ВІТЕР

Вітер, його швидкість та напрямок. Вітер - це горизонтальний рух повітря відносно земної поверхні, обумовлений порушенням рівноваги атмосфери. Він є однією з метеорологічних величин, що визначають значний вплив на життя і діяльність людини. Добре відома позитивна роль вітру, що очищає атмосферу міст від пилу, промислових забруднень, пом'якшує літню спеку. Вітер є також одним з джерел енергетичних ресурсів. Але нерідко він завдає значної шкоди різним галузям народного господарства. Сильний вітер (буревій) видуває посіви, руйнує будівлі, пошкоджує лінії зв'язку та електропередач, зриває верхній родючий шар ґрунту і виносить його на великі відстані. Вітер характеризується напрямком і швидкістю, які визначаються особливістю баричного рельєфу і значенням баричного градієнту. На режим вітру впливають також фізико-географічні умови району. Швидкість вітру виражається в метрах за секунду, кілометрах за годину (особливо при обслуговуванні авіації) і у вузлах (морських милях за годину). Щоб перевести швидкість з метрів за секунду у вузли, досить помножити число метрів у секунду на 2. Силу вітру визначають по дванадцятибальній шкалі Бофорта. Вона названа на честь англійського адмірала Ф. Бофорта, який визначав швидкість вітру візуально по його дії на навколишні предмети або по хвилюванню моря. У 1963 р. Всесвітня метеорологічна організація уточнила цю шкалу, додавши до неї еквівалентні значення швидкості вітру для кожної градації в балах, де 1 бал приблизно дорівнює 2 м/с . Тепер цією таблицею користуються в усіх країнах світу. Особливо вона корисна при відсутності або неможливості виконати інструментальні спостереження.

Таблиця 1 Характеристика вітру за шкалою Бофорта

Бал	Швидкість, м/с	Вітер	Стан природи
0	0 – 0,2	Штиль	Вітру немає. Дим з труб піднімається вертикально. Листя дерев непорушне. Море дзеркально рівне.
1	0,3 – 1,5	Тихий	Вітер ще не може рухати флюгер, але вже відносить дим. На морі з’являються брижі, але шумовиння на гребенях немає.
2	1,6 – 3,3	Легкий	Вітер відчувається обличчям. Шелестить листя. Флюгер приходить у рух. Гребені на хвилях не перекидаються.
3	3,4 – 5,4	Слабкий	Безперестанно тріпотить листя і коливаються тонкі гілки дерев. Майорять легкі прапори. Гребені хвиль уже добре виражені; перекидаючись, утворюють склоподібне шумовиння. Інколи виникають білі баранці.
4	5,5 – 7,9	Помірний	Вітер здіймає куряву й папірці, приводить у рух тонкі гілки дерев. Хвилі на морі видовжені, білі баранці видніються в багатьох місцях.
5	8,0 – 10,7	Свіжий	Гойдаються тонкі стовбури дерев. Хвилі на морі ще не дуже великі, але вже скрізь видно білі баранці.
6	10,8 – 13,8	Сильний	Гойдаються товсті гілки. Гудуть телеграфні дроти. Утворюються великі хвилі. Білі від шумовиння гребені займають значні площі.
7	13,9 – 17,1	Міцний	Гойдаються стовбури дерев, йти проти вітру важко. Хвилі громадяться, гребені зриваються, шумовиння лягає смугами за вітром.
8	17,2 – 20,7	Дуже міцний	Вітер ламає гілки дерев, йти проти вітру дуже важко. Хвилі на морі помірно високі, довгі. На краях гребенів починають злітати бризки.
9	20,8 – 24,4	Шторм	Вітер зриває черепицю і ковпаки з димарів, людей збиває з ніг. Хвилі на морі високі. Шумовиння широкими щільними смугами лягає за вітром. Гребені хвиль перекидаються і розсипаються бризками, погіршуючи видимість.
10	24,5 – 28,4	Сильний шторм	Вітер руйнує будівлі, з корінням вириває дерева. Хвилі дуже високі, із загнутими вниз гребенями. Сильний гуркіт хвиль схожий на удари. Поверхня моря біла від шумовиння, яке вітер зганяє жмутами. Видимість на морі погана.
11	28,5 – 32,6	Жорстокий шторм	Хвилі на морі настільки високі, що судна невеликого і середнього розміру часом зникають з поля зору. Краї хвиль скрізь збиваються у шумовиння. На суходолі такий сильний вітер спостерігається рідко.
12	32,7 і більше	Ураган	Море все вкрите смугами шумовиння. Повітря наповнене шумовинням та бризками. Дихати важко. Видимість дуже погана. З'являється думка про кінець світу.

Розрізняють згладжену швидкість вітру за деякий невеликий проміжок часу, протягом якого робляться спостереження, і миттєву швидкість вітру, що сильно коливається і часом може бути значно чи нижче вище згладженої швидкості. Анемометри звичайно дають значення згладженої швидкості вітру, і надалі мова буде йти про неї. У земної поверхні найчастіше приходиться мати справу з вітрами, швидкості яких рідко перевищують 12-15 м/с. Але все-таки в штормах і ураганах помірних широт швидкості можуть перевищувати 30 м/с, а в окремих поривах досягати 60 м/с. У тропічних ураганах швидкості вітру доходять до 65 м/с, а окремі до 100 м/с. У дрібномасштабних вихрах (смерчі, тромби) можливі швидкості і більш 100 м/с. У так званих струминних плинах у верхній тропосфері і нижній стратосфері середня швидкість вітру на великій площі може доходити до 70-100 м/с. Швидкість вітру в земної поверхні виміряється анемометрами різної конструкції. Найчастіше вони засновані на тім, що тиск вітру приводить в обертання прийомну частину приладу (чашковий анемометр, млинковий анемометр і ін.) чи відхиляє її від положення рівноваги (дошка Вільда). По швидкості обертання чи по відхиленню можна визначити швидкість вітру. Є конструкції, засновані на манометричному принципі (трубка Піто). Мається ряд конструкцій самописних приладів - анемографів і (якщо виміряється також і напрямок вітру) анеморумбографів. Прилади для виміру вітру на наземних станціях установлюються на висоті 10-12 м над земною поверхнею. Вимірюваний ними вітер називається вітром у земної поверхні. Напрямок вітру визначається за допомогою флюгера, що обертається біля вертикальної осі. Під дією вітру флюгер приймає положення по напрямку вітру. Флюгер звичайно поєднується з дошкою Вільда. Так само як і для швидкості, розрізняють миттєвий і згладжений напрямки вітру. Миттєві напрямки вітру значно коливаються біля деякого середніх (згладженого) напрямку, що визначається при спостереженнях по флюгеру. Однак і згладжений напрямок вітру в кожнім даному місці Землі безупинно міняється, у різних місцях у той самий час він діє по-різному. В одних місцях вітри різних напрямків мають за тривалий час майже рівну повторюваність і добре виражену перевагу одних напрямків вітру над іншими протягом усього року чи сезону. Це залежить від умов загальної циркуляції атмосфери і почасти від місцевих топографічних умов. При кліматологічній обробці спостережень за вітром можна для кожного даного пункту побудувати діаграму, що представляє собою розподіл повторюваності напрямків вітру по основних румбах, у виді так називаної рози вітрів. Від початку полярних координат відкладаються напрямки по румбах обрію (8 чи 16) відрізками, довжини яких пропорційні повторюваності вітрів даного напрямку. Кінці відрізків можна з'єднати ламаною лінією. Повторюваність штилів указується числом у центрі діаграми (на початку координат). При побудові рози вітрів можна врахувати ще і середню швидкість вітру по кожнім напрямку, помноживши на неї повторюваність даного напрямку. Тоді графік покаже в умовних одиницях кількість повітря, що переноситься вітром кожного напрямку. Для представлення на кліматичних картах напрямок вітру узагальнюють різними способами. Можна нанести на карту в різних місцях рози вітрів. Можна визначити рівнодіючу усіх швидкостей вітру (розглянутих як вектори) у даному місці за той чи інший календарний місяць протягом багаторічного періоду і потім узяти напрямок цієї рівнодіючої як середній напрямок вітру. Але частіше визначається переважаючий напрямок вітру. Для цього визначається квадрант із найбільшою повторюваністю. Середня лінія квадранта приймається за переважний напрямок. Вітер, як усякий вектор, можна зобразити стрілкою, причому довжина стрілки повинна характеризувати числове значення швидкості, а напрямок - той напрямок, куди вітер дме. Наприклад, у випадку північно-східного вітру стрілка повинна бути спрямована на південний захід. В одних місцях на карті лінії струму зближаються, сходяться, в інших - розходяться. Буває, що лінії струму сходяться в одній точці - точці збіжності, як би вливаючись в неї з різних сторін, чи, навпаки, вони розходяться в усіх напрямках від однієї точки - точки розбіжності, У деяких випадках лінії струмів вливаються в одну лінію - чи навпроти, лінії розходяться від однієї лінії - лінії розбіжності. Якщо на поле з лінією збіжності накладається переносний рух, то може вийти, що лінії струму спрямовані до ліній збіжності тільки з одного боку, а з іншого виходять з цієї лінії. Таку лінію збіжності називають однобічною. Лінії струму можна будувати і для середніх умов, наприклад по переважним напрямках вітру чи по рівнодіючим вітру за багаторічний період. Легко зрозуміти, що збіжність ліній струму повинна супроводжуватися висхідним рухом повітря, що стікається, а розбіжність, напроти, що низхідним рухом повітря, що розтікається. Частково лінії струму можуть сходитися чи розходитися унаслідок впливу тертя на повітря, що рухається. Крім того, збіжність чи розбіжність може бути пов'язана з топографією чи орографією поверхні, що підстилає. Якщо повітря тече по руслу, що звужується, наприклад між гірськими хребтами, лінії струму сходяться, якщо по руслу, що розширюється - розходяться.

Поривчастість вітру. Вітер постійно і швидко міняється по швидкості і напрямку, коливаючись біля якихось середніх значень. Причиною цих коливань (пульсацій, чи флуктуацій) вітру є турбулентність, про яку вже була мова. Коливання вітру можна реєструвати чуттєвими самописними приладами. Вітер, що володіє різко вираженими коливаннями швидкості і напрямку, називають поривчастим. При особливо сильній поривчастості (більше 20 м/с) говорять про шквалистий вітер. При звичайних станційних спостереженнях за вітром визначають середній (згладжений) напрямок і середню його швидкість за проміжок часу порядку декількох хвилин. При спостереженнях по флюгеру Вільда спостерігач повинен протягом двох хвилин стежити за коливаннями флюгарки і дошки Вільда й у результаті визначити середній (згладжений) напрямок і середню (згладжену) швидкість за цей час. Чашковий анемометр дає можливість визначити середню швидкість вітру за будь-який кінцевий проміжок часу. Однак, становить інтерес також і вивчення поривчастості вітру. Поривчастість можна характеризувати відношенням амплітуди коливань швидкості вітру за деякий проміжок часу до середньої швидкості за той ж час, при цьому береться або середня, або амплітуда, найчастіше зустрічається. Під амплітудою мається на увазі різниця між послідовними максимумом і мінімумом миттєвої швидкості. Є й інші характеристики мінливості, у тому числі до напрямку вітру. Поривчастість тим більше, чим більше турбулентність. Отже, вона сильніше виражена над сушею, чим над морем; особливо велика в районах зі складним рельєфом місцевості; більше влітку, чим узимку; має післяполудневий максимум у добовому ході. У вільній атмосфері турбулентність може призводити до бовтанки літаків. Бовтанка особливо велика в сильно розвинутих хмарах конвекції. Але вона різко зростає і при відсутності хмар у зонах так званих струменевих плинів.

Вплив перешкод на вітер. Усяка перешкода, що стоїть на шляху вітру, збурює поле вітру. Такі перешкоди можуть бути великомасштабними, як гірські хребти, і дрібномасштабними, як будинки дерева, лісосмуги і т.д. Повітряний плин або обгинає перешкода з боків, або перевалює через нього зверху. Частіше відбувається горизонтальне обтікання. Перетікання відбувається тим легше, чим більш нестійка стратифікація повітря, тобто чим більше вертикальні градієнти температури в атмосфері. Перетікання повітря через перешкоди приводить до дуже важливих наслідків, таким, як збільшення хмар і опадів на навітряному схилі гори при висхідному русі повітря і, навпаки, розсіювання хмарності на підвітряному схилі при низхідному русі. Обтікаючи перешкоду, вітер перед ним слабшає, але з бічних сторін підсилюється, особливо у виступів перешкод (кути будинків, миси берегової лінії й ін.). Лінії струму в таких місцях згущаються. За перешкодою швидкість вітру зменшується, там мається вітрова тінь. Дуже істотне посилення вітру при попаданні його орографічне ложе, що звужується, наприклад, між двома гірськими хребтами. При просуванні повітряного потоку його поперечний переріз зменшується. Тому що крізь зменшуваний перетин повинно пройти стільки ж повітря, і швидкість зростає. Цим пояснюються сильні вітри в деяких районах. Наприклад, північні вітри у Владивостоці сильніше, ніж у районах, розташованих північніше його. Тим же пояснюється і посилення вітру в протоках між високими островами і навіть на міських вулицях. Перед перешкодою і за нею іноді створюються так звані навітряні і підвітряні вихори. Вплив полезахисних лісосмуг на мікрокліматичні умови полів зв'язано в першу чергу з ослабленням вітру в приземних шарах повітря, що створюють лісосмуги. Повітря перетікає поверх лісосмуги і, крім того, швидкість його слабшає при просочуванні його крізь просвіти в смузі. Тому безпосередньо за смугою швидкість вітру різко зменшується. З віддаленням від смуги швидкість вітру збільшується. Однак первісна, неослаблена швидкість вітру відновлюється тільки на відстані, рівній 40-50-кратній висоті дерев смуги, якщо смуга ажурна (не суцільна, з правильними пропусками). Вплив суцільної смуги поширюється на відстань, рівній 20-30-кратній висоті дерев і менше.

Баричний закон вітру (закон Бейс-Балло). Досвід підтверджує, що вітер у земної поверхні завжди (за винятком широт, близьких до екватора) відхиляється від баричного градієнта на деякий кут менше прямого в північній півкулі вправо, у південному вліво. Звідси випливає таке положення: якщо встати спиною до вітру, а обличчям туди, куди дує вітер, те найбільш низький тиск виявиться ліворуч і трохи перед, а найбільш високий тиск - праворуч і трохи позаду. Це положення було знайдено емпірично ще в першій половині XIX в. і має назву баричного закону вітру, чи закону Бейс-Балло. Точно так само дійсний вітер у вільній атмосфері завжди дме майже по ізобарах, залишаючи (у північній півкулі) низький тиск ліворуч, тобто відхиляючись від баричного градієнта вправо на кут, близький до прямого. Це положення можна вважати поширенням баричного закону вітру на вільну атмосферу.