Направление и скорость ветра

Ветер - горизонтальное перемещение воздуха из областей высокого давления в области низкого давления.

Скорость и направление ветра являются наиболее важными факторами, влияющими на безопасность полетов. Наилучшим для проведения учебных полетов на параплане является ровный встречный ветер скоростью 2 - 3 м/с.

Выполнение учебных полетов при скорости ветра свыше 6 м/с затрудняется из-за того, что в случае ошибок на старте ветер может сдуть начинающего пилота. Подъем купола в штиль осложнен тем, что пилот вынужден начинать разбег сразу после подъема купола, что, в свою очередь, затрудняет контроль правильности раскрытия купола.

Направление ветра (как и курс летательного аппарата) измеряется в градусах. В метеорологии под направлением ветра понимается направление, откуда дует ветер, т.е. северный ветер (направление 0°) дует с севера на юг. Восточный ветер (направление 90°) дует с востока на запад. В авиации используется понятие аэронавигационного ветра. Под направлением аэронавигационного ветра понимается направление, куда дует ветер.

Аэронавигационный северный ветер (направление 0°) дует с юга на север. Аэронавигационный восточный ветер (направление 90°) дует с запада на восток.

Это различие объясняется тем, что для неподвижно стоящего на земле наблюдателя (метеоролога) удобнее иметь дело с первым случаем. Штурман же при расчете траектории полета ЛА использует так называемый треугольник скоростей, в котором путевая скорость ЛА (скорость относительно земли) определяется как сумма воздушной скорости ЛА и скорости ветра (см. рис. 105).

Рис. 105. Треугольник скоростей. Путевая скорость ЛА равна сумме воздушной скорости и скорости ветра

Причиной возникновения всех ветров является неравномерность прогрева земной поверхности и атмосферы. Более теплый воздух поднимается вверх. А на освободившееся место приходят расположенные по соседству холодные массы.

Тепловая циркуляция охватывает всю атмосферу нашей планеты. Над экватором прогретый солнцем воздух поднимается вверх. В основании поднимающихся столбов воздуха возникают области разрежения. Более холодный воздух, расположенный по обе стороны от экватора, устремляется в область низких экваториальных давлений.

Нагреваясь, он в свою очередь поднимается вверх и на больших высотах перемещается к полюсам. Охладившись там, он опускается вниз и вновь возвращается к экватору вдоль поверхности Земли (см. рис. 106).

Рис. 106. Схема глобальной циркуляции воздуха в атмосфере

Кроме глобальных существуют и локальные источники термической циркуляции. В яркий солнечный день земная поверхность нагревается солнцем, причем нагрев происходит неравномерно. Такие участки, как пашня, каменистые или песчаные почвы, нагреваются значительно быстрее, чем зоны, покрытые водой или густой растительностью. Нагревшийся над полем воздух уходит вверх и замещается холодным воздухом, например, с расположенного рядом озера.

В этот момент на границе поля и озера подует легкий ветерок.Аналогичная картина наблюдается на берегу моря. Днем суша нагревается быстрее, чем море. Нагревшийся над земной поверхностью воздух поднимается вверх И замещается холодным воздухом с моря. Ветер дует с моря на берег.

Ночью земная поверхность быстро охлаждается, море становится теплее, чем суша, и ветер начинает дуть с берега в море. Эти ветра называются береговыми бризами. Их скорость может достигать 10 м/с (см. рис. 107).

Рис. 107. Береговые бризы

Дневной (морской) бриз начинается с 10 - 11 ч утра и распространяется в глубь континента на 20 - 40 км. Его вертикальная мощность достигает в среднем 1000 м. Береговой бриз начинается после захода солнца, распространяется в глубь моря на 8 - 10 км, достигая высоты около 250 м.

Горные бризы являются результатом того, что днем воздух, расположенный вблизи горных склонов, прогревается сильнее, чем воздух, находящийся дальше от поверхности. Теплый воздух поднимается вдоль склонов, создавая разрежение на дне долины. Массы холодного воздуха из центра долин устремляются в зону разрежения. Образуется горный восходящий бриз.

Ночью наблюдается противоположное явление. Воздух над горными вершинами охлаждается быстрее, чем центральный столб воздуха. Холодный воздух стекает вниз по склонам, в то время как столб теплого воздуха в центре долины поднимается вверх. Образуется горный нисходящий бриз (см. рис. 108).

Рис. 108. Береговые бризы

Образующиеся над земной поверхностью обширные области пониженного и повышенного давления (циклоны и антициклоны) приводят к возникновению ветров, направление и скорость которых сильно отличаются от направления «глобального» ветра.

Если бы Земля была неподвижной, ветер дул бы непосредственно из областей высокого давления в области низких давлений, однако в результате вращения Земли происходит отклонение воздушных потоков вправо в Северном полушарии и влево - в Южном. В Северном полушарии ветер циркулирует по часовой стрелке вокруг антициклонов и в противоположном направлении вокруг циклонов (см. рис. 109).

Рис. 109. Направления ветров в циклоне и антициклоне для Северного полушария

Если в Северном полушарии встать лицом к ветру, то область высоких давлений будет слева, а область низких - справа.

Это явление можно понаблюдать и в домашних условиях. При вытекании воды из ванны у сливного отверстия поток закручивается.

Местные ветры характерны для относительно небольших, ограниченных по площади местностей. Сила и направление таких ветров определяются особенностями рельефа конкретной местности. В качестве примера можно привести бору, ветер, который проносится над Новороссийском в зимнее время и порой наносит городу существенный ущерб.

Новороссийск расположен в долине на берегу Черного моря. Когда холодные массы воздуха переваливают через Кавказский хребет и начинают спускаться с гор в море, они сильно ускоряются. В результате случается, что проносящийся над городом ветер достигает ураганной силы (40 - 60 м/с).

Температура воздуха падает до минус 20 - 25 °С. Причем вертикальная мощность потока составляет всего около 200 м. Распространяется бора в глубь моря на несколько километров, а вдоль побережья - на несколько десятков километров.

Скорость и направление ветра меняется с высотой. Из курса аэродинамики уже известно, что воздушный поток тормозится об обтекаемую поверхность (пограничный слой). В результате скорость ветра у земли оказывается значительно меньше, чем на высоте.

Наиболее ярко это явление проявляется летними вечерами перед заходом солнца. В то время, как скорость ветра у земли составляет всего 1 - 2 м/с, на высоте 100 - 150 м она может возрасти до 10 м/с. Заметный рост скорости ветра в приземном слое воздуха наблюдается до высот 300 - 350 м (см. рис. 110).

Рис. 110. Градиент ветра у земли

Градиент ветра - изменение скорости и направления ветра с высотой относительно земной поверхности.

Необходимо отметить, что неровности рельефа и термическая активность турбулизируют приземные слои воздуха и порой изменяют направление ветра у земли относительно потока на высоте. Так, например, на дне глубокой и узкой долины или в овраге ветер будет дуть только вдоль долины независимо от его направления на высоте.