Откуда берется ветер? Простое объяснение силы, движущей штормы и метели

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Порывистый ветер, кажется, возникает из ниоткуда. Еще минуту назад был штиль, и вот уже гнутся деревья, а по земле несутся пыль и мусор. Иногда это локальный шквал, а порой — мощный воздушный поток, растянувшийся на сотни километров. Он может принести долгожданную прохладу, но способен и на разрушения: раздувать лесные пожары, поднимать пыльные бури или превращать снегопад в настоящую метель. Но что же запускает этот невидимый, но столь могучий механизм?

В основе всего лежит довольно простое физическое явление, знакомое каждому, кто хоть раз накачивал шину: разница давлений. Воздух, как и любая текучая среда, стремится переместиться из области, где его «много» (высокое давление), туда, где его «меньше» (низкое давление). Представьте, что вы резко открыли вентиль перекачанной шины — воздух с силой устремляется наружу. В атмосфере происходит нечто похожее, только в гигантских масштабах.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Двигатель погоды: Солнце, вращение и воздушные реки

Так откуда же берется эта разница давлений, этот «перепад высот» для воздуха? Главный виновник — Солнце, а точнее, неравномерный нагрев нашей планеты. Из-за шарообразной формы Земли солнечные лучи падают на экваториальные области почти отвесно, неся максимум энергии. У полюсов же лучи скользят по поверхности, и нагрев там значительно слабее.

Это создает глобальный температурный контраст: теплый воздух у экватора и холодный у полюсов. Теплый воздух легче и стремится подняться, создавая у поверхности зоны пониженного давления, тогда как холодный, более плотный воздух опускается, формируя области повышенного давления. Природа не любит таких дисбалансов и пытается их выровнять — так возникают глобальные воздушные течения.

Но тут в игру вступает еще один важный фактор — вращение Земли. Оно отклоняет движущиеся воздушные массы (этот эффект называют силой Кориолиса) и не дает им перемещаться строго от полюсов к экватору и обратно. Вместо этого на больших высотах (порядка 10-12 км) формируются мощные «воздушные реки», опоясывающие планету — струйные течения. Самое известное из них дует над нашими, средними широтами, преимущественно с запада на восток.

Волны в небе и фабрики погоды на Земле

Хотя струйное течение находится высоко над нашими головами, оно дирижирует погодой у поверхности. Эта воздушная река не течет прямо, она изгибается, образуя гигантские волны, которые перемещаются вокруг земного шара. Причины этих волн сложны — тут и влияние вращения Земли, и неоднородность подстилающей поверхности (горы, океаны, континенты).

Именно эти изгибы струйного течения и создают крупномасштабные области высокого и низкого давления у поверхности, которые мы видим на синоптических картах. Там, где высотное течение «расходится» (дивергирует), воздух как бы «отсасывается» из нижележащих слоев атмосферы, и у земли формируется область пониженного давления — циклон. Где течение «сходится» (конвергирует), воздух, наоборот, накапливается, давление у поверхности растет, и образуется область высокого давления — антициклон.

Циклоны и антициклоны — это настоящие «фабрики погоды». Они постоянно перемещаются, гонимые все тем же струйным течением. А между ними, как раз на границе областей с разным давлением, и возникает тот самый градиент давления — резкий перепад. Чем он больше, тем сильнее ветер дует от антициклона к циклону (с поправкой на вращение Земли, которое закручивает потоки: против часовой стрелки вокруг циклона и по часовой вокруг антициклона в Северном полушарии). Эти вихри не просто создают ветер, они еще и переносят огромные массы воздуха: циклоны обычно несут теплую и влажную погоду на своей передней (восточной) части и холодную — на тыловой (западной).

Когда ветер выходит из-под контроля

Именно эти крупномасштабные системы отвечают за сильные ветры, которые могут длиться часами и охватывать огромные территории. Весной, когда температурный контраст между еще холодным севером и уже прогревающимся югом максимален, струйное течение особенно активно, волны в нем глубокие, а циклоны и антициклоны — мощные. Как следствие, градиенты давления велики, и ветры достигают значительной силы.

Местный рельеф тоже вносит свою лепту. На открытых равнинах, где трение о поверхность минимально, ветер разгоняется сильнее. В засушливых регионах это приводит к пыльным бурям, поднимающим в воздух тонны почвы. Если при этом еще и стоит сухая погода с низкой влажностью, сильный ветер становится катализатором для быстрого распространения лесных пожаров, превращая небольшое возгорание в стихийное бедствие.

Горы могут усиливать ветер еще больше. Воздух, переваливающий через хребет и устремляющийся вниз по подветренному склону, может резко ускоряться — так возникают сильные и порывистые фёны или такие печально известные ветры, как калифорнийская Санта-Ана, регулярно способствующая катастрофическим пожарам.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Локальная ярость: Шквалы, смерчи и дерехо

Но по-настоящему экстремальные скорости ветер развивает в более локальных, но оттого не менее опасных явлениях, связанных с грозами. Мощные кучево-дождевые облака — это не просто источник ливней и града. Охлажденный осадками и испарением воздух внутри облака может с огромной скоростью обрушиваться вниз — это нисходящий поток. Ударяясь о землю, он растекается во все стороны, порождая внезапный и сильный шквал (прямолинейный ветер). Если гроза очень мощная или движется целая линия гроз, шквалы могут накрывать большие территории, достигая ураганной силы — такое явление называют дерехо.

И, конечно, венец ветровой стихии — торнадо (или смерч). Он рождается в особо мощных грозах (суперъячейках), где из-за специфического распределения ветров по высоте (сдвиг ветра) возникает вращение внутри самого облака. Это вращение может опуститься к земле в виде смерчевого вихря. Внутри торнадо наблюдается колоссальный перепад давления на очень малом расстоянии, что и порождает самые разрушительные ветры на планете, способные превышать 100 м/с (360 км/ч).

Все связано: От глобального течения до локальной бури

Важно понимать, что эти явления — от глобальных ветров до локальных смерчей — не существуют изолированно. Крупные циклоны, порожденные волнами в струйном течении, часто создают идеальные условия для развития мощных гроз и торнадо. Они затягивают теплый и влажный воздух (топливо для гроз) и обеспечивают тот самый сдвиг ветра, необходимый для вращения. Поэтому нередко на фоне обширного шторма с сильными ветрами в одном регионе наблюдается вспышка торнадо, в другом — пыльная буря, а в третьем, на холодной стороне циклона, — сильная метель. Все это — разные проявления одной сложной и взаимосвязанной системы циркуляции атмосферы, запущенной энергией Солнца и вращением нашей планеты.

Так что в следующий раз, когда порыв ветра заставит вас поежиться или восхищенно посмотреть на гнущиеся верхушки деревьев, вспомните об этом невидимом танце давления, тепла и вращения, который происходит над нашими головами и порождает всю мощь и разнообразие земных ветров.

8 комментариев

10205166497779890@facebook
Смешной автор, ничо не знает: ветер патамушта деревья качаются! А всё остальное — горе от ума.
s
Огромное спасибо за ликбез! Очень познавательно. Даже пересказал детям.
0
Если хорошо подумать, то видно, что вклад вращения Земли — ключевой, т.к. у поверхности нет жёсткой связи с атмосферой. Поэтому рельеф поверхности должен постоянно разгонять её до собственных скоростей, что и будет проявляться в виде ветров. А благодаря неравномерному нагреву воздуха у поверхности в эти процессы вносится элемент случайности и вовлекается вся атмосфера.
A
«Поэтому рельеф поверхности должен постоянно разгонять её до собственных скоростей, что и будет проявляться в виде ветров.»


Посчитайте на досуге скорость движения точки на экваторе. Должно получиться около 464м/с. Скорость звука при нормальных условиях — 330м/с. Не помню, чтобы на Земле были сверхзвуковые ветра.
Так что неравномерный нагрев и многое другое — все-таки важнее.
0
Сверхзвуковые ветра были бы, если б атмосфера внезапно материализовалась вокруг вращающейся Земли, или с Землёй приключился бы эффект Джанибекова. И длились бы они не очень долго. Дальше будут просто ветра. Вы их легко увидите на карте стационарных ветров, ну и авиаторы вам про них расскажут тоже.
A
То есть вращение Земли все-таки не главная причина ветров. Так?
0
Как вы делаете этот вывод? Вы же не дали предельной оценки потенциалу влияния других факторов. Предельная оценка потенциала фактора вращения у вас есть, она, как видите, огромна. Давайте с другой стороны. Предположим, Земля не вращается, но источник тепла неким образом сохраняет своё движение по небосводу. Что там будет с ветрами? Сохранятся ли, например, постоянные ураганные ветра против направления вращения Земли с ростом высоты? Сохранятся ли стационарные ветра у поверхности? Будут ли вообще в этой ситуации циклоны? Что тогда будет с ветрами с удалением от экватора, в холодное время года? Ещё совсем частный пример, для оценки потенциала ветров от разности давлений. Вы никогда не наблюдали за изменением ветра при солнечном затмении? Казалось бы, источник тепла за несколько минут плавно выключили, а потом так же плавно включили. Думаете, сильный ли ветер этим процессом порождается? Совсем нет. Заметный, но довольно слабый и непостоянный.
m
Откуда берется ветер?

Лучше бы статью на тему «откуда берутся тупые высеры на Хоботе»
теплый воздух у экватора и холодный у полюсов.

Эм… А ничего что с высотой температура воздуха падает?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

С 1 июня в Москве опять дорожает общественный транспорт и некоторые услуги для тех, кто им не пользуется

С 1 июня в Москве подорожает проезд на общественном транспорте. Городская поездка прибавит 4 рубля, пригородная – 6. Абонементы станут ещё выгоднее, а для автомобилистов есть свои неприятные сюрпризы

Почему фотоны не устают? Разбираемся, как свет летит сквозь космос миллионы лет и не слабеет

Каждый раз, когда мы смотрим на ночное небо, усыпанное звездами, мы, по сути, заглядываем в глубокое прошлое. Свет от далеких галактик преодолевает поистине невообразимые расстояния. Представьте:...

Как работает случайность? Ученые впервые наблюдали, как хаос в наномагнитах принимает решения

Каждый раз, когда мы запускаем сложную программу, используем искусственный интеллект или просто сёрфим в интернете, где-то там, в недрах процессоров, кипит работа. И, знаете, эта работа требует всё...

Юпитер был вдвое больше и в 50 раз мощнее: Каким был путь от супергиганта с мощным полем до знакомого нам вида? – детали нового исследования

Юпитер. Знакомый нам газовый гигант когда-то был колоссальным "супер-Юпитером", вдвое превосходящим нынешний размер и обладавшим магнитной силой, в 50 раз превышающей сегодняшнюю...

Как катер «Метеор» стал жемчужиной парка «Прибрежный» в Ульяновске

В ульяновском парке «Прибрежный», расположенном в Заволжском районе на берегу Волги, среди зелени и аттракционов красуется необычный экспонат — судно на подводных крыльях «Метеор-216»....