой. Летние муссоны несут с собой большое количество влаги, вызывают в тропических областях проливные дожди и могут стать причиной наводнений.

Конвекция происходит и в масштабах всей планеты. Холодный воздух с северного и южного полюсов непрерывно движется в сторону нагретого солнцем экватора. Из-за вращения Земли эти всепланетные ветра, называемые пассатами, направлены не прямо с севера на юг, а как бы закручены на запад. Над материками течение пассатов нарушается из-за неровностей рельефа, но в океанах они удивительно постоянны.

В отличие от океанов, где течения более или менее постоянны, направления потоков воздуха в атмосфере непрестанно меняются. В частности, из-за этого движения периодически возникают огромные воздушные вихри, в центре которых давление либо понижено (тогда они называются циклонами), либо повышено (в этом случае их называют антициклонами).

Циклон вызывает на всей своей области влажную облачную погоду с малым перепадом температур. Антициклон - напротив, приносит сухость, зимний мороз и летнюю жару. Поэтому изучение этих вихрей - основа правильного предсказания погоды, и именно их открытие можно считать началом организованной метеорологии.

Видео по теме

Перед сильным дождем, перед грозой случается сильный порывистый ветер. Порой он может создавать людям немало проблем - разрушение построек и падение деревьев, авиакатастрофы.

Связь дождя и ветра

Чтобы понимать, почему перед дождем дует ветер, сначала следует понять, что представляет собой природное явление, как дождь. Испаряясь с поверхности водоема или земли, вода поднимается вверх в виде пара, затем охлаждается и конденсируется в мелкие капли, образуя облако. Если такое происходит не в небе, а у поверхности земли, можно наблюдать туман. Когда капли становятся тяжелыми, в облаке собирается много пара и оно превращается в тучу, чтобы затем пролиться дождем.

Ветер же представляет собой перемещение воздуха из области высокого в область низкого давления. Поскольку теплый воздух имеет менее плотную концентрацию молекул и является более легким, он поднимается вверх (благодаря этому летают воздушные шары). Остывая, воздух как бы сжимается, становится более плотным и тяжелым. Из-за этого он опускается вниз и замещает собой теплый воздух, заставляя его еще быстрее подниматься. Такое движение теплого и холодного воздуха является причиной ветра. В разных местностях планеты воздух нагревается неравномерно. Там, где он более прогретый и менее плотный, давление низкое. И когда холодный воздух, имеющий более высокое давление, вытесняет теплый, дует ветер.

Причины сильного ветра

Сильный ветер перед дождем обусловлен рядом факторов. Во-первых, сам ветер и приносит дождь, поскольку сильный ливень происходит на границе атмосферного фронта, который несет тучи. Во-вторых, нисходящий воздушный поток распространяется по поверхности земли, а происходит это из-за падающих вниз дождевых капель, которые увлекают и частицы воздуха за собой.

Сильный ливневый дождь возникает из крупных грозовых кучевых облаков, когда массы воздуха увлекаются вслед за ливневыми осадками. Этот воздух, встречаясь с поверхностью земли, с высокой скоростью перемещается по ходу грозового очага (грозового облака). Так возникает зона мощного горизонтального потока - фронт порывистости. Чем мощнее грозовой очаг, тем выше степень порывистости. В этом и есть секрет шквала перед грозой.

Примером описываемого явления может послужить примечательный женевский Jet d"eau, имеющий высоту более ста метров. Приближаясь к его подножию в месте падения воды, можно ощутить сильные порывы ветра, независимо от погоды в этот день.

Ветер . Такое привычное и обыденное явление. Каждый человек ощущает эту стихию до сотни раз за день. Но каждый ли понимает и может объяснить суть этого явления?

Согласно общепринятым определениям, ветер - это движение воздушных масс в горизонтальном направлении. Тут все просто и понятно. Более интересный вопрос: почему эти самые воздушные массы двигаются и что заставляет их это делать, проще говоря,

В глобальном масштабе на образование ветра влияют 3 тесно связанных фактора:

1. Разница в температуре между разными частями атмосферы и суши.
2. Разница в давлении между разными точками атмосферы.
3. Сила Кориолиоса - сила порождаемая вращением Земли вокруг своей оси.

Второй фактор (разница в давлении) является прямым последствием первого фактора - давление в разных точках атмосферы неодинаково, т.к. эти точки имеют разную температуру.

В теплых участках атмосферы воздух имеет меньший вес, поскольку его молекулы с ростом температуры дальше и дальше отталкиваются друг от друга - соответственно давление здесь низкое. В холодных местах происходят обратные процессы - молекулы воздуха стремятся максимально сблизиться друг с другом из-за чего воздух становится тяжелее и давление оказываемое им на атмосферу растет.

Так и возникает ветер - воздушные массы из зоны высокого давления движутся в зону низкого давления, как бы заполняя пустоты в атмосфере. Чтобы понять как и почему это происходит представьте себе такую картину: некоторый водоем поровну разделен плотиной, причем уровень воды с одной стороны составляет 40 метров, а с другой - 60 м. Если открыть шлюзы плотины, вода моментально выйдет из той части, где уровень воды выше (т.е. оттуда где выше давление) в другую, и будет поступать пока уровень воды в обеих частях не сравняется.

формирование урагана

Как уже говорилось, все 3 фактора влияют на образование ветра только в масштабе всей планеты. Так сила Кориолиоса причастна к формированию глобальных планетарных ветров - муссонов и пассатов, которые дуют на протяжении до 6 месяцев. А вот для локальных (местных) ветров достаточно присутствия лишь одного образующего фактора - разницы температур (в последствии - разницы давлений).

Ветры играют исключительную роль как для всей планеты, так и для человеческой цивилизации. Именно ветер когда-то разнес семена первых растений по всему свету. Ветры формировали рельефы, из одних земель они делали пустыни, а из других - плодородные "оазисы". Именно благодаря ветру человек смог быстро преодолевать большие расстояния по морю, что способствовало развитию торговли и наук, а также зарождению международных отношений. А уже завтра огромная и безграничная сила ветра может стать для человека основным источником энергии.

Более трёхсот лет назад Галлей, известный главным образом благодаря открытой им комете, предложил объяснять возникновение ветра действием архимедовой силы при перепаде температуры: тёплый и лёгкий воздух поднимается, тяжёлый и холодный - опускается.

Международная группа исследователей, в которую вошли сотрудники Петербургского института ядерной физики, предложила принципиально новый физический механизм образования ветра в земной атмосфере.

Потоки газов возникают при перепадах (градиентах) давления. Давление воздуха уменьшается с высотой, образуя вертикальный градиент давления, однако он не создаёт ветра. Работу, производимую при движении воздуха этим градиентом давления, в точности компенсирует противоположная по знаку работа силы тяжести, и воздух находится в равновесном состоянии.

Влажный воздух, поднимаясь, охлаждается, и водяной пар конденсируется. Поэтому давление водяного пара с высотой падает быстрее, чем этого требует условие равновесия. При этом работа, совершаемая градиентом давления над влажным воздухом при его подъёме, в несколько раз превышает работу силы тяжести, действующей на водяной пар. Именно эта разница и создаёт ветер в земной атмосфере. Неравновесное вертикальное распределение водяного пара можно сравнить со сжатой пружиной, которая распрямляется при подъёме влажного воздуха, приводя его в движение. Поэтому конденсационная мощность, связанная с вертикальным подъёмом воздуха, в соответствии с законом сохранения энергии переводится в мощность горизонтальных ветров.

Мощность атмосферной циркуляции определяется локальной скоростью конденсации и, следовательно, осадками. Количественная оценка мощности глобальной циркуляции воздуха, полученная на основе новой теории, прекрасно совпала с накопленными данными наблюдений (о мощности ветровой циркуляции можно независимо судить по наблюдаемым горизонтальным градиентам давления и скоростям ветра).

В области конденсации возникает зона пониженного давления, затягивающая воздух из прилегающих областей. На суше такие устойчивые зоны пониженного давления создаются обширными лесами: влага сохраняется в лесной почве, испаряется с поверхности почвы и листьев и конденсируется над пологом леса. При этом возникает ветер, приносящий влагу с океана.

Важнейшее следствие нового механизма формирования ветра - переосмысление роли лесов в переносе влаги с океана на сушу. Этот перенос компенсирует речной сток воды обратно в океан. Уничтожение лесов приводит к обезвоживанию и опустыниванию суши и представляет собой гораздо большую угрозу для климата, чем предполагает современная климатология (об этом см. также «Наука и жизнь» № ).

Новая теория вызвала бурную дискуссию в научном сообществе. Статья, отправленная в журнал «Atmospheric Chemistry and Physics» («Атмосферная химия и физика»), находилась на рецензировании более двух с половиной лет. В итоге редакционная коллегия журнала приняла к печати статью, снабдив её комментарием редактора. В нём подчёркивается, что публикацию «совершенно нового взгляда на движущую силу атмосферной динамики» следует рассматривать как «призыв к дальнейшему развитию» представленных авторами положений.