Ветрогенераторы 

Откуда берется ветер?

Героем в сказках, которые мы все пересматривали не раз, очень часто являются ветра или даже вихри. Припомните себе «Сказку о мёртвой царевне и о семи богатырях» или «Вихревы подарки». Наверняка в голову приходит ещё несколько примеров сказок с участием ветра, так скажем. Некоторые считают, что появление в сказках ветра связано с его загадочным формированием, несмотря на то, что мы к нему уже привыкли, да и ощущаем его на теле почти постоянно. Но откуда появляется ветер, практически никто не может ответить.

Воздушный слой большой толщины окутывает нашу Землю. Это – атмосфера. В связи с крупными габаритами нашей планеты обстановка в каждом её уголке отличается от остальных точек мира. Например, температура воздуха на территории экватора всегда высока, в то время как на Южном и Северном Полюсах всегда можно встретить лёд, будь то тёплое или холодное время года, не важно. Температура воздуха на полюсах всегда низкая, а вот над океанами влажность воздуха выше, чем в других местах. Воздух над пустынями очень сухой, а на территории джунглей очень много кислорода, гораздо больше чем в пустыне или в обычном городе. Кстати, что касается воздуха в обычных городах, то в связи с расположением множества заводов и автомобильных дорог воздух очень загрязнён.

Молекулы в воздухе находятся в «свободном парении», в воздухе нет никаких преград для передвижения молекул. Воздух стремится создать одинаковое состояние атмосферы во всех точках Земли, вследствие чего он «торопится» и образуется ветра. Если бы воздух перестали доставать океаны, планеты и солнце, он бы давно «затих», перестал передвигаться, и не было бы никаких ветров. Однако, это вряд ли возможно, ведь солнце везде греет по-разному, земля и океаны формируют индивидуальную и неповторимую природную обстановку на каждом континенте, практически в каждом городе и месте. С такой обстановкой на Земле ветер никогда не утихнет и не сделает температуру одинаковой.

Существует много различных типов ветра. Каждый из них формируется по-разному. Но существенными для всех являются изменения давления воздуха.

Телевизионные синоптики регулярно указывают на картах области высокого и низкого давления. И это имеет смысл, потому что изменения давления воздуха являются тем, что приводит к ветру — потоку воздуха. На самом деле ветер-это способ Матери-природы уравнять разницу в давлении воздуха.

Давление воздуха — это сила, которую воздух оказывает на то, что его содержит. Давление воздуха в воздушном шаре выше, чем давление воздуха снаружи. Вот почему большая часть воздуха покидает воздушный шар всякий раз, когда он получает отверстие. Когда речь идет об атмосфере, давление воздуха описывает вес воздуха над данным участком. Она определяется температурой, объемом и плотностью этого участка воздуха.

Расширяющийся воздух производит области “высокого давления».” Они отталкивают близлежащий воздух. Сжатый воздух создает зоны “низкого давления».” Они втягивают близлежащий воздух внутрь. Вот почему дует ветер: он движется из областей высокого давления в те, где давление ниже. Зона между областями высокого и низкого давления известна как градиент давления, или зона, над которой давление изменяется от высокого до низкого.

Баланс теплового ветра

Тепловой ветер-первый из четырех основных типов атмосферного потока. Самый сложный тип ветра, он управляет погодными системами по всему земному шару. Он рождается из разницы температур между экватором и полюсами.

Представьте себе столб воздуха от земли до вершины тропосферы (TRO-puhs-sfeer) — того слоя атмосферы, в котором мы живем. Когда солнце бьет в него, этот воздух нагревается и расширяется. От этого вершина колонны поднимается. Это обычное явление вблизи экватора. Если столб воздуха охлаждается, например, на полюсах, он сжимается и сжимается. Тот же самый сгусток воздуха — все еще весящий столько же — теперь будет короче и плотнее.

Это означает, что воображаемые поверхности постоянной плотности наклоняются вниз к полюсам. Этот наклон не постоянен. Эти линии поднимаются вверх и вниз, как шишки и морщины в одеяле, в зависимости от местных условий. Но общий наклон вниз позволяет массам воздуха скользить к полюсам.

Тепловой ветер-это то, что создается, когда эти массы текут вниз по склону, унося тепло от экватора. Метеорологи называют это естественное движение солнечной энергии за пределы экватора “переносом тепла к полюсу».” Без него большинство людей, живущих за пределами тропиков, были бы погребены под слоем льда. На экваторе тоже будет жарко, как в печи.

Когда нагретый солнцем воздух поднимается вблизи экватора и начинает двигаться к полюсам, он также начинает дрейфовать на восток. Это происходит из-за вращения Земли. Он кружит воздух с запада на восток вокруг планеты.

также ускоряется — резко. Это потому, что Земля-косой (О-БЛИК) сфероид. Если взять горизонтальные срезы планеты, то они будут самыми широкими на экваторе и самыми узкими на полюсах. Поскольку радиус Земли “сжимается” по мере приближения к полюсам, воздух должен ускоряться. Это происходит потому, что воздух направляется по все меньшей и меньшей траектории. При этом скорость его потока увеличивается. (Этот процесс обусловлен тем, что известно как сохранение углового момента.) В Северном полушарии это заставляет воздушный поток двигаться вправо с возрастающей скоростью. Это закрученное действие известно как сила Кориолиса.

Вращение Земли и изменение радиуса планеты означают, что движущийся воздух всегда будет стремиться повернуть немного вправо в Северном полушарии (и в противоположном направлении в Южном). Это влияет на все. Футбольный мяч, брошенный с одного конца стадиона на другой, естественно отклонится на 1,26 сантиметра вправо! Именно поэтому ветры в верхних слоях атмосферы относительно слабы вблизи экватора. Ближе к средним широтам они воют. Они так сильно изогнулись вправо, что часто несутся на восток с впечатляющей скоростью.

Реактивный поток

Вот как образуется струйный поток. Этот поток воздуха змеится вокруг планеты со скоростью более 322 километров в час. Он обнаружен извивающимся прямо над головой из-за самых сильных температурных контрастов на поверхности.

Этот температурный градиент создает крутой “холм” плотности в атмосфере, где воздух быстро плещется вниз. Чем быстрее он движется, тем больше северный струйный поток изгибается на восток. Это все равно что ехать на велосипеде вниз по склону: чем круче склон, тем быстрее вы едете.

Но когда воздух движется к полюсам, он никогда не достигает полюсов. Вместо этого он быстро изгибается вправо из-за вращения Земли и этой силы КориолисаВ результате реактивный поток извивается, вращаясь вокруг Земли в каждом полушарии. На севере он перемещает воздух с запада на восток по кругу вокруг средних широт (и наоборот в Южном полушарии), меняя свой путь от сезона к сезону.

К полюсу реактивного потока атмосфера турбулентна. Десятки “вихрей” высокого и низкого давления вращаются вокруг земного шара, увлекая за собой дурацкую погоду. Со стороны экватора поток описывается как “ламинарный».” Это означает, что он расслаблен, а не хаотичен.

Вдоль этой температурной границы развивается ожесточенное атмосферное поле битвы. Сталкивающиеся воздушные массы разной температуры раскручивают циклоны и другие суровые погодные условия. Действительно, именно поэтому метеорологи называют положение реактивного потока “штормовым следом».”

Положение реактивного потока влияет на тип погоды, с которой сталкивается регион. Возьмем, к примеру, Северное полушарие. С декабря по февраль солнце не достигает Северного полюса. Это позволяет обширному куполу сверххолодного воздуха накапливаться поблизости. Ученые-атмосферисты называют этот поток холодного воздуха и низкого давления полярным вихрем. Зимой он набухает. И когда этот поток холодного воздуха устремляется на юг, он толкает струйный поток в южную Канаду и северные Соединенные Штаты. Это может принести, казалось бы, бесконечные снежные бури на верхний Средний Запад и северо-восток в разгар зимы.

Геострофические ветры

Летом на полюсах тепло. Это ослабляет температурный градиент между этими зонами и экватором. Реактивный поток в ответ отступает примерно на 1600 километров (тысячу миль) к северу. Теперь погода в нижних 48 штатах США успокаивается. Конечно, время от времени случаются отдельные грозы. Но не существует огромных штормовых систем, простирающихся на 1600 километров и более, чтобы влиять на повседневные события. Вместо этого погода становится геострофической (ГИ-о-СТРО-фик), то есть относительно спокойной.

В результате воздух начинает вращаться вокруг систем высокого или низкого давления, не двигаясь ни к ним, ни от них. Ближе к поверхности поток слегка агеострофичен (это означает, что ветры больше не находятся в полном равновесии)из-за эффектов трения с вещами на поверхности или вблизи нее.Обычно воздух течет от высокого давления к низкому. Он будет двигаться по градиенту давления. Таким образом, движущая сила будет известна как сила градиента давления. Но сила Кориолиса все еще действует. Поэтому, когда воздушные массы пытаются двигаться вниз по градиенту, они тянутся вправо в Северном полушарии (и в противоположном направлении в южном). Эти две силы уравновешиваются. Как в идеально подобранной игре в перетягивание каната, воздух не дергается ни в ту, ни в другую сторону. Он просто медленно извивается вокруг больших систем давления.

Другие крупномасштабные эффекты балансировки ветра

Однако иногда система низкого давления вращается так быстро, что возникает третья сила. Это тот же толчок наружу, который вы ощущаете на карусели или в автомобиле, поворачивающем за угол. Это центробежная сила.

Воздушные кольца, находящиеся в постоянном равновесии между этими двумя силами, бесконечно вращаются вокруг центра бури. Их довольно постоянное расстояние от центра обусловлено так называемым циклострофическим (Sy-klo-STROW-fik) балансомЭто представляет собой гармонию — взаимодополняющие действия — градиента давления и центробежных сил.

В редких случаях силы Кориолиса, центрифуги и градиента давления могут противодействовать друг другу. Эта идеальная тройка отмечает то, что ученые называют градиентным ветровым балансом. Это не стоит больших фанфар. Однако он диктует, каким образом воздушные посылки будут двигаться по внешним краям циклона, любого вращающегося столба воздуха.

Очевидно, что существует множество движущихся частей, которые управляют тем, как дует ветер.

Местные ветры

Последняя категория ветров-это те, которые вы испытываете каждый день. И они различны в зависимости от того, где вы находитесь. Например, отправиться на пляж. В солнечные дни после полудня воздух над сушей прогревается и поднимается. Более холодный воздух, сидящий над океаном, устремляется в прибрежные районы, заполняя пустоту, вызванную воздухом, поднимающимся над землей.

Это создает линию пухлых маленьких кучевых облаков (KEWM-u-lus), которые вымирают после захода солнца. Вдоль полуостровов, таких как Флорида, встречные морские бризы могут привести к сходящимся ветрам. Эти сталкивающиеся воздушные массы заставляют очаги влажного воздуха высоко подниматься в атмосферу, образуя грозы. Вот почему люди на Юго-Востоке всегда носят зонтики, даже в солнечное утро. “Саморазрушительное” солнце обычно генерирует рассеянные послеполуденные бумеры.

Ветер также может локально изменяться вдоль стационарных фронтов. Это очень резкие границы между областями теплого и холодного воздуха. Иногда неподвижные фронты могут зависать в долинах. Когда они это делают, теплые и холодные воздушные массы — ветры — могут плескаться взад и вперед. Как вода и масло в чаше, они не смешиваются. Вместо этого они просто толкают друг друга взад и вперед, как сердитые океанские волны. Это может вызвать резкие перепады температуры в течение коротких периодов времени.Тот же самый процесс, который вызывает эти бури, в одночасье оборачивается вспять. Поскольку земля остывает быстрее воды, направление потока воздуха меняется на обратное. Вместо морского бриза развивается “сухопутный бриз». Теперь штормы уходят с суши в океан. Вот почему многие люди на побережье Мексиканского залива могут наслаждаться великолепными морскими проявлениями вечерних молний.

Один особенно примечательный пример произошел в Блэк-Хиллз в Южной Дакоте 22 января 1943 года. Вдоль предгорий в западной части штата установился неподвижный фронт. По данным местной Национальной метеорологической службы в Рапид-Сити, температура взлетела с -20° По Цельсию (-4° по Фаренгейту) в 7:32 утра до 7,2 °по Цельсию (45 °по Фаренгейту) всего через две минуты. В тот же день, когда фронт отступил, всего за 27 минут температура упала на 32,2 градуса по Цельсию (58 градусов по Фаренгейту).

Подобные резкие колебания ртутного столба наблюдались в этом районе в течение всего дня. Автомобилисты, как сообщается, испытывали проблемы с вождением, потому что их ветровые стекла запотевали — или даже трескались — при пересечении теплых и холодных карманов. (Представьте себе, что вы пытаетесь одеться по погоде в тот день.)

Независимо от того, где вы находитесь и какое сейчас время года, ветер несет в себе много информации. Его направление, температура и скорость дают ценные подсказки о состоянии атмосферы. В следующий раз, когда вы окажетесь на улице, уделите секунду внимания Матери-природе. Она многое может тебе рассказать, если ты обратишь внимание на то, что дует по ветру.

Похожие записи

Оставить комментарий