Witaj ponownie!
Mail Grupowy pomaga Twojej grupie sprawnie się komunikować, dzielić notatkami, wydarzeniami i opiniami. Dowiedz się więcej »
Przedmioty Wykładowcy Uczelnie

Wiatr - materiały, definicje, teoria


Prowadzący Oryna Słobodzian-Ksenicz
Informacja dla prowadzących
Podgląd

meteor wiat.docx

Podgląd pliku (pełna wersja wyższej jakości po zalogowaniu):

Wiatrem nazywamy przemieszczanie się powietrza względem powierzchni ziemi w kierunku poziomym. Przyczyną powstawania wiatru jest nierównomierny rozkład ciśnienia na kuli ziemskiej, który z kolei uwarunkowany jest rozkładem temperatury.

Prędkość i kierunek wiatru

Jak każdy ruch, wiatr można scharakteryzować za pomocą wektora prędkości, to jest wielkości mającej bezwzględną wartość liczbową oraz kierunek. Prędkość wiatru wyraża się w m/s lub km/h. Kierunek wiatru oznacza kierunek skąd wiatr wieje. Zarówno kierunek jaki i prędkość wiatru oscylują wokół pewnych wartości przeciętnych ulegając nagłym zmianom. Przyczyną zmiany jest turbulencja. Wiatr, który charakteryzują nagle zmiany prędkości i kierunku nazywa się wiatrem porywistym . Porywistość jest szczególnie intensywna nad obszarem o urozmaiconej rzeźbie, nad lasami itp. Tu turbulencja jest dodatkowo zwiększona tarciem o bardziej szorstkie podłoże. W przebiegu dobowym porywistość najintensywniejsza jest w godzinach popołudniowych, gdy rozwój konwekcji osiąga swe maksimum.

Analiza średnich prędkości wiatru wykazuje, że najwyższe średnie prędkości występują w godzinach popołudniowych, a najniższe w okresie nocy. Charakterystyczne jest przy tym to, że średnie prędkości wiatru w nocy są mniejsze latem niż zimą.

Ważny wpływ na prędkość i kierunek wiatru wywierają przeszkody w postaci gór, lasów czy tez budynków. Gdy powietrze na swej drodze spotyka przeszkodę wówczas stara się ominąć opływając ja z boku bądź przepływając górą, w rezultacie czego dochodzi do zmian tak prędkości jak i kierunku wiatru. Podczas opływu przeszkody górskiej nad wierzchołkiem góry dochodzi do wzrostu prędkości wiatru, a po stronie zawietrznej i do wietrznej dochodzi do powstania wirów o osi poziomej.

Jeżeli powietrze zmuszone jest do przepłynięcia miedzy dwiema górami, dochodzi do zwiększenia prędkości wiatru wywołanego zagęszczeniem linii prądów. Gdy wiatr spotyka na swej drodze kompleks leśny, prąd powietrza ulega rozbiciu –jedna jego cześć przepływa nad lasem i opada po stronie przeciwnej lasu, druga cześć przenika w głąb i ulega znacznemu wyhamowaniu. Nad lasem dochodzi przy tym do rozwoju silnej turbulencji.

Gradient ciśnienia, wpływ siły Coriolisa, siły odśrodkowej i siły tarcia.

Z uwagi na to że ruch powietrza uwarunkowany jest różnicą ciśnienia, możemy powiedzieć, że wiatr jest wynikiem działania siły poziomego gradientu ciśnienia (gradient ciśnienia to różnica ciśnienia przypadającą na jednostkę odległości). Kierunek tej siły jest zawsze zgodny z kierunkiem gradientu. Dlatego też gdy na cząsteczki powietrza działała tylko siła gradientu, kierunek wiatru byłby zawsze zgodny z kierunkiem poziomego gradientu ciśnienia, to znaczy że wiałby on prostopadle względem izobar w kierunku niższego ciśnienia. Wiatr taki nazywamy wiatrem gradientowym . Tak jednak nie jest. Gdy bowiem tylko rozpoczyna się ruch powietrza, zaraz zaczynają działać na niego inne siły, jak siła Coriolisa, siła odśrodkowa i siła tarcia.

Siła Coriolisa czyli odchylająca- siła obrotu ziemskiego wywołana jest ruchem obrotowym ziemi i wokół jej osi pionowej. Wszystkie punkty położne na poszczególnych równoleżnikach wykonują w ciągu doby pełen obrót dookoła osi ziemskiej. Z uwagi na to że glob ziemski ma kształt kuli, obwody poszczególnych równoleżników nie są sobie równe. Największy obwód ma równik, a w miarę oddalania się od równika ku biegunom obwody równoleżników stają się coraz mniejsze. Z tego powodu punkt położony w wyższych szerokościach będzie się poruszał wolniej niż punkt położony na równoleżniku większym. Kierunek działania siły Coriolisa jest zawsze prostopadły do kierunku ruchu powietrza. Każdy ruch odbywający się w kierunku południkowym na półkuli północnej zostaje odchylony na prawo, a na półkuli południowej w lewo.

Siła odśrodkowa działa także podczas ruchu cząstek wzdłuż torów krzywoliniowych. Przy niewielkich promieniach krzywizn torów przemieszczania się cząstek wartość siły odśrodkowej jest mała, jednak przy dużych prędkościach wiatru i małych promieniach krzywizny wartość siły może być większa od wartości sily gradientu barycznego. Siła ta zorientowana jest zawsze wzdłuż promieni toru w kierunku jego wypukłości.

Siła tarcia wpływa tak na zmniejszenie prędkości ruchu cząsteczek, jak i na zmianę kierunku ruchy cząsteczki odchylając go o 30 stopni w kierunku niskiego ciśnienia. Działanie siły tarcia możemy podzielić na działanie tarcia zewnętrznego o działaniu ograniczonym do grubości warstwy 500-1000m i działanie tarcia wewnętrznego. To ostatnie, polegające na tym, że sąsiednie warstwy powietrza poruszając się z różnymi prędkościami oddziałują wzajemnie na siebie ma o wiele większe znaczenie.

W wyniku działania wszystkich tych sił wiatr w wyżu wieje zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a na niżu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara

Wiatr geostroficzny -  to teoretyczny wiatr , którego prędkość wynika z równowagi sił Coriolisa i gradientu ciśnienia , działających na poruszające się powietrze. Warunek ten jest nazywany równowagą geostroficzną . W tych warunkach powietrze porusza się równolegle do izobar .

Warunek równowagi geostroficznej w przyrodzie jest rzadko spełniony. Wiatr rzeczywisty prawie zawsze różni się od wiatru geostroficznego z powodu obecności dodatkowych sił działających w układzie (np. siły tarcia pomiędzy powietrzem a ziemią). Mimo to, przepływy atmosferyczne na umiarkowanych szerokościach geograficznych z zadowalającym przybliżeniem spełniają założenia równowagi geostroficznej.

Cyrkulacja atmosfery

Cyrkulacja planetarna, zwana cyrkulacją ogólną, jest uzależniona wyłącznie od dopływu promieniowania słonecznego, atmosfery i obracającej się wokół swej osi Ziemi

Ogólną cyrkulacja atmosfery nazywany jest układ wielkoskalowych prądów powietrza nad powierzchnią kuli ziemskiej. Dzięki prądom ogólnej cyrkulacji atmosfery odbywa się wymiana mas powietrza między różnymi szerokościami geograficznymi, nawet bardzo odległych od siebie.

W strefie równikowej silnie nagrzane powietrze unosi się ku górze i odpływa góra na północ i południe. Przemieszczając się dalej przyjmuje ono kierunek SW (południowo zachodnie) i W (zachodnie) na półkuli północnej i NW (północno zachodnie) i W (zachodnie) na półkuli południowej. Część przemieszczającego się powietrza zaczyna opadać w szerokościach zwrotnikowych, dając początek wyżom zwrotnikowym. Z powstałych wyżów część powietrza zaczyna opadać ku równikowi. W wyniku działania siły Coriolisa prądy tego powietrza na półkuli północnej zostają odchylone w prawo i docierają do strefy równikowej jako wiatry NE (północno wschodnie), a na półkuli południowej, odchylone w lewo, docierają do równika jako wiatry SE (południowo wschodnie). Wiatry te nazywa się pasatami. Wyróżniają się one swoją stałością w ciągu całego roku.

Przeciwieństwem tych ogniw cyrkulacji jest cyrkulacja w okolicy biegunów. Wychłodzone nad tymi obszarami masy powietrza osiadają i płyną na półkuli północnej, odchylone w prawo jak wiatry NE (północno wschodnie ), a na półkuli południowej, odchylone w lewo jako wiatry SE (południowo wschodnie) docierają do 60 stopni szerokości geograficznych obu półkul. Między ogniwami cyrkulacji pasatowej i okołobiegunowej istnieje oddzielna komórka cyrkulacji, w której przeważającymi kierunkami wiatru są kierunki zachodnie. Cechą charakterystyczną tej strefy jest częste tworzenie się i przemieszczanie się ośrodków niskiego i wysokiego ciśnienia. Częste wędrówki ośrodków barycznych powodują, że w strefie odbywa się bardzo intensywna południkowa wymiana mas powietrza. Kieruje to do umiarkowanych szerokości geograficznych masy powietrza arktycznego i zwrotnikowego. To z kolei jest przyczyną nagłych zmian warunków pogodowych, występowania fal ciepła i chłodu.

PODZIAŁ WIATRÓW:

1) Stałe – nie zmieniające swego kierunku w ciągu całego roku.

  1. pasaty
  2. antypasaty

2) Sezonowe (okresowe) – wiatry zmieniające kierunek w cyklu rocznym lub dobowym.

  1. monsun

3 )  Zmienne (lokalne) – zmieniające kierunek zależnie od lokalnych układów ośrodków barycznych.

  1. bryza
  2. fen
  3. Wiatr bora
  4. wiatr dolinny i górski
  5. Wiatr mistral

4) Pustynne

  1. harmattan
  2. samum

5) huraganowe

  1. Cyklony
  2. Tajfuny
  3. Tornada
  4. trąby powietrzne

  1. Stałe:
  1. Pasaty - suchy i gorący stały wiatr wiejący w strefie międzyzwrotnikowej. Pasaty wieją od wyżów zwrotnikowych aż do niżów równika. Na półkuli północnej ma on kierunek północno wschodni, a na południowej południowo wschodni. Strefa pasatów przesuwa się w ślad za pozornym ruchem Słońca. Pasaty najbardziej regularnie wieją nad oceanami, a ich średnia prędkość wynosi tam 5-6 m/s.
  2. Antypasaty - umiarkowanie ciepły, stały prąd powietrza o kierunku zachodnim, wiejący w strefie równikowej na wysokości 2000-3000 metrów, transportujący gorące powietrze od równika w kierunku zwrotników , gdzie na skutek obrotowego ruchu Ziemi zmienia kierunek na wschodni i spływa w dół, po czym jako pasat wraca w kierunku równika.
  1. Okresowe:
  1. Monsuny - Jest to układ wiatrów, które zmieniają swój kierunek na przeciwny w zależności od pory roku. Rozróżnia się: monsun letni (morski) z pogodą deszczową, związaną z niskim ciśnieniem nad lądem i wysokim nad morzem, oraz monsun zimowy (lądowy) z pogodą suchą, spowodowaną wysokim ciśnieniem nad lądem i niskim nad morzem. W monsunie letnim wiatr wieje z morza w stronę lądu, w monsunie zimowym - odwrotnie. Latem ląd szybciej nagrzewa się niż woda, więc ciśnienie powietrza nad nim spada. Pojawiają się gwałtowne wiatry wiejące znad morza w głąb lądu. Zimą niże tworzą się nad cieplejszymi wodami, co powoduje wianie monsunów od lądu w stronę morza (wiatry wieją z wyżu do niżu). Monsuny tworzą się u południowych i wschodnich wybrzeży Azji. Monsun letni ma duże znaczenie w rolnictwie w Azji - pomaga nawadniać suche obszary w głębi kontynentu. Monsun letni jest wiatrem ciepłym i wilgotnym, a monsun zimowy jest wiatrem suchym, a zarazem zimnym.
  1. Lokalne:
  1. Bryza - wiatr występujący u wybrzeży mórz i dużych jezior. Wiatry wiejące w ciągu dnia z nad morza nazywa się bryza morska, a wiatr wiejący w ciągu nocy od lądu nazywa się bryzą lądową.

Przyczyną powstawania bryzy jest nierównomierne nagrzewanie się lądu i morza. W ciągu dnia ląd nagrzewa się bardziej niż woda morska, a powietrze zalegające nad lądem grzeje się szybciej niż powietrze zalegające nad wodą. Powietrze nad lądem, jako cieplejsze, a wiec lżejsze unosi się do góry. Dochodzi wówczas do wytworzenia się pewnej różnicy ciśnienia powietrza nad lądem i powietrza nad morzem –przy czym poziomy gradient ciśnienia skierowany jest wówczas ku lądowi, zmuszając powietrze znad morza do płynięcia w tym samym kierunku- w ten sposób powstaje bryza morska. Poziomy zasięg tych prądow na naszym wybrzeży dochodzi do 20-30 km, a zasięg pionowy cyrkulacji bryzowej jest rzędu 600-800m. Mechanizm powstawania bryzy lądowej jest odwrotny do morskiego, gdyż w ciągu nocy morze jest cieplejsze od lądu.

Bryza miejska - okresowy wiatr lokalny wynikający z różnicy temperatury i ciśnienia powietrza dwóch ośrodków: miasta i terenów otaczających miasto. Wieje szczególnie podczas pogody antycyklonalnej na skutek silnego nagrzania terenów miejskich w ciągu dnia (noce są bardzo ciepłe), co powoduje utworzenie się nad miastem lokalnego ośrodka niskiego ciśnienia, do którego napływa chłodniejsze powietrze z obszarów pozamiejskich.

  1. Fen - ciepły, suchy i porywisty wiatr opadający z wierzchołków pasma górskiego ku dolinom. Wiatry tego typu mogą spowodować znaczne podniesienie temperatury nawet o 20° w ciągu kilku minut, jak to się niekiedy zdarza w Stanach Zjednoczonych.

Powstanie i cechy fizyczne wiatrów fenowych wynikają z różnic jakie występują w czasie ochładzania się i ocieplania powietrza wilgotnego i suchego. Warunkiem powstania tego wiatru jest różnica ciśnienia atmosferycznego po obu stronach bariery górskiej. Różnica ta wymusza ruch powietrza. Powietrze napotykając góry unosi się, ochładzając się wilgotnoadiabatycznie, tj. ok. 0,6° na 100 m wysokości. W czasie unoszenia się powietrza następuje kondensacja pary wodnej - tworzą się chmury i deszcze. Suche już powietrze przekracza barierę szczytów górskich i opada po drugiej stronie ku dolinom. Opadając ogrzewa się, ale tym razem suchoadiabatycznie, tj. ok. 1° na 100 m. Stąd też wiatry fenowe są suche oraz znacznie cieplejsze niż powietrze na tej samej wysokości po przeciwnej stronie gór. Im wyższa jest bariera górska, tym ta różnica może być większa.

Nazwy regionalne fenu:

-wiatr halny-Tatry

-chinook- Góry Skaliste

-fohn- Alpy

Schemat powstawania fenu (wysokości oznaczone co 1000 m)

  1. Wiatr bora - Podobnie jak fen należy do wiatrów opadających. Jest to silny porywisty i chłodny wiatr, wiejący w dół po zboczach niskich, przymorskich części gór w stronę znacznie cieplejszego morza. Powietrze spadające w dół ogrzewa się wprawdzie adiabatycznie (podobnie jak przy fenie), jednak niewysokie góry i niska początkowo temperatura powietrza powodują, ze bora pozostaje nadal wiatrem chłodnym. Chłodne masy powietrza spadają ku powierzchni morza z dużą, siłą, powodując parowanie i rozprysk wody. Bora w Europie występuje miedzy innymi wzdłuż wschodnich wybrzeży Morza Czarnego i północnego Adriatyku.
  2. wiatr dolinny i górski - Występują, one w dolinach i w kotlinach górskich, głównie w ciepłej porze roku, podczas bezchmurnych dni i przy małych ruchach atmosfery. Wiatr dolinny wieje w ciągu dnia od ujścia dolin w kierunku zboczy w górę ku szczytom, a wiatr górski - w dół zboczy i od zboczy ku dolinom i równinom. Są to na ogól wiatry słabe, jednak czasem osiągają prędkość 10 m/s i większą. Zasadnicza przyczyna tych wiatrów jest następująca: w ciągu dnia powietrze leżące bliżej zbocza, w całym przekroju doliny aż pod szczyt, zostaje nagrzane przez zbocze góry i jest cieplejsze niż powietrze leżące na tych samych wysokościach, ale dalej od zbocza, nad przylegający doliną czy równiną. W rezultacie w dzień, w strefie poniżej szczytu, wiatr wieje w stronę zbocza i po zboczu w górę, a powyżej szczytu w odwrotnym kierunku. W nocy, wskutek silnego ochłodzenia zboczy, powietrze leżące bliżej nich jest chłodniejsze, niż powietrze znajdujące się na tych samych wysokościach dalej od zboczy. Gradient ciśnienia skierowany jest tym razem od zbocza w stronę doliny i w tym samym kierunku wieje wiatr. Natomiast powyżej grzbietów gór powietrze przemieszcza się w odwrotnym kierunku - w stronę szczytów górskich. Tego typu cyrkulacja korzystnie wpływa na klimat miejscowości, m.in. uzdrowisk położonych w dolinach górskich, gdyś powoduje odpływ zalegającego tam zanieczyszczonego powietrza i dopływ świeżego powietrza górskiego.
  3. Wiatr mistral -  to suchy, zimny, porywisty wiatr wiejący w południowej Francji poprzez Masyw Centralny. Jest on związany z lokalnym układem cyrkulacji powietrza - pojawia się, gdy nad wschodnim Atlantykiem tworzy się ośrodek wysokiego ciśnienia, a nad Europą Zachodnią przemieszcza się układ niskiego ciśnienia. Kierunek i siła mistral nad Morzem Śródziemnym są modulowane przez Alpy, Pireneje, i Masyw Centralny. Mistral najczęściej pojawia się w okresie zimowym i wiosennym i stanowi duże zagrożenie dla upraw w tym regionie. Zimny front w północnej Francji oddziaływuje z Alpami i wymusza przepływ zimnego powietrza w kierunku doliny Rodanu. Początek mistralu zależy nie tylko od cyrkulacji w północnej Francji ale także od czynników lokalnych. Jednym z nich jest wiatr Tramontane, który zależy od podobnych czynników co mistral, ale jest związany z przepływem koło Pirenejów.
  1. Pustynne:
  1. Harmattan – silny, północno-wschodni wiatr wiejący w porze suchej znad Sahary na wybrzeże Zatoki Gwinejskiej , a także na zachodnie wybrzeże Afryki Północnej . Suchy i gorący wiatr pasatowy przynoszący znaczny spadek względnej wilgotności powietrza nawet do 1%.
  2. Samum – gwałtowny, suchy i gorący południowy wiatr wiejący na pustyniach Afryki Północnej i Półwyspu Arabskiego oraz w ich sąsiedztwie. Samumy wywołują burze pyłowe i piaskowe . Występują najczęściej w okresie od kwietnia do czerwca .
  1. Wiatry huraganowe

a) cyklony tropikalne powstają nad wodami oceanu o temperaturze ponad 27° C. Mają symetryczną budowę poziomą i pionową. Cyklonami tropikalnymi nazywane są wiatry, których prędkość przekracza 120 km/h.

Wyróżniamy 4 strefy obszaru zajmowanego przez cyklon:

  • oko cyklonu ( wir o średnicy 20-60 km, słabe wiatry zachmurzenie minimalne )
  • strefa wiatrów maksymalnych ( szerokość strefy 50-150 km, chmury burzowe, intensywne opady, wiatry o prędkościach 50-60 m/s, duże spadki ciśnienia )
  • strefa przejściowa ( mniejsze spadki ciśnienia)
  • strefa zewnętrzna ( opady ustają, wiatr zanika)

W zależności od niszczycielskiej siły huragany zaliczamy do pięciu klas:

l -oznacza minimalną siłę;

5 - siłą niszczącą katastroficzną.

Podstawą klasyfikowania jest wysokość ciśnienia w oku cyklonu. Im niższe ciśnienie tym wiatr jest silniejszy.

Latem (nagrzany ląd) występuje wiatr wiejący od morza w kierunku kontynentu azjatyckiego, któremu towarzyszą znaczne opady.

Zimą następuje odwrócenie monsunu, wieje on z lądu w kierunku morza. Cyklony i huragany są zjawiskami podobnymi.

b ) tajfuny pojawiają się pod koniec lata z huraganowymi wiatrami i ulewnymi deszczami. Temperatura wód powierzchniowych waha się w zależności od pory roku i wynosi: w zimie od poniżej 0°C w północnej części Morza Japońskiego do 13°C w Cieśninie Koreańskiej.

c )  tornada - większość tornad trwa mniej niż 3 minuty, tworząc niszczące wiry powietrzne o szerokości kilkuset metrów i długości ponad 160 km. Pomimo że rozmiary tornada są prawie o sto razy mniejsze, to niszczące siły wiatru są porównywalne. Na Oceanie Atlantyckim i na wschodzie Oceanu Spokojnego nazywane są huraganami, w zachodniej części Pacyfiku tajfunami, na morzach Indonezyjskich-willy willy. Tornada występują przeważnie w średnich szerokościach geograficznych. Związane są z aktywnością burzową i gwałtownym osiadaniem masy powietrza, obciążonej dużą ilością gradzin. Podstawową przyczyną wytworzenia się wiru jest siła Coriolisa. Na poziomie chmur wyzwalane jest ciepło, wir w postaci lejka rozciąga się od podstawy pierwotnej chmury do powierzchni ziemi, początkowo płaski wierzchołek góry tornada jest na poziomie równowagi, gdzie temperatura w chmurze wynosi O°C, prąd wstępujący tornada jest tak silny, że wznoszące się powietrze przebija ten poziom. Podstawa chmur znajduje się na poziomie gdzie zasysane jest zimne powietrze. Spadający deszcz i parowanie kropelek wody przeciwdziałają wzrostowi temperatury na drodze przemieszczania się układu. Największe prędkości wiatru występują w centrum spirali tornada. Niekiedy tworzą się mniejsze spirale wokół głównego wiru z jeszcze większą prędkością wiatru. Mogą one np. zniszczyć połowę domu, drugą pozostawiając nie uszkodzoną.

d) trąba powietrzna - silny wir powietrzny powstający w chmurze burzowej (cumulonimbus). Ma wygląd leja lub kolumny sięgającej od podstawy chmur, do powierzchni Ziemi. Średnica trąby powietrznej wynosi zwykle poniżej 100 m, ale zdarzają się i takie, których średnica sięga 2 km. Maksymalną prędkość wiru określa się na 100-150 m/s. Trąbie powietrznej towarzyszy gwałtowny spadek ciśnienia oraz silne wiatry, powodujące bardzo duże zniszczenia, często wyładowania elektryczne, przelotne opady deszczu lub gradu. Trąbę występującą nad zbiornikami wodnymi (oceanami, morzami, jeziorami) określa się jako trąbę wodną. Trąba powietrzna występują zwykle w niskich szerokościach geograficznych, najczęściej w środkowych stanach USA (do 800 rocznie), noszą tam nazwę tornada. W Europie pojawia się rzadko, kilkakrotnie powstała w Polsce, m.in. w okolicach: Łodzi, Rawy Mazowieckiej, Mińska Mazowieckiego.

Upwelling i El nino

Upwelling - zjawisko podnoszenia się oceanicznych wód głębinowych, zwykle z głębokości poniżej termokliny , na powierzchnię. Generowane jest przede wszystkim przez wiatry wiejące wzdłuż brzegu, które powodują, zgodnie z teorią Ekmana, odpływanie od brzegu wody powierzchniowej i zastępowanie jej wodami z niższych warstw. Na półkuli północnej zjawisko to zachodzi, gdy ląd znajduje się po lewej stronie prądu, na półkuli południowej - po prawej.

Zjawisko obserwowane jest we wszystkich morzach i oceanach. Duże upwellingi oceaniczne występują we wschodnich rejonach basenów oceanicznych, zwłaszcza u wybrzeży Peru i Chile . Zimne, bogate w składniki pokarmowe wody głębinowe sprawiają, że wody na powierzchni oceanu odznaczają się najczęściej bardzo dużą produktywnością biologiczną.

Ten powolny ruch wznoszący zachodzi w strefie międzyzwrotnikowej głównie w pobliżu zachodnich wybrzeży kontynentów, gdzie pasaty odpychają od lądów powierzchniowe wody oceaniczne w kierunku zachodnim.

El Nino - anomalia pogodowa, powstająca, gdy słabną wiejące ze wschodu pasaty i następuje zahamowanie upwellingu . El Niño choć obserwowany głównie na Pacyfiku , ma prawdopodobnie wpływ na całą Ziemię , ponieważ masy ciepłej i zimnej wody krążą po całym wszechoceanie. Jeśli ich kierunek zmieni się w jednym miejscu, zmienia się on wszędzie. Na suchych wybrzeżach Ameryki Południowej występują ulewne deszcze. Z kolei, w zwykle wilgotnych rejonach Azji południowo-wschodniej i Australii północnej występują susze. Niektóre hipotezy wiążą pojawianie się El Niño z chłodniejszymi, śnieżnymi zimami w USA , suchszymi, bardziej gorącymi latami we wschodniej części w Ameryki Południowej a nawet Europie oraz suszami w Afryce . Podczas jednego z ataków El Niño zachodnia część Ameryki zalana została powodziami.

Faza normalna to stan oceanu pośredni między La Niña i El Niño. Nie występują ekstremalne opady i susze. Zjawisko upwellingu zasila wody powierzchniowe u wybrzeży Ameryk w życiodajne substancje odżywcze

Faza zimna – La Niña
Podczas fazy La Niña (hiszp. dziewczynka) pasaty wieją silniej niż zwykle. Wskutek tego większa ilość wilgoci dociera nad zachodni Pacyfik, powodując powodzie. Jednocześnie na wschodzie brakuje opadów deszczu

Faza ciepła – El Niño
Podczas El Niño (hiszp. dzieciątko Jezus, chłopiec) wiatry spychają wilgotne powietrze na wschód, odbierając życiodajne opady południowo-wschodniej Azji i Australii. Ustaje także zjawisko upwellingu

Skale Beauforta

skala służąca do opisu siły wiatru . Zasadniczą jej cechą jest możliwość względnej oceny siły wiatru na podstawie obserwacji powierzchni morza lub obiektów na lądzie. Należy pamiętać, że rodzaj fali i użyta do jej określenia wysokość odnosi się do stanu na pełnym morzu. Znając prędkość wiatru w węzłach można określić z dość dobrym przybliżeniem stopień skali Beauforta korzystając z wzoru:

gdzie v to prędkość wiatru w węzłach.

Symbole prędkości wiatru na mapie synoptycznej

Końcówka symboli pokazuje na kierunek, z którego wieje wiatr

Wiatry w Polsce

Polska znajduje się w strefie przeważających wiatrów zachodnich (60% wszystkich dni wietrznych). We wschodniej części kraju zwiększa się odsetek wiatrów wschodnich, a w górach - południowych. Rozkład wiatrów nie jest równomierny w ciągu roku. W miesiącach letnich, czyli od lipca do września, dominują wiatry nadciągające z kierunku zachodniego. Natomiast w zimie, zwłaszcza w grudniu i styczniu, ich przewaga się zmniejsza. Nad Polską wieją wówczas głównie wiatry wschodnie. Zazwyczaj nad obszarem Polski wieją wiatry słabe i umiarkowane, od 2 do 10 m/s. Wiatry silne i bardzo silne występują nad morzem powodując sztormy, a także w górach, gdzie osiągają prędkość nawet ponad 30 m/s. Wiatry huraganowe są w Polsce zjawiskiem raczej rzadkim.

Energia wiatru

Energia wiatru jest jedną z najstarszych energii wykorzystywanych przez człowieka. Wiatr był wykorzystywany do napędzania wiatraków pompujących wodę czy też mielących zboże a także jak napęd statków żaglowych. Europejskim liderem w wykorzystywaniu energii wiatru pozostają Niemcy, które w 2001 roku dysponowały aż 46,1% światowej mocy zainstalowanej , jednak w  roku 2004 najwięcej mocy zainstalowanej przybyło w Hiszpanii – kraju o ponadprzeciętnej prędkości wiatru (do 10m/s) i znakomitych warunkach do rozwoju energetyki wiatrowej. Spośród nowych członków UE największą ilość mocy zainstalowanej – 68,1 MW - posiada Polska, jednak w roku 2004 nasz kraj zwiększył swój potencjał tylko o ponad 11%, podczas gdy w innym nowym państwie Unii – w Estonii – zasoby mocy zainstalowanej wzrosły aż o 583,8%. W Polsce odpowiednie warunki panują na Pomorzu, Suwalszczyźnie, w Tatrach i w centralnej Polsce. Lokalizacja elektrowni wiatrowej musi uwzględniać szorstkość terenu oraz wpływ przeszkód terenowych na przepływ wiatru. Należy unikać lokowania konstrukcji wirnika w strefie turbulentnej , gdzie zawirowania powietrza zmniejszają znacznie wydajność elektrowni oraz mogą naruszać jej konstrukcję.

Szorstkość terenu

Odgrywa w wyborze umiejscowienia elektrowni wiatrowej duża rolę, ma bowiem wpływ na rozkład prędkości wiatru w funkcji wysokości. Rodzaj powierzchni, stopień rozbudowania i jej ukształtowanie ma wpływ na prędkość wiatru. Przeszkody tj. budynki ujemnie wpływają na przepływ wiatru. Zatem im większa szorstkość terenu tym większy wzrost prędkości wraz z wysokością. Należy jednak w tym przypadku wziąć pod uwagę rosnące gwałtownie koszty związane z podwyższeniem wieży. Szorstkość terenu możemy określić na podstawie danych zebranych z masztów pomiarowych lub na podstawie obserwacji (przybliżone wartości).

Szorstkość terenu ma wpływ na prędkość wiatru do wysokości 1 km nad poziomem ziemi i w promieniu 20 km.


Wiatromierz Wilda

1-8 - zęby na łuku
9 - płytka prędkościowa
10 - przeciwwaga
11 - rura
12 - chorągiewka
13 - przeciwwaga chorągiewki
14 - os wiatromierza pod osłona
15 - róża wiatrów
16 - nieruchomy trzon

Budowa

Wiatromierz Wilda należy do najprostszych przyrządów służących do pomiaru kierunków i prędkości wiatru. Chwilowe położenie jego wskaźników odpowiadają chwilowym kierunkom i prędkościom wiatru. Dla uzyskania średnich wartości za przyjęty czas obserwator ustala wzrokowo średnie położenie wskaźników przyrządu.

Cześć ruchoma:

Dwupłatowy ster kierunkowy (kierunkowskaz) z kulistą przeciwwagą do określenia kierunku wiatru i płytką prędkościową ( o wymiarach 15 cm x 30 cm i wadze 200g), która porusza się na tle wygiętego łuku z wkręconymi 8 zębami.

Kierunkowskaz, płytka prędkościowa i łuk z zębami znajdują się z tej samej strony osi pionowej wiatromierza. Płytka ustawia się prostopadle do kierunku wiatru, wielkość jej wychylenia zależy od siły wiatru, dlatego położenie płytki względem zębów na łuku pozwala na określenie prędkości wiatru. Dla ułatwienia odczytu zęby nieparzyste (1,3,5,7) są dłuższe od parzystych (2,4,6,8).

Część nieruchoma:

Osiem prętów róży wiatrów z zaznaczonym kierunkiem północnym (N). Cztery dłuższe pręty określają główne kierunki: N, E, S, i W. Krótsze- pośrednie NE, SE, SW i NW, a pola miedzy prętami NNE, ENE, ESE, SSĘ, SSW, WSW, WNW, NNW.

Zasada działania

Kierunek wiatru możemy zaobserwować następująco: stajemy przy słupie wiatromierza pod przeciwwagą chorągiewki i w ciągu 2 min śledzimy jej ruchy względem prętów róży wiatrów, oceniamy średnie położenie przeciwwagi i zapisujemy właściwym skrótem kierunek odpowiadający temu położeniu. Kierunek wiatru wyrażamy w całkowitych dziesiątkach stopni kąta, o który kierunek wiatru jest odchylony od południka geograficznego (od północy geograficznej), stosując 36-kierunkowa skalę- różę wiatrów. Kierunki zapisujemy liczbami klucza, np.

Kierunek

Zapis

10°

01

20°

02

350°

35

360°

36 itp.

Ciszę notujemy literą C. Wyniki pomiarów zaokrąglamy następująco: gdy nadwyżka ponad pełną dziesiątkę wynosi 1-4°, odrzucamy ją, gdy zaś wynosi ona 5-9°, notujemy liczbę dziesiątek bezpośrednio większą od wyniku pomiaru, np.

Pomiar

Zapis

1 °

36

4 °

36

5 °

01

9 °

01

354 °

35

355 °

36

Gdy kierunki wiatru mierzymy wiatromierzem Wilda lub oceniamy na podstawie reakcji niektórych przedmiotów na wiatr, określamy je na podstawie 16-kierunkowej róży wiatrów. W symbolach nazw kierunków wiatru należy ściśle zachowywać kolejność liter: w symbolach 2-literowych kierunków bliższych północy na pierwszym miejscu znajduje się litera N, bliższych południa - S. Symbole 3-literowe powstają przez umieszczenie przed 2-literowymi symbolu najbliższego kierunku głównego: N, E, S, W.

Nazwy kierunków 16-kierunkowej róży wiatrów oraz ich symbole.

Symbol

Nazwa kierunku wiatru

NNE

Północno-północny wschód

NE

Północny wschód

ENE

Wschodnio- północny wschód

E

Wschód

ESE

Wschodnio-południowy wschód

SE

Południowy wschód

SSE

Południowo- południowy wschód

S

Południe

SSW

Południowo-południowy zachód

SW

Południowy zachód

WSW

Zachodnio- południowy zachód

W

Zachód

WNW

Zachodnio-północny zachód

NW

Północny zachód

NNW

Północno- północny zachód

N

Północ

C

Cisza

Gdy wiatr jest porywisty, należy, zauważyć również większe wychylenie płytki w ciągu tych samych 2 min i odpowiadającą mu prędkość zanotować jako maksymalny poryw wiatru.

Prędkość wiatru w (m/s) odczytuje się ze specjalnej tabelki, w której podano średnie położenie płytki względem zębów.

Płytka

Nr zęba

Prędkość wiatru (m/s)

Zwisa pionowo przy zębie lub waha się około tego zęba

1

0

Waha się między zębami

1-2

1

Waha się około zęba

2

2

Waha się między zębami

2-3

3

Waha się około zęba

3

4

Waha się między zębami

3-4

5

Waha się około zęba

4

6

Waha się między zębami

4-5

7

Waha się około zęba

5

8

Waha się między zębami

5-6

9

Waha się około zęba

6

10

Waha się między zębami

6-7

12

Waha się około zęba

7

14

Waha się między zębami

7-8

17

Waha się około zęba

8

20

Jeżeli płytka wychyla się poza 8 ząb, prędkość należy określić wg. skali Beauforta. Posługując się wiatromierzem Wilda trzeba uważać, aby nie został zanotowany numer zęba zamiast odpowiadającej mu prędkości wiatru. Nie można przy tym podawać takich prędkości, tj. następujących: 11,13,15,16, 18,19,21 i więcej m/s.

Kontrola i przygotowanie do pracy

Stan wiatromierza należy kontrolować, co najmniej raz w miesiącu i zawsze podczas silnych wiatrów oraz po ich ustaniu. Sprawdza się pionowość słupa i osi wiatromierza, czy pręt z literą N skierowany jest dokładnie ku północy, czy pręty róży wiatrów nie są pogięte, czy płytka prędkościowa nie jest zgięta lub uszkodzona w inny sposób, czy zajmuje położenie prostopadle do łuku z zębami (1-8), a ten równolegle do osi chorągiewki kierunkowej, czy chorągiewka nie jest uszkodzona, czy przyrząd łatwo reaguje na słaby wiatr oraz na słabe zmiany kierunków i prędkości wiatru. W okresie zimowym osady lub opady atmosferyczne mogą unieruchomić wiatromierz. Trzeba wtedy silnie uderzyć kilka razy w słup kołkiem lub łomem. Zabieg ten nie zawsze jest skuteczny. Gdy wiatr jest porywisty, należy zauważyć również większe wychylenie płytki w ciągu tych samych 2 min i odpowiadająca mu prędkość zanotować jako maksymalny poryw wiatru. Zdarzają się przypadki niedokładnego pomiaru kierunków wiatru, wskutek tego niektóre z niech, zwłaszcza główne, notowane są zbyt często kosztem kierunków sąsiednich. Tak np. w ciągu miesiąca na pewien kierunek wypada niekiedy kilkadziesiąt, podczas gdy na sąsiedni zaledwie kilka, a nawet zero obserwacji. Konieczna jest wiec samokontrola tej pracy, tj. analiza częstości zanotowanych w ciągu miesiąca kierunków wiatru. W tym celu trzeba napisać kierunki od 01 do 36 oraz C i wykreskować zapisy kierunków wiatru, a następnie zliczyć kreski. Przyrząd jest pomalowany na biało.

Miejsce pomiaru

W ogródku meteorologicznym przyrządy do pomiaru wiatru ustawia się od strony półocnej. Wyjątkowo, w przypadku braku warunków do lepszego rozwiązania, przyrząd można ustawić na dachu budynku, umieszczając go na wysokości co najmniej 6 m nad dachem i z dala od kominów.

W miejscu odległym od wysokich przedmiotów co najmniej o 10-krotna ich wysokość przyrząd umieszczamy na wysokości l 0 m nad gruntem; w mniej korzystnych warunkach otoczenia - odpowiednio wyżej. Wysokość umieszczenia przyrządu zawsze powinna przewyższać pobliskie budynki i inne wysokie przedmioty przynajmniej o 6m. Stosuje się słupy (maszty) kratowe z metalu, żelbetowe oraz rurowe. Słupy lżejsze trzeba usztywniać odciągaczami, które powinny być stale napięte, co regulujemy skręceniem ściągaczy w okresie letnim i rozkręceniem w okresie zimowym. Do słupa powinny być przymocowane włazy. Słup i pionowa część zainstalowanego na nim przyrządu powinna stać pionowo.

Zamocowana na słupie nieruchoma część przyrządu powinna być prawidłowo zorientowana, tzn. jej pręt kierunkowy (lub odpowiadający mu znak) powinien być zwrócony ku północy. Przyrząd orientujemy podczas instalowania go, przy czym wykonamy to najdokładniej posługując się linią południka.

Metodologia pomiaru i opracowanie wyników

Pomiary kierunku i prędkości wiatru na stacjach klimatologicznych wykonuje się o godz. 07/08, 13/14 i 19/20 i wpisuje się do odpowiednich rubryk w dzienniku obserwacyjnym. Po ostatnim pomiarze oblicza się średnią dobową prędkość wiatru według wzoru:

V=

Do miesięcznego wykazu spostrzeżeń meteorologicznych przepisuje się wyniki pomiarów kierunku i prędkości wiatru z każdej obserwacji, następnie oblicza się sumę dekadową i miesięczną prędkość wiatru z godz. 07/08,13/14 i 19/20 oraz średnią miesięczną prędkość wiatru w tych godzinach dzieląc sumę prędkości przez liczbę obserwacji w danym miesiącu (28,29,30,31). Średnia miesięczna prędkość wiatru jest ze średnich terminowych.

Oprócz tego sporządza się tzw. rozkład wiatrów, którym z 16 kierunków wiatru przechodzi się do 8 głównych, zwiększając w ten sposób dokładność oceny kierunku wiatru na wiatromierzu Wilda.

Do specjalnych rubryk oddzielonych dla każdego terminu obserwacyjnego kierunku wpisuje się prędkość wiatru. W przypadku kierunków „trzyliterowych" kierunek wiatru rozdziela się na dwa sąsiednie „dwuliterowe", a prędkość wiatru na pół.

Ciszę wykazuje się stawiając kreski w odpowiedniej rubryce. Następnie zlicza się liczbę przypadków wiatru z danego kierunku i sumę ich prędkości. Sumuje się także liczbę obserwacji z ciszą. Tak zestawione dane z kolejnych terminów obserwacyjnych sumuje się i oblicza średnią miesięczną prędkość wiatru z każdego kierunku, dzieląc sumę ich prędkości przez liczbę przypadków każdego kierunku. Średnia miesięczna prędkość wiatru niezależnie od kierunku to suma wszystkich prędkości w danym miesiącu podzielona przez liczbę pomiarów.

Ponieważ wiatr charakteryzujemy dwiema wielkościami: kierunkiem i prędkością,

opracowania klimatologiczne tego elementu przeprowadza się opracowując:

-tylko kierunek

-tylko prędkość

- kierunek i prędkość łącznie

Kierunek wiatru opracowujemy podając liczebność oktanów, wyrażoną w liczbach przypadków (liczba obserwacji) lub w procentach ogólnej liczby obserwacji. Średnią wieloletnią częstość kierunków wiatru oblicza się jako średnią arytmetyczną z poszczególnych lat.

Prędkość wiatru charakteryzuje się zwykle podając wartość średnią arytmetyczną (nie łącząc jej z kierunkiem) kierunkiem pojedynczym miesiącu, sezonie, roku, czy odpowiednio z okresu wieloletniego. Można podawać ją też oddzielnie z każdego terminu pomiarowego, pomiarowego także z całej doby łącznie.

Inną charakterystyką jest liczba obserwacji z ciszą oraz liczba dni z wiatrem w różnych przedziałach prędkości.

2. ANEMOMETR KONTAKTOWY (ROSEENMULLERA)

Anemometr jest to przyrząd za pomocą mierzymy prędkość, a niekiedy kierunek wiatru oraz ruch gazów i cieczy. Anemometr kontaktowy nazywany jest inaczej anemografem - jest to przyrząd służący do pomiaru prędkości wiatru, który w sposób ciągły za pomocą samopisu zapisuje prędkość wiatru.

Budowa

- czasze - trzy lub cztery stożkowe, skierowane w jedną stronę,

- ślimak z przekładnią,

- obwód elektryczny,

- bęben, na który nawinięty jest pasek,

- ramie piszące.

Widok mechanizmu bez obudowy

Zasada działania

Siła wiatru działa na czasze wprowadzając wirnik w ruch obrotowy. Wirnik obraca się z prędkością wiatru. Ruch ten przekazywany jest poprzez przekładnie ślimakową na zespół przekładni zębatych na mechanizm elektryczny, który wprawia w ruch ramie piszące, ramie piszące zakończone jest pisakiem. Pisak przylega do bębna, napędzanego mechanizmem elektrycznym. Na bęben nałożony jest papier (pasek), na którym nadrukowane są skale: czasowa (np.godziny), prędkościowa (kilometry metry).

Kontrola i przygotowanie do pracy

-Czasze nie mogą mieć żadnych uszkodzeń mechanicznych, muszą być ustawione w jedną

stronę i na jednej wysokości.

-Ślimak z przekładnią sprawny działający bez zarzutów.

-Pasek dobrze zamocowany i dokładnie opisany.

-Sprawny mechanizm elektryczny.

Metodologia i miejsce pomiaru

-Ustawić anemometr w tunelu i zwiększyć, od 0 prędkość strumienia powietrza, znaleźć próg

czułości i wyznaczyć jako prędkość progową wartość średnią.

-Ustawić prędkość strumienia powietrza ok. 0,6 m/s odczekać ok. 30-40 s i włączyć obwód

elektryczny anemometru.

-Zanotować liczbę impulsów wysyłanych przez nadajnik anemometru w ściśle określonym

czasie (2-3min.).

-Pomiar powtórzyć dla prędkości; l,2,3,5,7,10m/s.Wyniki zanotować.

Pomiar powtarzać każdorazowo, co najmniej 3 razy wyznaczając średnią.

Ogródek meteorologiczny od strony północnej, zdała od wysokich pomiarów. Na stacjach meteorologicznych pomiar dokonuje się 30m nad gruntem, standardowo l0m.

Opracowanie wyników

Odczyt wykresu zaznaczonego na pasku, który należy wymieniać codziennie o stałej porze.

2.ANEMOMETR ROBINSONA (CZASZOWY).

Budowa i zasada działania

Anemometr ten należy do wiatromierzy mechanicznych. Służy do pomiaru średniej prędkości wiatru na dowolnie wybrany okres czasu.

Czujnikiem przyrządu jest wirnik z czterema lub trzema czaszami, których wypukłości zwrócone są w jedną stronę. Czasze mogą mieć kształt półkulisty, stożkowy lub półelipsoidalny. Pod wpływem parcia wiatru na wklęsłe strony czasz, wirnik jest wprawiany w ruch w kierunku wypukłych stron czasz bez względu na kierunek wiatru. Wirnik anemometru obraca się z prędkością zależną od prędkości wiatru. Ruch ten przekazywany jest poprzez przekładnię ślimakową i zespół przekładni zębatych mechanizmu licznikowego na wskazówki. Zakres pomiaru spotykanych w Polsce anemometrów czaszowych wynosi 1-30 m/s, próg czułości około 0,8 m/s, dokładność pomiaru 0,1 m/s.

Ręczny anemometr Robinsona

1-wirnik czaszowy, 2-osłona wirnika, 3-korpus, 4-tarcza licznika, 5-włącznik i wyłącznik licznika, 6-uszka do przewlekania sznurka, 7-wkręt,

Miejsce i metodologia pomiaru

Miejsce pomiaru jest mobilne. Anemometry są szczególnie przydatne przy pomiarach mikroklimatycznych. Można nimi mierzyć prędkość wiatru w terenie na dowolnej wysokości nad jego powierzchnią, dlatego też są pomocne do określania pionowego profilu prędkości wiatru w przygruntowej warstwie powietrza.

Pomiar prędkości polega na odczytaniu przed jego rozpoczęciem stanu licznika przy włączonym mechanizmie licznikowym, a następnie równoczesnym włączeniu stopera i licznika przez przesunięcie odpowiedniej dźwigni w obudowie przyrządu.

Kontrola i przygotowanie do pracy

Nie może być żadnych uszkodzeń mechanicznych. Cyfry skali i kreski powinny być wyraźne i czytelne.

Opracowanie wyników

Po zakończeniu pomiaru obliczamy różnicę odczytów na liczniku i dzielimy ją przez czas pomiaru, otrzymując średnią prędkość wiatru w tym okresie. Ze względów praktycznych czas pomiaru wynosi najczęściej 100 sekund. Zwiększając czas pomiaru można określać średnią prędkość w dłuższych przedziałach czasu (np. 10 minut, godzina itp.).

v= (t 2 -t )/τ

τ - temperatura

υ -prędkość średnia

t , t 2 - prędkości wiatru

Współpraca

Wczytywanie...