Ветер

Ветер. Движение атмосферы по земной поверхности называется ветром, причем различают направление и скорость этого движения, или давление, производимое им на перпендикулярную к нему плоскость. Направление ветра получает свое название от той стороны горизонта, откуда он к нам приходит, и, в силу постановлений международных метеорологических конгрессов, обозначается буквами N (север), Е (восток), S (юг) и W (запад). Например, WSW означает западно-юго-западный ветер. Оно определяется флюгерами или самопишущими приборами. Результаты точных наблюдений или записи самопишущих приборов часто сообщаются в градусах, считая их от севера или от юга; например, N 60°5' Е или S 29°55' W обозначает направление, которое образует угол 60°5' пли 29°55' с меридианом, считая в первом случае от севера на восток, а во втором - от юга на запад. Иногда считают от севера на восток и далее, от 0° до 360°, и это есть азимут течения атмосферы.

Сила ветра определяется при помощи анемометров, указателей силы ветра, и анемографов (см. анемометр). Обыкновенно определяют скорость ветра, потому что сила или давление ветра представляет собой величину, в значительной степени зависящую от величины и формы поверхности предмета. С некоторым приближением давление р можно вычислить по скорости v по формуле p=kv², предполагая, что давление пропорционально квадрату скорости и что k, коэффициент пропорциональности, зависит от разных форм поверхности. Величина коэффициента k имеет большое значение для устройства летательных аппаратов, управляемых аэростатов, змеев, парусов и других приспособлений, перемещающихся в атмосфере с некоторой скоростью и по некоторому направлению относительно направления ветра. Коэффициент k=0,125 по исследованиям английских техников, если поверхность не более 0,1 квадратного метра, скорость v выражается в метрах в секунду, а давление р в килограммах на квадратный метр. Эйфель на башне его имени нашел k=0,054 для круглых поверхностей и 0,067 для четырехугольных. Ланглей получил при скорости ветра до 12 метров в секунду k=0,07 и до 0,09; Гаген, Коладон и др. получили k=0,07 и 0,08. Известный французский воздухоплаватель Ренар нашел k=0,08 для всех скоростей ветра до 50 метров в секунду. Чем больше поверхность, тем меньше k; поэтому действие ветра на дырявый парус сильнее, чем на целый, что было известно еще древним морякам; теперь это объясняется т. н. отрицательным давлением на обратную сторону паруса. Если сила ветра равна нулю, тогда скорость движения летательного аппарата или управляемого аэростата равна величине V и по вышеприведенной формуле получается величина противодействия воздуха. При некоторой силе ветра противодействие слагается из скорости ветра и скорости движения и при противоположном направлении ветра и движения равняется сумме обеих.

Скорость или сила ветра определяется числом метров в секунду или километров в час, а в местах, где говорят по-английски, числом английских миль в час. Для приблизительного определения силы ветра, на глазомер, по его разнообразным действиям, мореплавателями принята Бофортова 12-ти-балльная шкала, которая в 1874 г. введена во всеобщее употребление для морской метеорологии, метеорологических телеграмм и синоптических карт. Надо заметить, что, кроме Бофортовой шкалы силы ветра, мореплаватели употребляют еще другую шкалу Бофорта, шкалу погоды, по которой различными буквами отмечаются разные метеорологические явления, а именно: b = небо ясное; с = облака рассеянные; d = мелкий дождь; f = туман; g = пасмурно; h = град; l = молния; m = мгла; о = небо покрыто облаками; р = ливень; q = шквалы; r = дождь; s = снег; t = гром; u = угрожающая погода; v = отдаленные предметы необыкновенно ясно видны; w = роса.

В следующей таблице дано сравнение разных шкал для силы ветра по исследованиям Кеппена, Вальдо, Мона, Книппинга, Куртиса и др. (См. таблицу).

Сильный ветер, начиная с скорости 15 метров в секунду, считается бурей; принимая вышеуказанный коэффициент пропорциональности k=0,08, можно сказать, что буря производит давление на один квадратный метр плоскости, перпендикулярной к направлению бури, равное более 18 килограммов.

Ураган, или ветра со скоростью 40 метров в секунду, или 12 баллов по Бофортовой шкале, оказывает давление в 128 килограммов (8 пудов) на квадратный метр; такая сила ветра наблюдалась в Вене 10 марта 1881 г. При таких давлениях во многих обсерваториях анемометры и анемографы сломались, но в исключительных случаях удалось наблюдать более высокие максимумы силы ветра. На башне Эйфеля в Париже наблюдали 150 килограммов давления; во время боры в Новороссийске и Триесте и мистраля на южном берегу Франции ветер опрокидывал вагоны, на что требуется давление от 170 до 280 килограммов; в Северной Америке 20 марта 1875 г. наблюдался торнадо с силой до 330 кг. На многих островах Вест-Индии ветер снес крепостные пушки до расстояния 700 футов (в 1790 г. на острове Барбадосе), для чего требуется еще большая сила. Тропические бури, которые в Вест-Индии называются ураганами, в Северной Америке торнадосами, на китайских и японских берегах тайфунами, достигают огромной разрушительной силы. В октябре 1780 г. на о. Мартинике погибло около 9000 человек; на о. Святого Петра 1000 человек и не уцелело ни одного дома; в Порт-Рояле разрушило кафедральный собор, 7 церквей, и 1400 домов и погибло 1600 человек; на о. Св. Люсии погибло до 6000 человек и расшатало до основания самые прочные здания; людей и животных срывало с ног и поднимало на воздух; на деревьях не осталось ни одного зеленого отпрыска и ни одного свежего листика.   26 июля 1825 г. на о. Гваделупе поднятая бурей сосновая доска 94 см  длиной, 23 см  шириной и 2 см  толщиной перерезала пальмовое дерево, имевшее 41 см  в диаметре. Во время таких тропических бурь дома падают рядами, разрушаются целые села и города. Ветер  захватывает и гонит перед собой тяжелые камни, балки и проч. и бомбардирует обломками всякого рода другие еще не разрушенные постройки, а когда уже разрушать более нечего, тогда обломки мельчат друг друга. Шум падающих обломков и их удары о стены и крыши невообразимый, и за страшным воем ветра и вблизи берега за ревом океана даже гром не слышен. В г. Бриджтоне на о. Барбадосе 11 августа 1831 г. полковник Никль, искавший убежища в нише окна одного из строений, не слышал за ревом бури, как провалился сначала потолок, а потом весь верхний этаж того дома, где он укрывался. Бури умеренных и полярных широт несравненно слабее, но охватывают большие пространства и не менее вредоносны, если они сопровождаются пылью или снегом. Во время зимнего бурана 1828 г. в одной Киргиз-Кайсацкой орде Букеева по докладу особой учрежденной по этому делу следственной комиссии рассеянного бураном скота погибло 280 500 лошадей, 10 500 верблюдов, 73 450 рогатого скота и 1 012 000 овец. Убыток оценен в 13 ½  млн. рублей.

Бури имеют разные названия. В России: вьюга, вихрь, бора (см.), буран (см.), пурга, метель, смерч и др. В других странах: фэн, мистраль, сирокко, барбер, блицард (см. буран), самум, харматан, хамзин, лесте, соляно, левеш, маэстро, брева, тивано, зовер, понтиас, зондо и очень много других, более или менее известных. В метеорологическом смысле они различны по тем явлениям, которыми они сопровождаются, а именно разными гидрометеорами, сильным повышением или понижением температуры или степени влажности, облаками пыли и песка и, наконец, сильной электризацией воздуха.

Сила ветра увеличивается с высотой, как в горах, так и в свободной атмосфере. Наблюдения над движением облаков и воздушных шаров, а также и записи анемографов на высоких горах, на змеях в свободной атмосфере и, наконец, особенно ценные наблюдения на башне Эйфеля в Париже на высоте 305 метров над поверхностью земли показывали, что во время высокого барометрического давления или ясной погоды скорость ветра увеличивается приблизительно до высоты 50 метров, затем выше несколько уменьшается, а начиная с высоты 1500 метров или более, опять увеличивается. В облачную погоду и при слабом атмосферном давлении скорость ветра с высотой постоянно и беспрерывно увеличивается, в особенности вблизи нижних облаков. Германские воздушные полеты показали, что на высоте 5 или 6 километров скорость ветра в 4-5 раз больше, чем внизу. Особенно точные результаты дали долголетние наблюдения на башне Эйфеля: на высоте 305 метров скорость ветра в 4 раза больше, чем в Парижской обсерватории на высоте 21 метра над поверхностью земли. В теплое время суток, особенно летом, это отношение уменьшается до 2,2, а ночью и осенью оно увеличивается до 7,2. Неровности поверхности земли, особенно горы, леса, города и проч. в значительной степени задерживают движение атмосферы в нижних слоях, и поэтому на море и на обширных ровных местах, в степях, ветра всегда сильнее, чем в гористых и лесистых местах. Иногда в горных долинах при некоторых направлениях течения воздуха бывают весьма сильные ветра. Структура ветра обнаруживается более или менее сильными порывами, и, по-видимому, ровного ветра или ровного течения всей массы воздуха не бывает. Ветра  всегда дует то сильнее, то слабее и беспрерывно меняет свою скорость и несколько и направление.

В ясную погоду сила ветра везде на материках имеет определенный суточный ход. Ночью ветра слабее, чем днем. Начиная с восхода солнца, сила ветра увеличивается, достигает своего максимума около часа после полудня, и затем ветер опять ослабевает. Ночью бывает минимум. Напротив, в свободной атмосфере, начиная с высоты около 100 метров, а также на высоких горах наблюдается максимум силы ветра ночью и минимум днем. Такой суточный ход с максимумом ночью и минимумом днем для свободной атмосферы можно считать нормальным, и он изменяется в самых нижних слоях конвекционными токами. Ночью слои воздуха вблизи поверхности земли охлаждаются и представляют собой менее подвижную массу, но с восходом солнца они нагреваются, нагретые частицы подымаются, опускаются более холодные сверху, и нижние слои становятся более подвижными, а после полудня начинается уменьшение нагревания поверхности почвы, конвекционные токи ослабевают, и нижние слои воздуха опять становятся менее подвижными. Таким образом, объясняется, почему днем меньшая, а ночью большая разность скорости ветра в нижних и верхних слоях атмосферы.  На океанах суточные вариации силы ветра очень незначительны, потому что суточное нагревание и охлаждение поверхности воды малы.

Во время низкого барометрического давления и пасмурной погоды правильный суточный ход силы ветра, вследствие больших атмосферических возмущений, изменяется и очень часто даже бывает противоположный нормальному.

Направление ветра также имеет суточный ход, и, в общем, можно сказать, что большое число наблюдений в среднем выводе показывает следующее: до полудня направление отклоняется от господствующего направления несколько на восток, около полудня на юг и после полудня на запад, или ветер имеет тенденцию приближаться к направлению от того места горизонта, где находится солнце.

Сила и направление ветра изменяется периодически в течение года, но годовой ход в высшей степени зависит от географических условий и господствующих изобарических систем.

Совершенно особого рода суточные и годовые изменения силы и направления ветра наблюдаются вблизи берегов морей. Прибрежные ветра называются береговыми, или бризами. Они изменяют свое направление и силу периодически в течение суток, как муссоны в течение года. Днем ветер дует с моря на материк, ночью, наоборот, с материка на море; днем материк нагревается значительно сильнее, чем море, вследствие чего днем средняя температура всей атмосферы над материком становится выше и средняя плотность меньше над материком, чем над морем. Поверхности равного атмосферного давления над материком подымаются, и на некоторой высоте барометрическое давление становится больше, чем над морем. На этой высоте воздух будет течь с места высокого давления (с материка) к месту низкого давления, к морю. Вследствие этого внизу на материке восходящее движение усиливается и барометрическое давление уменьшается, а потому воздух внизу будет притекать с моря к материку и образует морской бриз, который, постепенно усиливаясь, достигает максимума скорости после полудня. Ночью, наоборот, материк холоднее моря, и таким же образом устанавливается береговой бриз, который, дует с берега на море. Наибольшей правильностью и постоянством бризы обладают на берегах тропических островов и больших тропических озер. Береговые ветра в течение суток то же самое, что муссоны (см.) в течение года. Они объясняют происхождение и причину ветра вообще. Главная причина береговых ветров солнечная теплота и различная теплоемкость разных частей поверхности земли. Нагревание нижних слоев подымает поверхности равного давления, наверху атмосферное давление увеличивается, воздух стекает в сторону меньшего давления, вследствие чего барометрическое давление внизу уменьшается, что вызывает приток воздуха со стороны, а это движение и есть ветер. Чем больше разность в нагревании поверхности земли, тем сильнее происходят эти процессы, и тем больше разность барометрического давления. Последняя разность определяется градиентом, или разностью давления в миллиметрах на 1° широты, и = 111 километров по кратчайшему направлению к низкому давлению. Умножая в умеренных широтах градиент в миллиметрах на 3,7, получаем скорость ветра в метрах в секунду. Направление ветра не совпадает с направлением градиента, а отклоняется от него вследствие вращения земли на некоторый угол в северном полушарии вправо, а в южном влево. Угол α вычисляется по сокращенной формуле tgα = 2∙ω∙sinφ:k, где ω угловая скорость вращения Земли, φ географическая широта и k коэффициент трения. Чем меньше трение (k), тем больше отклонение направления ветра от направления градиента, и поэтому в свободной атмосфере оно наибольшее.

Э. Лейст.