В данной статье я отвечу на вопрос "почему дует ветер?" Задайте его себе. Ведь каждый чувствует его постоянно, а куда бегут все эти массы воздуха? Или откуда убегают? Почему год за годом ветер постоянно ходит по земле, то усиливаясь, то ослабевая и никогда не заканчивается?
Выясним сначала, чем вызывается течение воды, тогда нам легче будет ответить на вопрос, почему дует ветер. Течение воды. При наливании воды в один из сосудов столб воды над А увеличивается, давление его возрастает и под действием более сильного давления вода течет по трубке от А к Б. Каждый легко может убедиться, что поверхность воды всегда стремится занять горизонтальное положение и вода всегда течёт туда, где по каким-либо условиям уровень воды оказался более низким.
Если мы в один из сосудов, соединяющихся внизу трубкой (см. рисунок), будем наливать воду, то уровень воды будет повышаться в обоих сосудах, а не только в одном из них. Отчего это происходит?
Когда мы наливаем в сосуд воду, то высота столба воды в этом сосуде увеличивается, его дазление на дно сосуда возрастает и в одном конце соединительной трубки А давление оказывается больше, чем в другом её конце Б. Более сильное давление «выжимает» воду по трубке из сосуда А в сосуд Б и вода течёт по трубке от высокого давления к низкому до тех пор, пока уровни в обоих сосудах не сравняются.
Давление воздушного столба в разных местах земной поверхности тоже неодинаково, и мы вправе ожидать, что воздух ведёт себя так же, как и вода — что более сильное давление «выжимает» его из области высокого давления в область низкого давления. Если это так, то ветер должен дуть от высокого давления В к низкому Н, пересекая изобары (что такое изобары?) под прямым углом (рис. ниже).
а) направление на карте, по которому должен был бы течь воздух; б) истинное направление, по которому движется воздух.
В действительности, на картах погоды можно видеть, что ветер направлен от высокого давления к низкому, но только не под прямым углом к изобарам, а сильно отклоняется от этого направления вправо и приближается к направлению изобар (рис. вариант б.).
Почему же воздух течет не прямо от высокого давления к низкому (что такое атмосферное давление)? Здесь мы сталкиваемся с явлениями, которых никогда не наблюдаем непосредственно, но которые имеют очень большое значение для развития процессов в атмосфере. Речь идёт о действии отклоняющей силы вращения Земли. Эта сила стремится отклонить каждое движущееся тело вправо в северном полушарии и влево— в южном. Эта сила заметно сказывается там, где она действует непрерывно в течение долгого времени.
Под влиянием этой силы все реки в северном полушарии, независимо от их направления, стремятся отклониться вправо и в течение веков всё время подмывают свой правый берег, медленно отступая от левого. Поэтому берега рек у нас обычно неодинаковы: правый — крутой, левый — отлогий. Этот закон впервые открыл русский академик Бэр.
Как же проявляет себя эта сила по отношению к ветру?
Все направления на Земле мы определяем обычно по сторонам света — на юг, на север, на восток или на запад. На карте и на глобусе мы привыкли определять эти направления по линиям меридианов, проходящим с севера на юг, и по линиям параллелей, проходящим с запада на восток. При этом мы обычно забываем о вращении Земли вокруг своей оси, вместе с которой, конечно, вращаются и все меридианы и параллели.
Создается положение очень сходное с тем, которое может возникнуть при игре в бильярд на палубе парохода, круто поворачивающего на изгибе реки (рис. ниже). Игрок целится в точку А (рис. а), но в тот самый момент, когда он делает удар, пароход поворачивается, и шар попадает вместо А в Б (рис. б).
Отклонение бильярдного шара на движущемся пароходе: а) игрок целится в точку А; б) но пароход поворачивает на изгибе реки, и шар попадает вместо А в Б.
Что же произошло? Игроку кажется, что шар по совершенно непонятной причине отклонился вправо от данного ему толчком направления. Но посторонний наблюдатель, который мог бы наблюдать игру извне, не с парохода, увидел бы, что в действительности не шар изменил своё направление, а бильярдный стол вместе с пароходом повернулся под шаром. Шар же двигался по тому же самому направлению, которое ему было дано ударом игрока. Как это применить к вопросу почему дует ветер?
Направления относительно сторон света на север, юг, которые мы считаем совершенно неизменными и которые остаются таковыми по отношению к земному шару, в действительности, т. е. по отношению к мировому пространству, всё время вращаются вместе с вращением Земли (рис. ниже).
Мы не можем увидеть это вращение, так как сами участвуем во вращении Земли. Нам кажется, например, что мчащийся прямо на юг поезд сохраняет своё направление в пространстве, на самом же деле он непрерывно поворачивается вместе с земным меридианом.
Представим себе сверхдальнобойную пушку (рис. ниже), выстрелившую вдоль меридиана на север (А). Если бы артиллеристы могли следить за вылетевшим снарядом, то через некоторое время после выстрела они увидели бы, что снаряд отклонился от меридиана вправо. Отчего это произошло? За тот промежуток времени, который прошел с момента выстрела, Земля повернулась, меридиан и пушка заняли новое положение (Б). Снаряд же продолжал двигаться в прежнем направлении, параллельно первоначальному положению меридиана.
Отклоняющее действие вращения Земли.
Но здесь мы должны предупредить читателя о том ошибочном представлении, которое иногда возникает по отношению к отклоняющей силе вращения З'емли. Может показаться, что если бы артиллеристы выстрелили не вдоль меридиана, вращение которого вместе с Землёй для всех очевидно, а вдоль параллели, то никакого отклонения снаряда не произошло бы. В действительности отклоняющая сила вращения Земли действует на все движения, независимо от их направления относительно сторон света.
Возвращаясь к примеру с бильярдным шаром, можно видеть, что биллиардный шар отклонится от своего направления не только при ударе вдоль парохода (рис. а), но и при ударе поперёк его палубы, и при ударе во всяком другом направлении.
С частицей воздуха происходит то же самое, что и со снарядом. Начав двигаться под действием силы атмосферного давления, «выжимающей» ее от более высокого давления к более низкому поперёк изобар, частица воздуха, подобно снаряду, будет всё более отклоняться вправо. Направление течения воздуха будет всё больше приближаться к направлению изобар. Именно поэтому ветер в приземном слое дует под углом к изобарам, огибая центр антициклона по вращению часовой стрелки, а центр циклона — в противоположном направлении.
Движение воздуха в верхних слоях атмосферы. На высоте более 500-1000 метров ветер дует прямо вдоль изобар, оставляя низкое давление слева.
Но в приземном слое воздуха, у самого дна воздушного океана, воздушные течения ещё задерживаются и трением о земную поверхность. Благодаря трению этот слой как бы прилипает к Земле, сцепляется с ней. Поэтому отклоняющей силе вращения Земли гораздо труднее изменить направление движения воздуха в приземном слое, чем в верхних слоях. Вот почему ветер у Земли меньше отклоняется вправо, чем ветер наверху, и хотя приближается к направлению изобар, но никогда его не достигает.
Выше, на высоте более 500—1000 метров над земной поверхностью, ветер дует уже не под углом, а прямо вдоль изобар, оставляя низкое давление Н слева, а высокое В справа, если смотреть в ту сторону, куда дует ветер.
Так почти во всей толще атмосферы возникает удивительнее положение, когда воздух под действием силы давления, направленной на север, движется на восток, а под действием силы давления, направленной на восток, движется на юг.
|
