Разница между скоростью ветра и порывами ветра

Внешние ссылки [ править ]

• Информационный бюллетень Национальной метеорологической библиотеки и архива по истории шкалы Бофорта, включая различные масштабы и фотографические изображения состояния моря.
• Фильм Весы ветра
• Исторические эквиваленты скорости ветра по шкале Бофорта
• Плакат Howtoons, показывающий эффекты на суше / море на каждом этапе.
• Шкала Бофорта , цитирует исходную формулу определения
• Ирландия Бофорт был изобретателем Виндскейла — доктор Джон де Курси Айрленд
• Шкала Бофорта и дневники погоды контр-адмирала сэра Фрэнсиса Бофорта — история шкалы Бофорта
• Радио-интервью со Скоттом Хулером
• Шкала силы ветра Бофорта . Метеорологический офис
• Экономические издержки сильного ветра в США в NOAA Economics

Причины образования

Ни для кого не секрет, что ветер существует. Однако почему в некоторые дни ветра нет, в некоторые дни он слабый, в некоторые дни сильный, а в некоторые дни случаются настоящий ураган? Причина заключается в разном прогревании различных регионов суши, вследствие чего в этих регионах наблюдается различное атмосферное давление. Проще всего это показать на примере береговой зоны, где суша всегда нагревается быстрее, чем вода. Как итог воздух над земной поверхностью более горячий и по законам физики, становясь легче, поднимается вверх. Освободившееся место занимает холодный воздух с моря. Если говорить научным языком, то всё это связано напрямую с атмосферным давлением. Воздух всегда движется из области с более высоким атмосферным давлением к области с более низким атмосферным давлением. Если вернуться к примеру выше, то воздух над сушей прогревается быстрее, а значит атмосферное давление падает. Над морем воздух прогревается не так быстро, а значит атмосферное давление падает не так сильно. В результате образуется разброс между показателями. Как только между двумя регионами образуется разница в атмосферном давлении, начинает дуть ветер. Причем, чем сильнее эта разница, тем сильнее ветер.

Формулы

Согласно пересмотренной шкале Бофорта в 1946 году, существует следующая зависимость между скоростью ветра и силой Бофорта BBft ] ( ):v{\ displaystyle v}

vзнак равно0,836 мs⋅Б.32{\ displaystyle v = 0 {,} 8360 \ mathrm {~ m / s} \ cdot B ^ {3/2}}

или разрешено согласно B:

Б.знак равно(v0,836 мs)23{\ displaystyle B = \ left ({\ frac {v} {0 {,} 8360 \ mathrm {~ m / s}}} \ right) ^ {2/3}}

где v — скорость ветра на высоте 10 метров над поверхностью. Первая из формул была установлена в качестве национального стандарта Британской метеорологической службой в 1913 году и предложена в качестве международного стандарта в 1914 году (предложение было отклонено). Оно основано на расследовании, проведенном впоследствии директором службы погоды сэром Джорджем Кларком Симпсоном за 1905/6 г., которое, однако, было опубликовано на основе миль в час. Для других агрегатов применимо примерно следующее:

vзнак равно1,625 kп⋅Б.32знак равно13-е8-е kп⋅Б.⋅Б.{\ displaystyle v = 1 {,} 625 \ mathrm {~ kn} \ cdot B ^ {3/2} = {\ frac {13} {8}} \ mathrm {~ kn} \ cdot B \ cdot {\ sqrt {B}}}

соответственно.

vзнак равно3,010 kмЧАС⋅Б.32≈3 kмЧАС⋅Б.⋅Б.{\ displaystyle v = 3 {,} 010 \ mathrm {~ км / ч} \ cdot B ^ {3/2} \ приблизительно 3 \ mathrm {~ км / ч} \ cdot B \ cdot {\ sqrt {B}} }

Упрощенные отношения:

Б.≈v+10 кнШестой кн{\ displaystyle B \ приблизительно {\ гидроразрыва {v + 10 {\ mbox {kn}}} {6 {\ mbox {kn}}}}}

(Это приближение приводит к ошибкам <0,5 Bft при силе ветра от 3 до 10 Bft. Однако в практических условиях или при проведении измерений с помощью имеющихся в продаже устройств эта ошибка обычно незначительна.)

Поскольку работа с дробными или десятичными дробями силы ветра является необычной, важно рассчитать нижний и верхний пределы целочисленной силы ветра по одной из упомянутых формул. Предельные значения в узлах, км / ч и милях в час округляются до целых чисел, а значения в м / с — до одного десятичного знака

Верхние пределы уменьшены, нижние пределы округлены в большую сторону. Сила ветра 9 Bft, то есть B от 8,5 до 9,4, соответствует скорости ветра от 20,7 до 24,4 м / с, 10 Bft соответствует 24,5 — 28,4 м / с и т. Д.

Фактически, расчетная формула представляет собой только «наименьший общий знаменатель» в попытках многочисленных международных метеорологических и геофизических конференций в период с 1914 (в Риме) по 1970 год создать общую основу для единого прогноза погоды , поскольку все мореплаватели с момента затопления « Титаник» был обязан распространять текущие сводки погоды у их берегов. Помимо самих таблиц предельных значений, предметом переговоров был соответствующий метод измерения, изменение высоты измерения или времени измерения и другие формальности. Соглашение было впервые достигнуто в 1926 году с Венской шкалой , которая была рассчитана на основе средних арифметических значений британской шкалы Симпсонов и старой международной шкалы Deutsche Seewarte Hamburg . В 1946 году шкала Симпсонов 1906 или 1913 года была принята как так называемая Парижская шкала , а затем в 1947 году она была расширена для описания ураганов с использованием формулы расчета до силы ветра 17 баллов. Затем это было подтверждено в Вашингтонском кодексе 1949 года, в котором указывалось, что скорость ветра следует измерять в узлах . В 1960 году расширение до 17 (иногда даже неофициально до 23 скоростей ветра) было отменено, потому что авиация полностью выпала из шкалы Бофорта, метеорология разработала свои собственные масштабы ураганов, а мореплавание управлялось при 12 скоростях ветра.

В крайних случаях или для штормов на других планетах, таких как Марс , скорость ветра задается непосредственно в подходящей единице.

В давление ветра возрастает пропорционально квадрату скорости ветра , и , таким образом , с куба силы ветра Бофорта. Однако, поскольку шкала Бофорта учитывает только скорость, а не , которая зависит от высоты и температуры , определение силы ветра по шкале Бофорта и давления ветра неясно. Буря с z. B. Beaufort 11 на горе высотой 6000 метров развивает только половину давления ветра по сравнению с штормом такой же силы Beaufort на уровне моря.

В поисках того, что третья степень формулы может иметь практическое значение в дополнение к квадрату для динамического давления, можно найти модуль упругости в поперечном сечении стержней под напряжением изгиба. Он изменяется в третьей степени диаметра для круглого или радиуса вращения для любого поперечного сечения. В смысле Бофорта это приводит к практическому и описательному утверждению, которое также может быть перенесено на наземные объекты, предположительно сокращенные дополнительными условиями: при тех же парусах удвоенная сила ветра ломает удвоенный диаметр мачты.

Что такое ветер?

Научное определение данного понятия следующее: ветер – это воздушный поток, который движется параллельно земной поверхности из области высокого в область низкого атмосферного давления. Это явление характерно не только для нашей планеты. Так, самые сильные в Солнечной системе ветра дуют на Нептуне и Сатурне. И земные ветра, по сравнению с ними, могут показаться легким и весьма приятным бризом.

Ветер всегда играл немаловажную роль в жизни человека. Он вдохновлял древних писателей на создание мифических сюжетов, легенд и сказок. Именно благодаря ветру у человека появилась возможность преодолевать значительные расстояния по морю (с помощью парусников) и по воздуху (посредством воздушных шаров). Ветер задействован и в «построении» многих земных ландшафтов. Так, он переносит с места на место миллионы песчинок, формируя тем самым уникальные эоловые формы рельефа: дюны, барханы и песчаные гряды.

В то же время, ветра способны не только созидать, но и разрушать. Их градиентные колебания способны спровоцировать потерю контроля над самолетом. Сильный ветер существенно расширяет масштабы лесных пожаров, а на крупных водоемах рождает огромные волны, которые разрушают дома и уносят жизни людей

Вот почему так важно изучать и измерять ветер

Как появилась Шкала Бофорта?

В начале 18-го века Даниель Дефо предложил свой вариант документирования силы ветра, но его шкала не получила поддержки и не набрала популярности.

13 января 1806 года командор Фрэнсис Бофорт из HMS Woolwich написал в своем журнале, что использует шкалу от 0 до 13 баллов для описания влияния ветра на наземные предметы и волнению в открытом море, которым он дал отдельные названия. Стоит заметить, что в 1790-х годах, за 15 лет до публикации Шкалы Бофорта, во время своего кругосветного путешествия натуралист Арчибальд Мензис задокументировал использование Джорджем Ванкувером очень похожую шкалу.

Сэр Фрэ́нсис Бофорт

Оригинальная Шкала Бофорта 1806 года состояла из баллов от 0 до 13 и небольшого описания, но уже в обновленной редакции от 1831 года в таблице появились более подробная характеристика ветра. После обсуждения с капитаном Фицроем HMS Beagle, Бофорт усовершенствовал шкалу, уменьшив максимальный балл с 13 до 12. В таком виде шкалу приняло Британское адмиралтейство для использования всеми кораблями Королевского флота.

До нашего времени Шкала Бофорта практически не изменилась, ее лишь дополнили колонкой со скоростью ветра. В 1946 Бюро погоды США добавило в шкалу дополнительные баллы, с 13 по 17, для определения различий тропических ураганов. Но расширенная таблица используется исключительно в Китае и Тайване, так как только там встречаются настолько сильные ветры.

Основные параметры ветра

Принято выделять четыре основных параметра ветра: сила, скорость, направление и продолжительность. Все они измеряются посредством специальных приспособлений. Силу и скорость ветра определяют при помощи так называемого анемометра, направление – с помощью флюгера.

Исходя из параметра продолжительности, метеорологи выделяют шквалы, бризы, штормы, ураганы, тайфуны и прочие типы ветров. Направление ветра определяется по той стороне горизонта, откуда он дует. Для удобства их сокращают следующими латинскими буквами:

• N (северный).
• S (южный).
• W (западный).
• E (восточный).
• C (затишье).

Наконец, скорость ветра измеряется на высоте 10 метров при помощи анемометров или специальных радаров. Причем продолжительность таких измерений в разных странах мира неодинакова. Например, на американских метеорологических станциях учитывается усредненная скорость воздушных потоков за 1 минуту, в Индии – за 3 минуты, а во многих европейских странах – за 10 минут. Классический инструмент представления данных по скорости и силе ветра – это так называемая шкала Бофорта. Как и когда она появилась?

Что такое ураган

Ураган – это самый сильный ветер по шкале Бофорта. Его сила достигает 12 баллов. Он движется со скоростью более 120 км/ч (может достигать 200 км/ч) и несёт с собой опустошительные разрушения на большой территории.

Формируются ураганы над тропическими зонами океанов. Происходит это, как правило, в конце лета, когда температура воды достаточно высока и сотни штормовых систем смыкаются в единую воздушную систему.

Тёплый влажный воздух, быстро вращаясь, поднимается по спирали вверх. Сухой воздух спускается через центр, так называемый «глаз» урагана. В области «глаза» обычно тихо и небо здесь чистое. А вокруг – множество кучево-дождевых облаков, разражающихся ливнями и грозами.

Тепло океана – источник энергии урагана. Набрав силу над тёплыми морями, ураганы обрушиваются на сушу.

Ураганы в течение года получают имена в алфавитном порядке. В Южном полушарии воздух в урагане движется по часовой стрелке, а в Северном – против.

Кто такой Фрэнсис Бофорт?

Фрэнсис Бофорт (1774-1857) – ирландский моряк, военный адмирал и картограф. Он родился в небольшом городке Ан-Уавь в Ирландии. Окончив школу, 12-летний мальчик продолжил свое обучение под предводительством известного профессора Ушера. В этот период он впервые проявил незаурядные способности к изучению «морских наук». В подростковом возрасте он поступил на службу в восточно-индийскую компанию и принял активное участие в съемке Яванского моря.

Следует отметить, что Фрэнсис Бофорт рос довольно смелым и отважным парнем. Так, во время крушения судна в 1789 году юноша проявил огромную самоотверженность. Растеряв всю свою еду и личные вещи, он сумел спасти ценные инструменты команды. В 1794 году Бофорт участвовал в морском сражении против французов и героически буксировал подбитое вражеским огнем судно.

Чем характеризуется ветер

Скорость

Каждый замечал, что ветер дует с различной скоростью. Иногда его нет вовсе, а иногда он настолько сильный, что даже “с ног сбивает”. Скорость ветра может сказать о многом, а в географии для изучения этого параметра используется специальная шкала Бофорта. Она состоит из 12 баллов, где 0 — штиль (ветра нет), а 12 — ураган.

Скорость ветра всегда измеряется в метрах в секунду. Если говорить о земной поверхности, то чаще всего ветер здесь дует со скоростью до 8 м/с. Для измерения скорости используется анемометр. Этот прибор устанавливается на высоте 2 метра на открытой местности.

Скорость ветра напрямую зависит от разницы атмосферного давления: чем больше разница, тем ветер дует сильнее. Для понимания того, как в географии это условие отрабатывает на практике, рассмотрим ситуацию когда у нас нет данных о скорости, но есть данные об уровне атмосферного давления в разных регионах:

1. НП “1” 770 мм рт ст -> НП ”2” 750 ммрт ст
2. НП “1” 770 мм рт ст -> НП ”2” 740 ммрт ст

Из условия выше мы можем посчитать разницу, которая для условия №1 составляет 20 пунктов, а для условия №2 — 30 пунктов. Поэтому только на основе этих данных можно утверждать, что при вторых данных скорость ветра будет выше.

Направление ветра

В географии для определения направления ветра используется прибор флюгер. Главная особенность этого прибора заключается в том, что он устанавливается на открытой местности, и может свободно вращаться на своей оси. В результате, по позиции, которую занимают флюгер можно определить господствующее направление ветра

Обычно флюгер устанавливаются на высоте от 10 до 13 м, и очень важно, чтобы место установки было на открытом пространстве

Если говорить о направлении, то оно определяется по стороне откуда берет начало ветер. Например, если воздушные массы перемещаются с юга на север, можно говорить о южном ветре.  Само по себе направление ветра может дать непосредственное знание о погоде, которая может с этим ветром прийти, а также позволяет метеорологом создавать карту розы ветров, чтобы понимать, какое направление движения ветра и воздушных масс является наиболее вероятным в конкретное время года в конкретном регионе. Роза ветров обычно строятся за месяц или больший период времени, а карта выглядит примерно следующим образом.

В одном из следующих материалов мы поговорим о том, что собой представляет роза ветров более подробно, а сейчас можно сказать только то, что этот график показывает доминирование определенного направления ветра. В данном случае мы видим доминирование северного ветра надо южном.

Современная шкала[править | править код]

Высота волн в шкале приведена для открытого океана, а не прибрежной зоны.

Типы ветров

Все ветры, которые дуют на Земле, можно разделить на 3 большие категории:

1. Переменные (муссоны, бризы).
2. Постоянные (пассаты, западные ветры).
3. Местные (фён, бора, сирокко, суховей, самум).

Переменные ветры

Бриз — ветер, меняющий направление 2 раза в сутки. Из-за этих свойств, бризы часто называют местными ветрами. Эти ветра возникают в прибрежных зонах и охватывают достаточно узкую полосу. Обычно бриз проникает на сушу не далее, чем на 3 км. Почему же на берегах рек постоянно дует ветер? Причина в прогревании поверхности: суша и вода прогреваются неравномерно; всегда существует разница в атмосферном давлении над водой и сушей.

Днем вода холодная, а суша достаточно быстро прогревается. Это означает, что над водой атмосферное давление выше, а над сушей ниже. Теплый воздух поднимается, и начинает дуть прохладный ветер с моря.

В ночное время ситуация меняется. На этот раз суша более прохладная, поскольку быстро остывает, а море продолжает сохранять тепло. Следовательно, теплый воздух над морем поднимается вверх и с суши дует прохладный ветерок.

Именно с этим свойством бриза связан тот факт, что раньше, когда корабли были в основном парусными, рыбки выходили на промысел ночью (был попутный ветер В море), а возвращались утром (был попутный ветер С моря).

Все, о чем мы говорили выше, характерно и для муссонов, представляющих собой аналог бриза, но со сменой цикла не 2 раза в сутки, а 2 раза в год. Эти ветра наиболее характерны для азиатского побережья Тихого океана. Летний муссон дует с моря и несет с собой сезон дождей. Зимний муссон, напротив, дует в море. В это время года влага минимальная, поскольку воздушные массы движутся в океан.

Постоянные ветры

Постоянными называются ветры, которые в течение года не меняют своего направления. Примерами таких ветром могут служить:

1. Пассаты — движутся от тропиков к экватору. В результате вращения земли, пассаты дуют не прямо, а образуют наклон в сторону запада.
2. Северо-западные (переходящие в западные) — дуют по направлению от тропиков на север к умеренным широтам. В результате вращения Земли, эти ветры отклоняются к востоку. Поэтому и говорят, что они дуют с запада. Они очень сильные и моряки часто их называют «ревущие сороковые», «лютые пятидесятые» и «визжащие шестидесятые» — по широте.
3. Северо-восточные — дуют от северного полюса.
4. Юго-восточные — дуют от антарктики.

Местные ветра

Выше уже отмечалось, что во многих источниках бриз называется главным местным ветром. Кроме него к этой категории относятся:

1. Бора — формируется в холодное время года (либо в теплое в период выпадения града) и дует с гор в море. Обычно достаточно сильный ветер.
2. Суховей — жаркий ветер, который дует в полупустынях.
3. Сирокко — ветер Северной Африки, отличающийся жарой и сухостью.
4. Самум — ветер Северной Африки и Аравийского полуострова. Знойный.
5. Фён — сильный ветер с гор в равнины.

Значение ветра

Ветер это один из ключевых показателей в формировании климата на нашей планете. Если бы не существовало ветра, то воздушные массы перестали бы осуществлять свое движение, а значит, влажный воздух над океанами не попадал бы на сушу. В результате на нашей планете не было бы дождей. Вернее дожди были бы только над теми местами, где возможно испарение. Также значение ветра, например, можно выразить в его способности очищать воздух над городами. Особенно явно это прослеживается по крупным городам, где в ветреную погоду становится заметно легче дышать.

С давних времен ветер активно используется мореплавателями. В текущей статье мы уже рассматривали пример, почему раньше рыбаки выходили на промысел ночью и возвращались утром. Эти же свойство ветра использовались и мореплавателями, которые совершали географические открытия. Кроме того с давних времен используется ветряная мельница, сегодня же используются ветрогенераторы, которые генерируют из ветра электроэнергию.

Часто ветер являются источником так называемых “шуток”. Этот термин был введён географией в виду не типичных ситуаций, которые можно расценивать не иначе как шутки. Известны случаи, когда над континентальной частью суши выпадали своеобразные дожди. Например, над Данией шёл дождь из рыб в течение 27 минут. Некоторые страны Европы видели дождь из сельди. Однажды был случай, когда в результате урагана в небо поднялись корзины с апельсинами, после чего ветер перенес их на значительное расстояние, и после выпал дождь из апельсинов. Все эти так называемые шутки стали возможными только благодаря наличию ветра.

Кто такой Фрэнсис Бофорт?

Фрэнсис Бофорт (1774-1857) – ирландский моряк, военный адмирал и картограф. Он родился в небольшом городке Ан-Уавь в Ирландии. Окончив школу, 12-летний мальчик продолжил свое обучение под предводительством известного профессора Ушера. В этот период он впервые проявил незаурядные способности к изучению «морских наук». В подростковом возрасте он поступил на службу в восточно-индийскую компанию и принял активное участие в съемке Яванского моря.

Следует отметить, что Фрэнсис Бофорт рос довольно смелым и отважным парнем. Так, во время крушения судна в 1789 году юноша проявил огромную самоотверженность. Растеряв всю свою еду и личные вещи, он сумел спасти ценные инструменты команды. В 1794 году Бофорт участвовал в морском сражении против французов и героически буксировал подбитое вражеским огнем судно.