Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метеорология и климатология

Характеристики ветра. Турбулентность, порывистость, скорость, повторяемость

Турбулентность

Ветер всегда обладает турбулентностью. В воздухе возникают многочисленные беспорядочно движущиеся вихри и струи разных размеров. Отдельные количества воздуха, увлекаемые этими вихрями и струями, так называемые элементы турбулентности, движутся по всем направлениям, в том числе перпендикулярно к среднему направлению ветра и даже против него. Эти элементы турбулентности имеют линейные размеры от нескольких сантиметров до десятков метров. Таким образом, на общий перенос воздуха в определенном направлении и с определенной скоростью налагается система хаотических, беспорядочных движений отдельных элементов турбулентности по сложным переплетающимся траекториям.

Турбулентность возникает вследствие различия скоростей ветра в смежных слоях воздуха. Особенно велика она в нижних слоях атмосферы, где скорость ветра быстро растет с высотой. Но в развитии турбулентности принимает участие также и архимедова (гидростатическая) сила. Отдельные количества воздуха, имеющие более высокую температуру, поднимаются вверх, а более холодные объемы воздуха опускаются вниз. Такое перемещение воздуха за счет различий температуры, а, следовательно, и плотности, происходит тем интенсивнее, чем быстрее падает температура с высотой. Поэтому различают динамическую турбулентность, возникающую независимо от температурных условий, и термическую турбулентность (или конвекцию), определяемую температурными условиями. В действительности турбулентность всегда имеет комплексную природу, в которой термический фактор играет большую или меньшую роль.

Турбулентность с преобладанием термических причин при определенных условиях превращается в упорядоченную конвекцию. Вместо мелких хаотически движущихся турбулентных вихрей, в ней начинают преобладать мощные восходящие движения воздуха типа струй или токов с высокими скоростями, иногда свыше 20 м/с. Такие мощные, восходящие токи воздуха называются термиками. Наряду с ними наблюдаются и нисходящие движения, менее интенсивные, но захватывающие большие площади.

Порывистость ветра

Порывистость ветра возрастает с увеличением его скорости. Порывы, то есть скачкообразные усиления и ослабления ветра при средней его скорости 5-10 м/с в среднем составляют 3 м/с, а при скорости 11-15 м/с возрастают до 5-7 м/с.

Скорость ветра

Скорость ветра измеряют в м/с, реже в км/ч и баллах. За направление ветра принимают то, откуда дует ветер. Направление определяют в румбах (их 16) или угловых градусах.

Повторяемость ветров

Для изучения повторяемости ветров различных направлений строят график, называемый розой ветров, который позволяет выявить преобладающее направление ветра в данном месте за определенный период (месяц, сезон, год).

Пример

В таблице 2.1 приводится повторяемость направления ветра для января и июля по 8 румбам. Построить розы ветров для этих месяцев.

Таблица 2.1. Направление ветра (%) и среднее число штилей
МесяцССВВЮВЮЮЗЗСЗЧисло штилей
Январь3735116102087

Июль

9813561033169

Для построения розы ветров из центральной точки откладывают по направлению основных румбов отрезки, соответствующие повторяемости ветра данного направления и концы отрезков соединяют прямыми линиями. В центре розы ветров указывается число штилей (рис. 2.9).

Роза ветров для января
Рисунок 2.9. Розы ветров для января (а) и июля (б)

Пользуясь построенными розами ветров можно сделать вывод, что промышленные предприятия и фермы лучше располагать с южной или северо-восточной стороны от населенных пунктов, а лесные полосы должны быть направлены с севера на юг (рис. 2.9).

Иногда при построении розы ветров учитывают средние скорости ветра для каждого направления. В таком случае можно на одном графике в определенных масштабах построить розу повторяемости направления и розу скоростей ветров (пунктир на рис. 2.10). Средняя скорость для каждого румба определяется путем деления суммы скоростей ветров этого румба на число наблюдений ветра данного направления розы ветров.

Роза повторяемости направлений и скорости ветра
Рисунок 2.10. Роза повторяемости направлений и скорости ветра