Wiatr – wiadomości podstawowe

1. Definicja wiatru.
Wiatr jest to ruch powietrza wynikający z:

  • rotacji kuli Ziemskiej
  • z nierównomiernego nagrzewania dużych obszarów powierzchni Ziemi przez Słońce
  • zróżnicowanej absorpcji promieniowania słonecznego przez ląd i morze

Wiatr jest to ruch powietrza atmosferycznego o przeważającej składowej poziomej względem powierzchni Ziemi, powstały wskutek nierównomiernego rozkładu ciśnienia atmosferycznego na danym poziomie nad powierzchnią Ziemi. Ruch mas powietrza odbywa się od wysokiego ciśnienia do niskiego i jest tym większy, im większa jest różnica ciśnień. Przepływ powietrza następuje z obszaru o wyższym ciśnieniu do obszaru o niższym ciśnieniu. Podstawowe prawo fizyki – zasada wyrównania energii.


Prędkość i siła wiatru zależy od gradientu czyli różnicy ciśnienia pomiędzy dwoma punktami, im różnica wyższa tym prędkość wiatru będzie większa. Ruch powietrza najczęściej odbywa się w kierunku równoległym do powierzchni Ziemi, ale przy odpowiednim ukształtowaniu powierzchni może mieć inny przebieg np. góra – dół.

2. Rodzaje wiatrów i ich charakterystyka
Możemy wyróżnić kilka rodzajów wiatrów , do najczęściej spotykanych zaliczamy : passaty,wiatry układów barycznych,monsuny, wiatry miejscowe, feny, bory, bryzy oraz wiatry dolinne i górskie.

Pasaty – są to wiatry stałe wiejące przez cały rok w strefie międzyzwrotnikowej, a najwyraźniej zaznaczające się nad oceanami. Wiatry przeciwne do nich to antypasaty.

Wiatry układów barycznych – wiatry te opisać możemy jako poziome ruchy powietrza związane z wytworzeniem się układów niżowych i wyżowych. W układach niżowych powietrze przemieszcza się od zewnątrz układu do jego centrum, natomiast w wyżach – od centrum ku peryferiom układu. Powietrze zawsze przemieszcza się zgodnie z kierunkiem spadku ciśnienia. Występujaca na Ziemii siła Coriolisa oraz siły tarcia powodują, że przy powierzchni Ziemi, na półkuli północnej, wiatry w niżu zbaczają w prawo od swego kierunku i przemieszczają się do centrum niżu nie najkrótszą drogą – czyli prostopadle do izobar, lecz po torze lewoskrętnej krzywej, odwrotnie do ruchu wskazówek zegara. W wyżu powietrze dążąc od centrum układu, wskutek wpływu siły Coriolisa i siły tarcia również zbacza w prawo od kierunku gradientu i przy powierzchni Ziemi, na półkuli północnej, przemieszcza się tym razem po torze prawoskrętnej krzywej zgodnie z ruchem wskazówek zegara. W niżu występuje zbieżność, czyli konwergencja, a w wyżu – rozbieżność, czyli dywergencja, linii prądu powietrza, oba zjawiska mają istotny wpływ na stan pogody.

Monsuny – są wiatrami charakteryzującymi się zmiennością kierunku na przełomie lata i zimy oraz zimy i lata. Wiatry te w półroczu letnim wieją z morza na ląd, w zimie z lądu na morze – monsun letni. W chłodnej porze roku wody oceanu mają temperaturę większa od temperatury lądu. Występuje wtedy monsun zimowy wiejący z lądu na ocean. Monsun zimowy jest przeważnie dużo słabszy od monsunu letniego. Strefa, w jakiej dochodzi do powstania monsunów to głównie południowe wybrzeże Azji, gdzie dochodzi do dużych różnic temperatur kontynentalnej Azji, będącej silnie nagrzaną latem, a oziębioną podczas okresu zimy. Podczas monsunu letniego występują obfite opady deszczu, ponieważ wiatr ten niesie wilgotne powietrze wewnątrz kontynentu. Monsuny często powodują katastrofy w postaci zbyt obfitych opadów, co pociąga za sobą powodzie, z kolei brak deszczu powoduje suszę i klęskę urodzaju.

Wiatry miejscowe – wiatry te występują na skutek oddziaływania lokalnych warunków fizjograficznych. Przyczynami powstawania tych wiatrów są czynniki o charakterze termicznym lub dynamicznym. Do grupy wiatrów miejscowych należą: bora, halny (zwany także fenem0, bryzy, wiatry dolin i gór.

Bryza: słowo pochodzi z język francuskiego, oznacza wiatry zmieniające swój kierunek w rytmie dobowym, wywołane różnym nagrzewaniem się lądu i morza lub jeziora. W dzień wieją znad morza (jeziora) na ląd, w nocy przeciwnie. Bryzami nazywamy wiatry występujące na wybrzeżach mórz, mogą one także wiać w okolicach wielkich jezior. Bryzy to wiatry zmieniające kierunek dwa razy na dobę. Wyróżniamy bryzę morską i lądową
Bryza morska to wiatr wiejący od około 10 rano do zachodu Słońca z morza na ląd.
Bryza lądowa, występująca w nocy to wiatr wiejący z lądu na morze.


Bryzy związane są z dobowym przebiegiem temperatury powierzchni lądu. W ciagu dnia gradient ciśnienia jest ukierunkowany od strony morza w stronę cieplejszego lądu, stąd mamy ruch powietrza z morza na ląd (bryza morska), nad nią wystepuje prąd przeciwny. Sytuacja odwrotna ma miejsce w ciągu nocy. Wówczas wiatr wieje dołem od lądu w kierunku nagrzanego w ciągu całego dnia cieplejszego morza (bryza lądowa), a górą znad morza na ląd.
W dzień i w nocy ma miejsce tutaj zamknięta cyrkulacja powietrza o przebiegu ląd – morze
Bryzy mają prędkość około 5 m/s, na polskim wybrzeżu bryzy mogą sięgać w głąb lądu na około 8 – 10 km, a ich pionowy zasięg jest rzędu kilkuset metrów.

Zaznaczyć trzeba, że zarówno prędkość, jak i zasięg bryzy lądowej są znacznie mniejsze od morskiej, a spowodowane jest to tym, że różnica temperatur między lądem a morzem jest w nocy mniejsza niż w dzień.

Wiatry dolinne i górskie – wiatry tej grupy występują przeważnie w dolinach i w kotlinach górskich w ciepłej porze roku, podczas bezchmurnych dni i przy stosunkowo niewielkich ruchach atmosfery. Wiatr dolinny w ciągu dnia wieje a od ujścia dolin w stronę zboczy i kierunku szczytów. Natomiast wiatr górski wieje w dół zboczy i od zboczy ku dolinom i równinom. Wiatry dolinne i górskie zaliczają się do grupy wiatrów słabych i tylko czasami mogą osiągnąć prędkość ponad 10 m/s.
Przyczyną powstawania tych wiatrów jest zjawisko nagrzania w ciągu dnia przez zbocze góry powietrza leżącego w całym przekroju doliny aż po sam szczyt co powoduje, że powietrze to jest cieplejsze od powietrza leżącego na tych samych wysokościach, ale dalej od zbocza. Ciśnienie niższe występuje bliżej zbocza, aż po szczyt,a ciśnienie wyższe występuje ponad szczytem. Dlatego w dzień, w regionach poniżej szczytu, wiatr wieje w kierunku zbocza i po samym zboczu w górę, natomiast powyżej szczytu w odwrotnym kierunku. W nocy, wskutek spadku temperatury i silnego wychłodzenia zboczy, masy powietrza leżące bliżej nich są chłodniejsze od powietrza znajdującego się na tych samych wysokościach, ale dalej od zboczy. Wiatr wieje od zbocza w stronę doliny, bo gradient ciśnienia skierowany jest tym razem w tym właśnie kierunku. Masy powietrza powyżej grzbietów górskich przemieszczają się natomiast w kierunku szczytów. Cyrkulacja tego typu ma wyjątkowo korzystny wpływ na klimat danego miejsca, bo powoduje odpływ zanieczyszczonego powietrza i dopływ świeżego powietrza górskiego.

Bora: słowo z język włoskiego oznaczające spadający wiatr na wybrzeżu dalmatyńskim, chłodny, suchy i gwałtowny. Nazwę te stosuje się do oznaczania wiatru wilgotnego i chłodnego wiejącego znad morza, powietrze przechodząc nad morzem nasyca się wilgocią. Podobnie jak fen należy do wiatrów opadających. Wiatr ten zalicza się do wiatrów silnych, porywistych i chłodnych wiejących w dół po zboczach gór w stronę ciepłego morza. Powietrze spadające w dół ogrzewa się wprawdzie adiabatycznie (podobnie jak przy fenie), jednak niewysokie góry i niska początkowo temperatura powietrza powodują, że bora pozostaje nadal wiatrem chłodnym. Chłodne masy powietrza spadają ku powierzchni morza z dużą siłą, powodując parowanie i rozprysk wody. Bora w Europie występuje między innymi wzdłuż wschodnich wybrzeży Morza Czarnego i północnego Adriatyku.

Halny, Fen, Fohn: wiatr spadający z wierzchołków pasma górskiego, porywisty. ciepły i suchy. Powietrze przekraczające zaporę górską wznosi się po stoku dowietrznym i wilgotnoadiabatycznie ochładza.

Wiatr stateczny: teoretycznie wiatr wiejąc w takich warunkach, że może przez dłuższy czas wiać bez przerwy i zmiany kierunku i prędkości. Wiatr wywołany różnicą ciśnień, a więc wiejący od wysokiego ciśnienia do niskiego. Wiatr taki może wiać, jeśli wszystkie działające na powietrze siły zostaną zrównoważone, a układ ciśnień nie będzie przy tym ulegał zmianie. Na wiatr wiejący na Ziemii działa siła Coriolisa, a jeśli wiatr wieje po łuku – odśrodkowa siła bezwładności. Siły te muszą być zrównoważone siłą gradientu barycznego. Wiatry zbliżone do statycznego wieją jedynie na dużych wysokościach, kilkaset metrów nad poziomem terenu.

Wicher: gwałtowny wiatr o sile 8 stopni w skali Beauforta, o prędkości 17,2 – 20,7 m/s.

Wichura, Sztorm: wiatr o sile 9 – 11 stopni w skali Beauforta, o prędkości 20,8 – 32,6 m/s.

3. Czynniki wpływające na prędkość i kierunek wiatru
Poniższa tabela przedstawia wszystkie czynniki mające wpływ na prędkość i kierunek wiatru wraz z ich konsekwencjami.

Czynnik
Charakterystyka
Konsekwencje
poziomy gradient ciśnienia
pomiędzy obszarami Ziemi występują poziome różnice ciśnienia; gradient skierowany jest do niższego ciśnienia wzdłuż normalnej do powierzchni izobarycznej, wyraża się go w hPa/100
podstawowa siła powodująca poziomy ruch i wzrost jego prędkości; inne siły mogą ten ruch hamować, lub odkształcać jego kierunek
różnica gęstości powietrza
przy identycznym ciśnieniu masy powietrza mogą mieć różną temperaturę i wilgotność, a więc różnią się gęstością
powietrze cięższe ma tendencję do opadania- czynnik ten kształtuje wiatry górskie i stokowe
siła Coriolisa
siła wywołuje odchylanie toru ciał poruszających się ze składową poziomą względem wirującej Ziemi
odchylenie kierunku wiatru w prawo na półkuli północnej, a w lewo na półkuli południowej; siła Coriolisa nie przejawia się dla ciał poruszających się równoleżnikowo, ciała poruszające się południkowo do biegunów odchylanie są na wschód
siła tarcia
przy ruchach powietrza można wyróżnić dwa rodzaje siły tarcia: między strumieniami powietrza i między strumieniem powietrza o powierzchnią Ziemi
zmniejszenie prędkości wiatru (cz. energii wiatru zamienia się w energię cieplną)
ukształtowanie powierzchni
wiatry napotykające barierę np. orograficzną może opłynąć ją bokiem
wiatr słabnie przed przeszkodą, wzmaga się z jej boków, zmieniając kierunek i słabnie za nią (cień wiatrowy)
wiatry napotykające barierę orograficzną może przepłynąć nad nią
wiatr słabszy przed przeszkodą, silniejszy za nią
siła odśrodkowa
działa przy krzywoliniowym ruchy cząsteczek powietrza, skierowana jest wzdłuż promienia krzywizny na zewnątrz, w stronę wypukłości toru, jest szczególnie istotna dla wirujących mas powietrza
modyfikuje kierunek wiatru, destabilizuje wiry powietrzne, nie występuje w przypadku, gdy izobary są równoległe

Źródło:
„Zależność między poziomem rozwoju energetyki odnawialnej a produkcją urządzeń dla wybranych OŹE w różnych krajach” Paweł Pociask

admin

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *