Vindhastighet | |
---|---|
Dimensionera | LT− 1 |
Enheter | |
SI | Fröken |
GHS | cm/s |
Anteckningar | |
Vektor |
Vind är en luftström som rör sig nära jordens yta. På jorden är vinden en ström av luft som huvudsakligen rör sig i horisontell riktning , på andra planeter är det en ström av atmosfäriska gaser som är karakteristiska för dem . I solsystemet observeras de starkaste vindarna på Neptunus och Saturnus . Solvinden är en ström av förtärnade gaser från en stjärna , och planetvinden är en ström av gaser som ansvarar för avgasningen av planetatmosfären till yttre rymden.. Vindar klassificeras i allmänhet efter deras skala , hastighet , typer av krafter som orsakar dem, utbredningslägen och miljöpåverkan .
Först och främst klassificeras vindar efter deras styrka, varaktighet och riktning. Så vindbyar anses vara kortvariga (flera sekunder) och starka luftrörelser. Starka vindar med medel lång varaktighet (cirka 1 minut) kallas squalls . Namn på längre vindar beror på styrka, som vind , storm , storm , orkan , tyfon . Vindens varaktighet varierar också mycket, med vissa åskväder som varar i flera minuter; vinden, beroende på egenskaperna hos lättnaden , nämligen på skillnaden i uppvärmning av dess element, är flera timmar; varaktigheten av globala vindar orsakade av säsongsbetonade temperaturförändringar - monsuner - är flera månader, medan globala vindar orsakade av skillnader i temperatur på olika breddgrader och Corioliskraften - passadvindar - blåser konstant. Monsuner och passadvindar är de vindar som utgör den allmänna och lokala cirkulationen av atmosfären .
Vindar har alltid påverkat den mänskliga civilisationen . De gav upphov till mytologiska idéer, bestämde i viss mån några[ vad? ] historiska aktiviteter, en rad handel , kulturell utveckling och krigföring , tillförde energi till en mängd olika energiproduktionsmekanismer, skapade möjligheter för en rad former av rekreation. Tack vare segelfartyg , som rörde sig på grund av vinden, fick människor möjlighet att resa långa sträckor över hav och oceaner . Varmluftsballonger , också framdrivna av vindens kraft, möjliggjorde flygresor för första gången, och moderna flygplan använder vinden för att öka lyftkraften och spara bränsle . Men vindar är också osäkra: till exempel kan deras gradientfluktuationer orsaka förlust av kontroll över flygplanet; snabba vindar, såväl som de stora vågorna de orsakar på stora vattendrag , leder ofta till förstörelse av konstgjorda strukturer, och i vissa fall ökar vindarna brandens omfattning .
Vindar påverkar också bildandet av lättnad, vilket orsakar ackumulering av eoliska avlagringar som bildar olika typer av jordar . De kan bära sand och damm från öknar över långa avstånd. Vindarna sprider växtfrön och underlättar förflyttning av flygande djur, vilket leder till en utökning av arternas mångfald i det nya territoriet. Vindrelaterade fenomen påverkar djurlivet på en mängd olika sätt .
Vind uppstår som ett resultat av en ojämn fördelning av atmosfärstrycket , den riktas från en högtryckszon till en lågtryckszon. På grund av den kontinuerliga tryckförändringen i tid och rum förändras också vindens hastighet och riktning ständigt. Med höjden ändras vindhastigheten på grund av en minskning av friktionskraften.
Beaufortskalan används för att visuellt uppskatta vindhastigheten . Inom meteorologi indikeras vindens riktning av azimuten för den punkt från vilken vinden blåser, medan den i flygnavigering [1] indikeras av azimuten för den punkt där det blåser; sålunda skiljer sig värdena med 180°. Baserat på resultaten av långtidsobservationer av vindens riktning och styrka, ritas en graf, avbildad i form av en så kallad vindros , som visar vindregimen i ett visst område.
I vissa fall är det inte vindens riktning som är viktig, utan objektets position i förhållande till det. Så när de jagar ett djur med en skarp doft , närmar de sig det från läsidan [2] - för att undvika spridning av lukt från jägaren mot djuret.
Den vertikala rörelsen av luft kallas updraft eller downdraft .
Vinden orsakas av skillnaden i tryck mellan två olika luftområden. Om det finns en barisk gradient som inte är noll , rör sig vinden med acceleration från högtryckszonen till lågtryckszonen. På en planet som roterar läggs Corioliskraften till denna gradient . Sålunda är de viktigaste faktorerna som bildar atmosfärens cirkulation på global skala skillnaden i luftuppvärmning mellan ekvator- och polarområdena (vilket orsakar en skillnad i temperatur och följaktligen tätheten av luftflöden, och därmed skillnaden i tryck ) och Corioliskraften. Som ett resultat av dessa faktorer leder luftens rörelse på de mellersta breddgraderna i den ytnära regionen till bildandet av en geostrofisk vind som riktas nästan parallellt med isobarerna [3] .
En viktig faktor som talar om luftrörelse är dess friktion mot ytan, vilket fördröjer denna rörelse och tvingar [ klara ] luften att röra sig mot lågtryckszoner [4] . Dessutom kan lokala barriärer och lokala yttemperaturgradienter skapa lokala vindar . Skillnaden mellan verklig och geostrofisk vind kallas för ageostrofisk vind. Det är ansvarigt för att skapa kaotiska virvelprocesser som cykloner och anticykloner [5] . Medan ytvindarnas riktning i tropiska och polära områden huvudsakligen bestäms av effekterna av global atmosfärisk cirkulation , som vanligtvis är svag på tempererade breddgrader, ersätter cykloner, tillsammans med anticykloner, varandra och ändrar riktning med några dagars mellanrum.
De flesta områden på jorden domineras av vindar som blåser i en viss riktning. Ostvindar dominerar vanligtvis nära polerna , västliga vindar dominerar på tempererade breddgrader , medan ostvindar återigen dominerar i tropikerna . På gränserna mellan dessa bälten - polarfronten och den subtropiska åsen - finns det lugna zoner där de rådande vindarna praktiskt taget är frånvarande. I dessa zoner är luftrörelsen övervägande vertikal, vilket orsakar zoner med hög luftfuktighet (nära polarfronten) eller öknar (nära den subtropiska åsen) [6] .
Tropiska vindarPassadvindarna kallas för den ytnära delen av Hadley-cellen - de rådande ytnära vindarna som blåser i jordens tropiska regioner i västlig riktning och närmar sig ekvatorn [7] , det vill säga nordostvindar på norra halvklotet och sydostvindar i södra [8] . Passadvindarnas ständiga rörelse leder till blandningen av jordens luftmassor, vilket kan visa sig i mycket stor skala: till exempel kan passadvindarna som blåser över Atlanten transportera damm från de afrikanska öknarna till väst. Indien och vissa regioner i Nordamerika [9] .
Monsuner är de rådande säsongsvindarna som blåser i flera månader varje år i tropiska områden. Termen har sitt ursprung i Brittiska Indien och omgivande länder som namnet på säsongsvindar som blåser från Indiska oceanen och Arabiska havet mot nordost, vilket ger en betydande mängd nederbörd till regionen [10] . Deras rörelse mot polerna orsakas av bildandet av områden med lågt tryck som ett resultat av uppvärmningen av tropiska regioner under sommarmånaderna, det vill säga i Asien, Afrika och Nordamerika från maj till juli, och i Australien i december [ 11] [12] .
Passadvindarna och monsunerna är de viktigaste faktorerna som leder till bildandet av tropiska cykloner över jordens hav [13] .
Tempererade västliga vindarPå tempererade breddgrader, dvs mellan 35 och 65 grader nordlig och sydlig latitud, dominerar västliga vindar [14] [15] , den ytnära delen av Ferrellcellen , dessa är sydvästvindar på norra halvklotet och nordvästliga vindar på södra halvklotet [8] . Det här är de starkaste vindarna på vintern, när trycket vid polerna är som lägst och som svagast på sommaren [16] .
Tillsammans med passadvindarna tillåter de rådande västvindarna segelfartyg att korsa haven. Dessutom, på grund av förstärkningen av dessa vindar nära de västra kusterna av haven på båda halvkloten, bildas starka havsströmmar [17] [18] [19] i dessa områden , som bär varma tropiska vatten mot polerna. De rådande västliga vindarna är generellt starkare på södra halvklotet, där det finns mindre land för att blockera vinden, och är särskilt starka i det " brutande fyrtiotalsbandet " (mellan 40 och 50 grader sydlig latitud) [20] .
Ostvindar i polarområdenaDe östliga vindarna i polarområdena, den ytnära delen av polarcellerna , är övervägande torra vindar som blåser från subpolära högtrycksområden till lågtrycksområden längs polarfronten. Dessa vindar är vanligtvis svagare och mindre regelbundna än västliga vindar på mitten av latituden [21] . På grund av den låga mängden solvärme kyls och sjunker luften i polarområdena, bildar områden med högt tryck och pressar den subpolära luften mot lägre breddgrader [22] . Denna luft, som ett resultat av Corioliskraften , böjs åt väster och bildar nordostliga vindar på norra halvklotet och sydostliga vindar på södra halvklotet.
Lokala effekter av vindbildning uppstår beroende på förekomsten av lokala geografiska objekt. En av dessa effekter är temperaturskillnaden mellan inte särskilt avlägsna områden, som kan orsakas av olika absorptionskoefficienter för solljus eller olika värmekapaciteter på ytan. Den senare effekten är starkast mellan land och vatten och orsakar en bris . En annan viktig lokal faktor är närvaron av berg , som fungerar som en barriär mot vindarna.
Havs- och kontinentala vindarViktiga effekter av bildandet av rådande vindar i kustområden är havet och den kontinentala brisen. Havet (eller annan stor vattenmassa) värms upp långsammare än land på grund av vattnets större effektiva värmekapacitet [23] . Varm (och därför lätt) luft över marken stiger och bildar en zon med lågt tryck. Resultatet är en tryckskillnad mellan land och hav, vanligtvis runt 0,002 atm. Som ett resultat av denna tryckskillnad rör sig kall luft över havet mot land, vilket skapar en sval havsbris vid kusten. I frånvaro av starka vindar är havsbrisens hastighet proportionell mot temperaturskillnaden. I närvaro av vind från land med en hastighet på mer än 4 m/s bildas vanligtvis ingen havsbris.
På natten, på grund av den lägre värmekapaciteten, kyls marken snabbare än havet, och havsbrisen stannar. När temperaturen på landet sjunker under temperaturen på reservoarens yta uppstår ett omvänt tryckfall, vilket orsakar (i avsaknad av en stark vind från havet) en kontinental bris som blåser från land till havet [24] .
Bergs inflytandeBerg har ett mycket varierande inflytande på vinden, de orsakar antingen vindbildning eller fungerar som en barriär för dess passage. Ovanför kullarna värms luften upp starkare än luften på samma höjd över låglandet; detta skapar lågtryckszoner över bergen [25] [26] och leder till vindbildning. Denna effekt leder ofta till bildandet av bergsdalvindar - de rådande vindarna i områden med oländig terräng. En ökning av friktion nära dalarnas yta leder till avvikelsen av vinden som blåser parallellt med dalen från ytan till höjden av de omgivande bergen, vilket leder till bildandet av en jetström på hög höjd . Jetströmmen på hög höjd kan överstiga den omgivande vinden i hastighet med upp till 45 % [27] . Att förbi berg kan också ändra vindens riktning [28] .
Skillnaden i höjden på bergen påverkar avsevärt vindens rörelse. Så om det finns ett pass i bergskedjan som vinden övervinner, passerar vinden det med ökad hastighet som ett resultat av Bernoulli-effekten . Även små höjdskillnader orsakar fluktuationer i vindhastigheten. Som ett resultat av en betydande gradient i rörelsehastigheten blir luften turbulent och förblir så på ett visst avstånd även på slätten bakom berget. Sådana effekter är viktiga för till exempel flygplan som startar eller landar på bergsflygfält [28] . De snabba, kalla vindarna som blåser genom bergspassen har fått en mängd lokala namn. I Centralamerika är dessa papagayo nära Nicaraguasjön, den panamanska vinden på Panamanäset och tehuano på Tehuantepecs näs . Liknande vindar i Europa är kända som bora , tramontana och mistral .
En annan effekt associerad med vindens passage över berg är lävågor ( stående vågor av luftrörelser som uppstår bakom ett högt berg), som ofta leder till bildandet av linsformiga moln . Som ett resultat av detta och andra effekter av vindens passage genom hinder, uppstår många vertikala strömmar och virvlar över ojämn terräng. Dessutom faller kraftig nederbörd på bergens sluttningar i lovart, på grund av den adiabatiska kylningen av luften som stiger upp och kondensationen av fukt i den. På läsidan, tvärtom, blir luften torr, vilket orsakar bildandet av en regnig skymning. Som ett resultat, i områden där de rådande vindarna övervinner bergen, dominerar ett fuktigt klimat på lovartsidan och torrt på läsidan [29] . Vindarna som blåser från bergen till de lägre regionerna kallas medvind. Dessa vindar är varma och torra. De har också många lokala namn. Således, de fallande vindarna som går ner från Alperna i Europa, känd som föhn , denna term utvidgas ibland till andra områden. Nedåtgående vindar är kända som halny i Polen och Slovakien, sonder i Argentina , koembang på Java och Nor'west arch i Nya Zeeland [30] . På Great Plains i USA är de kända som Chinook , och i Kalifornien är de kända som Santa Ana och Sundowner. Medvindshastigheten kan överstiga 45 m/s [31] .
Kortsiktiga processer leder också till att vindar bildas, som till skillnad från de rådande vindarna inte är regelbundna, utan uppstår kaotiskt, ofta under en viss årstid. Sådana processer är bildandet av cykloner , anticykloner och liknande fenomen i mindre skala, i synnerhet åskväder .
Cykloner och anticykloner är områden med lågt respektive högt atmosfärstryck, vanligtvis de som uppstår över ett utrymme som är större än några kilometer. På jorden bildas de över större delen av ytan och kännetecknas av sin typiska cirkulationsstruktur. På grund av påverkan av Coriolis-kraften på norra halvklotet, roterar luftrörelsen runt cyklonen moturs och runt anticyklonen - medurs. På södra halvklotet är rörelseriktningen omvänd. I närvaro av friktion på ytan uppträder en rörelsekomponent mot mitten eller bort från mitten, som ett resultat av att luften rör sig i en spiral mot området med lågt tryck eller från området med högt tryck .
Extratropisk cyklonCykloner som bildas utanför tropikerna kallas extratroper. Av de två typerna av storskaliga cykloner är de de större (klassade som synoptiska cykloner), de vanligaste och förekommer över större delen av jordens yta. Det är denna klass av cykloner som är mest ansvarig för dagliga väderförändringar, och deras förutsägelse är huvudmålet för moderna väderprognoser.
Enligt den klassiska (eller norska) modellen av Bergensskolan bildas extratropiska cykloner huvudsakligen nära polarfronten i områden med särskilt stark jetström på hög höjd och får energi på grund av en betydande temperaturgradient i detta område. Under bildandet av en cyklon bryter den stationära atmosfäriska fronten upp i delar av varma och kalla fronter som rör sig mot varandra med bildandet av en ocklusionsfront och cyklonens virvlande. En liknande bild uppstår också i den senare Shapiro-Keizer-modellen baserad på observation av oceaniska cykloner, med undantag för den långa rörelsen av varmfronten vinkelrätt mot den kalla utan bildandet av en ocklusionsfront.
Efter att en cyklon bildats varar den vanligtvis i flera dagar. Under denna tid lyckas den avancera över en sträcka på flera hundra till flera tusen kilometer, vilket orsakar skarpa förändringar i vindar och nederbörd i vissa delar av dess struktur.
Även om stora extratropiska cykloner vanligtvis förknippas med fronter, kan mindre cykloner bildas inom en relativt homogen luftmassa . Ett typiskt exempel är cykloner som bildas i polära luftströmmar i början av bildandet av en frontal cyklon. Dessa små cykloner kallas polarcykloner och förekommer ofta över havens polarområden. Andra små cykloner uppstår på läsidan av berg under påverkan av västliga vindar på tempererade breddgrader [32] .
Tropiska cyklonerCykloner som bildas i den tropiska zonen är något mindre än extratropiska (de klassificeras som mesocykloner) och har en annan ursprungsmekanism. Dessa cykloner drivs av uppströmningen av varm, fuktig luft och kan existera uteslutande över varma delar av haven, vilket är anledningen till att de kallas varmkärncykloner (i motsats till extratropiska cykloner med kall kärna). Tropiska cykloner kännetecknas av mycket starka vindar och betydande nederbörd. De utvecklas och får styrka över vattenytan, men förlorar den snabbt över land, varför deras destruktiva effekt vanligtvis bara visar sig vid kusten (upp till 40 km inåt landet).
För bildandet av en tropisk cyklon krävs en del av en mycket varm vattenyta, vars uppvärmning av luften ovanför leder till en minskning av atmosfärstrycket med minst 2,5 mm Hg. Konst. Fuktig varm luft stiger upp, men på grund av dess adiabatiska kylning kondenserar en betydande mängd kvarhållen fukt på höga höjder och faller som regn. Torkare och därför tätare luft, precis befriad från fukt, sjunker ner och bildar zoner med högt tryck runt cyklonens kärna. Denna process har en positiv återkoppling , varvid, så länge som cyklonen är ovanför en ganska varm vattenyta, som stöder konvektion , fortsätter den att intensifieras. Även om tropiska cykloner oftast bildas i tropikerna, ibland utvecklas andra typer av cykloner sent i sin existens som tropiska cykloner, vilket inträffar med subtropiska cykloner .
AnticyklonerTill skillnad från cykloner är anticykloner vanligtvis större än cykloner och kännetecknas av låg meteorologisk aktivitet och svaga vindar. Oftast bildas anticykloner i zoner med kall luft bakom en passerande cyklon. Sådana anticykloner kallas kalla, men när de växer så sjunker luft från högre skikt av atmosfären (2-5 km) till cyklonen, vilket leder till att temperaturen ökar och en varm anticyklon bildas. Anticykloner rör sig ganska långsamt, ofta samlas i anticyklonbandet nära den subtropiska åsen , även om många av dem stannar kvar i zonen för västliga vindar på tempererade breddgrader. Sådana anticykloner fördröjer vanligtvis vindar och kallas därför blockerande anticykloner [32] .
Vindriktning i meteorologi definieras som den riktning som vinden blåser från [34] , medan det i flygnavigering [1] är där det blåser: alltså skiljer sig värdena med 180°. Det enklaste instrumentet för att fastställa vindriktning är en väderflöjel [35] . Vindstrumpor installerade på flygplatser kan, förutom riktning, ungefär visa vindhastigheten beroende på vilken lutning på enheten ändras [36] .
Typiska instrument designade direkt för att mäta vindhastighet är en mängd olika vindmätare som använder skålar eller propellrar som kan rotera. För mätningar med större noggrannhet, i synnerhet för vetenskaplig forskning, används mätningar av ljudhastigheten eller mätningar av kylhastigheten för en uppvärmd tråd eller membran under inverkan av vind [37] . En annan vanlig typ av vindmätare är pitotröret : det mäter skillnaden i dynamiskt tryck mellan två koncentriska rör under inverkan av vinden; används i stor utsträckning inom flygteknik [38] .
Vindhastigheten vid meteorologiska stationer i de flesta länder i världen mäts vanligtvis på en höjd av 10 m och i genomsnitt över 10 minuter. Undantagen är USA , där snitthastigheten mäts över 1 minut [39] , och Indien , där medelvärdet är över 3 minuter [40] . Genomsnittsperioden är viktig eftersom till exempel en konstant vindhastighet mätt över 1 minut typiskt sett är 14 % högre än den som mäts under 10 minuter [41] . Korta perioder av snabb vind undersöks separat, och perioder då vindhastigheten överstiger 10-minuters medelhastighet med minst 10 knop (5,14 m/s) kallas vindbyar. En storm är en fördubbling av vindhastigheten över en viss tröskel som varar en minut eller mer.
För att studera vindhastigheten på många punkter används sonder, medan hastigheten bestäms med GLONASS eller GPS , radionavigering eller spårning av sonden med radar [42] eller teodolit [43] . Dessutom kan sodar , dopplerlidar och radar användas, som kan mäta dopplerförskjutningen av elektromagnetisk strålning som reflekteras eller sprids av aerosolpartiklar eller till och med luftmolekyler. Dessutom används radiometrar och radar för att mäta vattenytans grovhet, vilket är en bra reflektion av den ytnära vindhastigheten över havet. Genom att fotografera molnens rörelse från geostationära satelliter är det möjligt att fastställa vindhastigheten på höga höjder.
Vindatlaser och diagram är ett typiskt sätt att presentera vinddata. Dessa atlaser sammanställs vanligtvis för klimatologiska studier och kan innehålla information om både medelhastigheten och den relativa frekvensen av vindarna för varje hastighet i en region. Vanligtvis innehåller en atlas timmedelvärden av data mätt på en höjd av 10 m och medelvärde över årtionden. Andra vindkarteringsstandarder används för individuella behov. Så för behoven av vindenergi utförs mätningar på en höjd av mer än 10 m, vanligtvis 30-100 m, och data ges i form av en genomsnittlig specifik effekt av vindflödet.
Den högsta vindbyen på jorden (vid en standardhöjd av 10 m) registrerades av en automatisk väderstation på den australiensiska ön Barrow under cyklonen Olivia den 10 april 1996 . Det var 113 m/s (408 km/h) [44] . Den näst högsta vindbyhastigheten är 103 m/s (371 km/h). Den spelades in den 12 april 1934 vid Mount Washington Observatory i New Hampshire [45] [46] . De snabbaste konstanta vindarna blåser över Samväldshavet - 320 km/ h . Hastigheter kan vara höga under händelser som tornados, men de är svåra att mäta exakt och tillförlitliga data finns inte för dem. För att klassificera tornados och tornados efter vindhastighet och destruktiv kraft används Fujita-skalan . Rekordet för vindhastighet på platt terräng registrerades den 8 mars 1972 vid US Air Force Base i Tula , Grönland - 333 km/h. De starkaste vindarna som blåste med konstant hastighet observerades på Adélie land, Antarktis. Hastighet - cirka 87 m/s. Den registrerades av den vitryska polarforskaren Aleksey Gaydashov .
Vindgradienten är skillnaden i vindhastighet i liten skala, oftast i riktningen vinkelrät mot dess rörelse [47] . Vindgradienten är uppdelad i vertikala och horisontella komponenter, av vilka den horisontella har märkbart icke-nollvärden längs de atmosfäriska fronterna och nära kusten [48] , och den vertikala i gränsskiktet nära jordytan [49 ] , även om zoner med en betydande vindgradient i olika riktningar också förekommer i höga lager av atmosfären längs strömflöden på hög höjd [50] . Vindgradienten är ett mikrometeorologiskt fenomen som bara är signifikant över korta avstånd, men det kan associeras med meso- och synoptiska meteorologiska väderfenomen som svalllinjer eller atmosfäriska fronter. Betydande vindgradienter observeras ofta nära åskväder -inducerade mikroskurar [51] , i områden med starka lokala ytvindar - lågnivåjetstrålar, nära berg [52] , byggnader [53] , vindkraftverk [54] och fartyg [55] .
Vindgradienten har en betydande inverkan på flygplanets landning och start: å ena sidan kan den bidra till att minska flygplanets startsträcka, och å andra sidan komplicerar den kontrollen över flygplanet [56] . Vindgradienten är orsaken till ett betydande antal flygplansolyckor [51] .
Vindgradienten påverkar även utbredningen av ljudvågor i luften, som kan studsa mot atmosfäriska fronter och nå platser de annars inte skulle nå (eller vice versa) [57] . Starka vindgradienter förhindrar utvecklingen av tropiska cykloner [58] men ökar varaktigheten av individuella åskväder [59] . En speciell form av vindgradienten – termisk vind – leder till bildandet av jetströmmar på hög höjd [60] .
Eftersom vindens inverkan på en person beror på luftflödets hastighet, var denna egenskap grunden för de första vindklassificeringarna. Den vanligaste av dessa klassificeringar är Beaufort Wind Scale, som är en empirisk beskrivning av vindstyrka som en funktion av observerade havsförhållanden. Först hade skalan 13 nivåer, men från och med 1940 -talet utökades den till 18 nivåer [61] . För att beskriva varje nivå använde denna skala ursprungligen vardagliga engelska termer som bris, storm, storm, orkan [62] , som också ersattes av vardagliga termer från andra språk, som "lugn", "storm" och "orkan" i ryska. På Beaufortskalan motsvarar således en storm en vindhastighet (i genomsnitt över 10 minuter och avrundat till ett heltal av knop) från 41 till 63 knop (20,8-32,7 m/s), medan detta område är uppdelat i tre underkategorier använder adjektiv "stark" och "våldsam".
Tropisk cyklonterminologi har inte en universellt accepterad skala och varierar beroende på region. Ett gemensamt drag är dock användningen av den maximala konstanta vinden, det vill säga medelvindhastigheten under en viss tidsperiod, för att klassificera vinden i en viss kategori. Följande är en sammanfattning av sådana klassificeringar som används av olika regionala specialiserade meteorologiska centra och andra varningscentra för tropisk cyklon:
Klassificering av vindar efter styrka | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Allmän | Tropiska cykloner | ||||||||
Beaufort skala [61] | Hastighet i knop (genomsnitt över 10 minuter, avrundat till närmaste heltal) | Vanligt namn [63] | Sev. Indiska oceanen IMD |
SW Indiska oceanen MF |
Australien BOM |
SW Stilla havet FMS |
NW Stilla havet JMA |
NW Stilla havet JTWC |
N-E Quiet och Sev. Atlanten NHC och CPHC |
0 | <1 | Lugna | Depression | Tropiska oroligheter | Tropisk rutschbana | tropisk depression | tropisk depression | tropisk depression | tropisk depression |
ett | 1-3 | Tyst | |||||||
2 | 4-6 | Ljus | |||||||
3 | 7-10 | Svag | |||||||
fyra | 11-16 | Måttlig | |||||||
5 | 17-21 | Färsk | |||||||
6 | 22-27 | Stark | |||||||
7 | 28-29 | Stark | djup depression | tropisk depression | |||||
30-33 | |||||||||
åtta | 34-40 | Väldigt stark | cyklonstorm | Måttlig tropisk storm | Tropisk cyklon (1) | Tropisk cyklon (1) | tropisk storm | tropisk storm | tropisk storm |
9 | 41-47 | Storm | |||||||
tio | 48-55 | Kraftig storm | Svår tropisk storm | Svår tropisk storm | Tropisk cyklon (2) | Tropisk cyklon (2) | Svår tropisk storm | ||
elva | 56-63 | Våldsam storm | |||||||
12 | 64-72 | Orkan | Mycket våldsam cyklonstorm | tropisk cyklon | Svår tropisk cyklon (3) | Svår tropisk cyklon (3) | Tyfon | Tyfon | Orkan (1) |
13 | 73-85 | Orkan (2) | |||||||
fjorton | 86-89 | Svår tropisk cyklon (4) | Svår tropisk cyklon (4) | Stark orkan (3) | |||||
femton | 90-99 | Intensiv tropisk cyklon | |||||||
16 | 100-106 | Stark orkan (4) | |||||||
17 | 107-114 | Svår tropisk cyklon (5) | Svår tropisk cyklon (5) | ||||||
115-119 | Mycket intensiv tropisk cyklon | Super tyfon | |||||||
>120 | Supercyklonstorm | Stark orkan (5) |
För att indikera vindar på väderkartor används oftast stationsmodellen , där vindens riktning och hastighet anges i form av pilar. Vindhastigheten i denna modell indikeras av "flaggor" i slutet av pilen:
Riktningen från vilken vinden blåser bestäms av den riktning pilen pekar. Således kommer den nordostliga vinden att indikeras av en linje som sträcker sig från den centrala cirkeln i nordostlig riktning, och flaggorna som anger hastigheten kommer att vara i den nordöstra änden av linjen [65] . Efter att ha avbildat vinden på en karta utförs ofta en analys av isotahs ( isohypser som förbinder punkter med samma hastighet). Till exempel är isotacher plottade på höjder med tryck upp till 0,3 atm användbara för att hitta jetströmmar på hög höjd [66] .
Vinden påverkar aktivt klimatbildningen och orsakar ett antal geologiska processer. Således, i områden med torrt klimat är vinden den främsta orsaken till erosion [67] , den klarar av att transportera stora mängder damm och sand och avsätta dem i nya områden [68] . De rådande vindarna som blåser över haven orsakar havsströmmar som påverkar klimatet i omgivande områden. Vinden är också en viktig faktor i överföringen av frön, sporer, pollen, och spelar en viktig roll i spridningen av växter.
I vissa fall kan vind vara orsaken till erosion, som yttrar sig främst som ett resultat av två processer.
Den första, känd som deflation , är processen att blåsa ut små partiklar och transportera dem till andra områden. Områden där denna process är intensiv kallas deflationszoner. Ytan i sådana områden, som upptar ungefär hälften av ytan av alla jordens öknar, den så kallade "ökenbeläggningen", består av hårda stenar och stenfragment som vinden inte kan flytta.
Den andra processen, känd som nötning , är processen med nötande förstörelse av stenar. Nötning beror främst på saltning av berget med medelstora fasta ämnen och leder till bildandet av strukturer som yardangs och ventifakter.
Vinderosion sker mest effektivt i områden med lite eller ingen vegetation, oftast beror denna brist på vegetation på det torra klimatet i dessa områden. Dessutom, i frånvaro av vatten, vilket vanligtvis är en mer effektiv erosionsfaktor, blir vinderosion mer märkbar.
I mitten av sommaren, det vill säga i juli på norra halvklotet, flyttas passadvindarna märkbart närmare polerna och täcker områden med subtropiska öknar som Sahara . Som ett resultat, på den södra gränsen av den subtropiska åsen , där vädret är torrt, sker en aktiv transport av damm i västlig riktning. Damm från Sahara under denna säsong kan nå sydöstra Nordamerika, vilket kan ses i förändringen av himlens färg till vitaktig och i den röda solen på morgonen. Detta är särskilt uttalat i Florida , där mer än hälften av dammet som når USA deponeras [69] . Mängden damm som vinden bär med sig varierar mycket från år till år, men generellt har den ökat sedan 1970 på grund av den ökade frekvensen och varaktigheten av torka i Afrika [70] . Ett stort antal dammpartiklar i luften påverkar generellt dess kvalitet negativt [71] och är associerat med försvinnandet av korallrev i Karibiska havet [72] . Liknande processer för dammöverföring sker från andra öknar och i andra riktningar. På grund av verkan av de västliga vindarna i den tempererade zonen på vintern kan alltså damm från Gobiöknen , tillsammans med en stor mängd föroreningar, korsa Stilla havet och nå Nordamerika [68] .
Många av vindarna i samband med transport av damm från öknar har lokala namn. Så, kalima - nordostvindar som bär damm till Kanarieöarna [73] . Harmatan transporterar damm på vintern till Guineabukten [74] . Sirocco bär damm från Nordafrika till södra Europa som ett resultat av rörelsen av extratropiska cykloner genom Medelhavet [75] . Vårstormar som bär damm över de egyptiska och arabiska halvöarna är kända som khamsin [76] . Shamal , orsakad av passage av kalla fronter, blåser nära Persiska viken [77] .
Avsättningen av material med vind leder till bildandet av sandskivor och bildandet av landformer som sanddyner . Sanddyner är ganska vanliga längs kusten och inom sandskivor i öknar [78] , där de är kända som dyner .
Ett annat exempel är avsättningen av löss , en enhetlig, vanligtvis oskiktad, porös, spröd, gulaktig sedimentär bergart [79] som består av de minsta vindblåsta partiklarna, silt. Vanligtvis deponeras löss över ett område på hundratals kvadratkilometer [80] . I Europa och Amerika är lössskiktets tjocklek vanligtvis 20–30 m, på Lössplatån i Kina når det upp till 335 m . Den är dock mycket instabil geologiskt och är mycket lätt eroderad, varför den ofta kräver skyddande befästningar [67] .
Vinden ger anemochory , en av de vanligaste metoderna för spridning av frön. Spridningen av frön med vinden kan ta två former: frön kan flyta i rörlig luft, eller så kan de lätt lyftas från jordens yta [82] . Ett klassiskt exempel på en vindspridd växt är maskrosen (Taraxacum), som har en fluffig pappus fäst vid fröet , tack vare vilken fröna svävar länge i luften och sprider sig över långa avstånd. Ett annat välkänt exempel är lönn (Acer), vars "vingade" frön kan flyga vissa sträckor innan de faller. En viktig begränsning av anemochory är behovet av att bilda ett stort antal frön för att säkerställa en hög sannolikhet att komma till en plats som är bekväm för groning, som ett resultat av vilket det finns starka evolutionära begränsningar för utvecklingen av denna process. Till exempel är Asteraceae, som maskrosen tillhör, mindre kapabla till anemochory på öarna på grund av sin större frömassa och mindre pappus än sina kontinentala släktingar [83] . Många arter av gräs och ruderal växter förlitar sig på anemochory . En annan förökningsmekanism använder tumbleweed : vinden sprider sina frön tillsammans med hela plantan. Processen som är förknippad med anemokori är anemofili , processen att sprida pollen av vinden. På så sätt pollineras ett stort antal växtarter, särskilt vid hög täthet av växter av en art i ett visst område [84] .
Vinden kan också begränsa tillväxten av träd. På grund av starka vindar vid kusten och på enskilda kullar är skogsgränsen mycket lägre än vid lugna höjder i djupet av bergssystem. Starka vindar främjar effektivt jorderosion [85] och skadar skott och unga grenar, medan starkare vindar till och med kan fälla hela träd. Denna process sker mer effektivt på lovartsidan av bergen och påverkar främst gamla och stora träd [86] .
Vind kan också skada växter på grund av nötning av sand och andra fasta partiklar. På grund av den samtidiga skadan på ett stort antal celler på ytan förlorar växten mycket fukt, vilket är särskilt allvarligt under torrperioden. Växter kan dock delvis anpassa sig till nötning genom att öka rottillväxten och undertrycka tillväxten av övre delar [87] .
Vinden är en viktig faktor som påverkar spridningen av naturliga bränder, vilket påverkar både transporten av brinnande material och minskningen av luftfuktigheten. Båda effekterna, om de är aktiva under dagen, ökar pyrningshastigheten upp till 5 gånger [88] . På grund av överföringen av brinnande material och varm luft spred sig bränder snabbt i vindens riktning [89] .
En av effekterna av vind på djur är effekten på temperaturen, i synnerhet en ökad sårbarhet för kyla. Kor och får kan frysa i en kombination av vind och låga temperaturer, eftersom vindhastigheter på mer än 10 m/s gör deras pälsar ineffektiva för att hålla kylan ute [90] . Pingviner är generellt sett väl anpassade till låga temperaturer tack vare sina lager av späck och fjädrar, men i hårda vindar tål deras fenor och ben inte kylan. Många arter av pingviner har anpassat sig till sådana förhållanden genom att krama varandra [91] .
Flygande insekter klarar ofta inte av att bekämpa vinden och transporteras därför lätt från sina vanliga livsmiljöer [92] , och vissa arter använder vinden för massvandringar. Fåglar kan bekämpa vinden, men använder den också under flyttningen för att minska energikostnaderna [93] . Många stora fåglar använder också motvind för att få den nödvändiga flyghastigheten och lyfta från marken eller vattnet.
Många andra djur kan på ett eller annat sätt använda vinden för sina behov eller anpassa sig till den. Till exempel lagrar pikas torrt gräs för vintern, som de skyddar från vindblåsta stenar [94] . Kackerlackor kan känna den minsta förändring i vinden som ett resultat av ett rovdjurs närmande, till exempel en padda, och reagerar för att undvika en attack. Deras cerci är mycket känsliga för vind och hjälper dem att hålla sig vid liv i genomsnitt halva tiden [95] . Kronhjorten , som har ett starkt luktsinne , kan känna av rovdjur på lovartsidan på ett avstånd av upp till 800 m [96] . En ökning av vindhastigheten till värden på mer än 4 m/s ger den stora ismåsen en signal om att öka aktiviteten i jakten på föda och försök att fånga sillgrissslorägg [97] .
En av de vanligaste användningsområdena för vinden var och är fortfarande att driva fram segelfartyg . I allmänhet är alla typer av segelfartyg ganska lika, nästan alla (med undantag för roterande sådana som använder Magnus-effekten ) har minst en mast för att hålla segel, rigg och en köl [98] . Men segelfartyg är inte särskilt snabba, att resa över haven tar flera månader [99] , och det vanliga problemet är att komma in i ett lugn under en lång period [100] eller att driva ur kurs på grund av en storm eller vind från ett obekvämt håll [101] . Traditionellt sett var det på grund av resornas längd och eventuella förseningar ett viktigt problem att förse fartyget med mat och dricksvatten [102] . En av de moderna riktningarna i utvecklingen av fartygs rörelse med hjälp av vinden är användningen av stora drakar [103] .
Även om moderna flygplan använder sin egen kraftkälla, påverkar starka vindar deras hastighet [104] . När det gäller lätta och icke-drivna flygplan spelar vinden en stor roll vid rörelse och manövrering [105] . Vindriktningen är vanligtvis viktig vid start och landning av fastvingade flygplan, varför banorna är utformade för att ta hänsyn till riktningen för de rådande vindarna . Även om det ibland är acceptabelt att lyfta i vinden, rekommenderas det vanligtvis inte av effektivitets- och säkerhetsskäl, och det anses alltid vara bäst att lyfta och landa i vinden. En medvind ökar nödvändiga start- och bromssträckor och minskar start- och landningsvinkeln, vilket kan göra banlängder och hinder bakom dem till en begränsande faktor [106] . Till skillnad från fordon som är tyngre än luften är ballonger mycket större och därför mycket mer beroende av vindens rörelse, med i bästa fall en begränsad förmåga att röra sig i förhållande till luften.
De första som använde vinden som energikälla var singaleserna , som bodde nära staden Anuradhapura och i några andra områden på Sri Lanka . Redan omkring 300 f.Kr. e. de använde monsunvindarna för att tända sina kaminer [107] . Det första omnämnandet av användningen av vind för att utföra mekaniskt arbete återfinns i arbetet av Heron , som på 1:a århundradet e.Kr. e. designade en primitiv väderkvarn som levererade energi till orgeln [108] . De första riktiga väderkvarnarna dök upp runt 700-talet i Sistan -regionen på gränsen mellan Iran och Afghanistan . Dessa var anordningar med en vertikal axel [109] och med 6-12 blad; de användes för att tröska spannmål och pumpa vatten [110] . De nu välbekanta horisontella väderkvarnarna började användas för att tröska spannmål i nordöstra Europa från 1180-talet.
Modern vindenergi fokuserar främst på att generera elektricitet, även om ett litet antal väderkvarnar konstruerade direkt för att utföra mekaniskt arbete fortfarande existerar. Från och med 2009 genererade vindenergi 340 TWh energi, eller cirka 2 % av dess globala förbrukning [111] . Tack vare betydande statliga subventioner i många länder ökar detta antal snabbt. I flera länder utgör vindenergi redan en ganska betydande andel av hela elindustrin, inklusive 20 % i Danmark och 14 % vardera i Portugal och Spanien [112] . Alla kommersiella vindkraftverk som används idag är byggda i form av marktorn med en horisontell axel av generatorn. Men eftersom vindhastigheten ökar markant med höjden finns det en tendens att torn blir högre, och metoder utvecklas för att generera kraft med hjälp av mobila generatorer monterade på stora drakar [113] [114] .
Vinden spelar en viktig roll i många populära sporter och fritidsaktiviteter som hängflygning , skärmflygning , luftballongflygning , drakflygning , snowkiting , kitesurfing , segling och vindsurfing . Vid glidning påverkar vindens gradient över ytan avsevärt start och landning av ett segelflygplan. Om lutningen är mycket stor måste piloten hela tiden justera flygkroppens anfallsvinkel för att undvika plötsliga förändringar i lyft och förlust av flygplanets stabilitet [115] [116] . Å andra sidan använder segelflygare ofta vindgradienten på hög höjd för att generera energi för flygning genom dynamisk svävning [117] .
Starka vindar kan orsaka betydande skador, vars mängd beror på vindhastigheten. Enskilda vindbyar kan skada dåligt designade hängbroar, och om vindbyarnas frekvens sammanfaller med brons naturliga frekvens kan bron lätt förstöras, som hände med Tacoma-Narrows-bron 1940 [118] . Redan vindar med en hastighet på 12 m/s kan skada kraftledningar på grund av att trasiga trädgrenar faller på dem [119] . Även om inget träd är tillräckligt starkt för att motstå stormvindar, är träd med grunda rötter mycket lättare att dra upp ur marken, och spröda träd, som eukalyptus eller hibiskus , går sönder lättare [120] . Orkanvindar, det vill säga hastigheter över 35 m/s, orsakar betydande skador på ljusa och ibland även huvudbyggnader, slår sönder fönster och skalar bort färg från bilar [31] . Vindar med en hastighet på över 70 m/s kan redan förstöra nästan vilken byggnad som helst, och det finns nästan inga byggnader som klarar vindar på över 90 m/s. Således är vissa vindhastighetsskalor, i synnerhet Saffir-Simpson-skalan , utformade för att bedöma möjliga förluster från orkaner [121] [122] .
Det finns olika typer av starka destruktiva vindar, som skiljer sig åt i styrka och egenskaper hos atmosfäriska störningar: tropiska cykloner ( tyfoner och orkaner ), extratropiska orkaner (vinterstormar och snöstormar ), stormar av monsuntyp , tornados och åskväder . Olika starka lokala vindar urskiljs också , vars namn varierar från land till land (till exempel bora , chinuk , föhn , etc.). För att förhindra offer från sådana vindar är prognoser för meteorologiska tjänster av största vikt för att varna myndigheter, allmänhet och organisationer (särskilt transporter och byggande). Årstiden när sådana starka vindar uppstår är vanligtvis känd, men deras förekomst och bana är mycket svårare att bestämma, eftersom det är nödvändigt att vänta på deras utveckling. För att skydda byggnader och strukturer från starka vindar bör konstruktionsnormer och standarder följas under konstruktionen. Människor i byggnader kan ta skydd från stormvindar som hotar att förstöra byggnaden i källaren eller i ett säkert fönsterlöst rum i mitten av byggnaden, om möjligt [123] .
I många kulturer har vinden personifierats som en eller flera gudar, getts övernaturliga krafter eller tillskrivits orsakerna till orelaterade händelser. Således vördades den aztekiske vindguden Ehecatl som en av skapargudarna [124] . Den hinduiska vindguden Vayu spelar en viktig roll i upanishadisk mytologi , där han är far till Bhima och andlig far till Hanuman [125] [126] . Vindens främsta gudar i den antika grekiska mytologin var Boreas , Not , Eurus och Zephyr , som motsvarade nord-, syd-, ost- och västvindarna [126] , även associerad med vinden var Aeolus , som dominerade dem. Grekerna hade också namn för vindar i mellanriktningar, såväl som för säsongsvindar, som i synnerhet avbildades på Vindarnas torn i Aten [126] . Den japanska vindguden Fujin är en av de äldsta gudarna i shintotraditionen . Enligt legenden fanns han redan vid tiden för världens skapelse och släppte vindarna ur sin väska för att rena världen från mörkret [127] . I skandinavisk mytologi var Njord [126] vindens gud och tillsammans med honom fanns fyra tomtar: Nordri, Sudri, Austri och Vestri , motsvarande individuella vindar [128] . I slavisk mytologi var vindens, himlens och luftens gud Stribog , farfadern och härskaren över de åtta vindarna som motsvarar de åtta huvudriktningarna [126] .
I många kulturer ansågs vinden också vara ett av flera element, i denna mening identifierades den ofta med luft. Det är närvarande i många folks folklore , i litteratur och andra former av konst. Den spelar olika roller och symboliserar ofta vilja, otyglighet eller förändring. Vinden ansågs också ibland vara orsaken till sjukdomar.
I Japan ansågs kamikaze - "gudomlig vind" - vara en gåva från gudarna. Så här hette de två tyfonerna som räddade Japan från den mongoliska invasionen 1274 och 1281 . [129] . Två andra anmärkningsvärda stormar kallas gemensamt för "protestantisk vind". En av dem försenade och skadade avsevärt fartygen från den spanska " Invincible Armada " under attacken mot England 1588 , vilket ledde till armadans nederlag och etablerandet av engelsk överhöghet till sjöss [130] . En annan hindrade engelska fartyg från att lämna hamnarna 1688 , vilket hjälpte Vilhelm av Orange att landa i England och erövra det [131] . Under det egyptiska Napoleons fälttåg led de franska soldaterna mycket av dammstormar som ökenvinden khamsin kom med : om lokalbefolkningen hade tid att gömma sig kvävdes fransmännen, ovana vid dessa vindar, i dammet [132] . Khamsin stoppade också strider flera gånger under andra världskriget , då sikten reducerades till nästan noll, och elektriska urladdningar gjorde kompasser oanvändbara [133] .
Solvinden är inte luftens rörelse , utan av mycket sällsynt plasma som kastas ut från solens atmosfär (eller en annan stjärna) med en medelhastighet på cirka 400 km/s (från 300 till 800 km/s i olika delar). Den består till övervägande del av enstaka elektroner och protoner med medelenergier runt 1 k eV . Dessa partiklar lyckas övervinna solens gravitationsfält på grund av koronans höga temperatur [134] och andra, inte helt förstådda processer som ger dem ytterligare energi. Solvinden bildar heliosfären , en enorm fläck av interstellärt utrymme runt solsystemet [135] . Endast planeter med ett betydande magnetfält, i synnerhet jorden , kan förhindra att solvinden tränger in i atmosfärens övre skikt och till planetens yta [136] . Vid särskilt kraftiga flammor kan solvinden övervinna jordens magnetfält och tränga in i atmosfärens övre skikt och orsaka magnetiska stormar [137] och norrsken [138] . Det är tack vare solvinden som kometernas svansar alltid riktas bort från solen [139] .
Rörelsen av gaser i planetens övre atmosfär tillåter atomer av lätta kemiska element, främst väte , att nå exosfären , en zon där det finns tillräckligt med termisk rörelse för att nå flykthastighet och lämna planeten utan interaktion med andra gaspartiklar. Denna typ av planetarisk förlust av atmosfär är känd som planetvinden , analogt med solvinden [140] . Över geologisk tid kan denna process orsaka omvandling av vattenrika planeter som Jorden till vattenfattiga som Venus , eller till och med leda till förlust av hela eller delar av atmosfären [141] . Planeter med heta lägre atmosfärer har fuktigare övre atmosfärer och förlorar väte snabbare [136] .
Starka konstanta vindar i den övre atmosfären på Venus med en hastighet av cirka 83 m/s flyger runt hela planeten på 4-5 jorddagar [142] . När solen värmer upp de polära områdena på Mars sublimeras den frusna koldioxiden och vindar bildas som blåser från polerna med hastigheter upp till 111 m/s. De bär en betydande mängd damm och vattenånga [143] . Det finns andra starka vindar på Mars, i synnerhet dammjäklar [144] [145] . På Jupiter når vindhastigheterna i jetströmmar på hög höjd ofta 100 m/s [146] och 170 m/s i den stora röda fläcken och andra virvlar [147] . Några av de snabbaste vindarna i solsystemet blåser på Saturnus , den högsta hastigheten för ostvinden, registrerad av Cassini-Huygens- apparaten , når 375 m/s [148] . Vindhastigheter på Uranus , cirka 50 grader N. sh., nå 240 m/s [149] [150] [151] . De rådande vindarna i den övre atmosfären av Neptunus når 400 m/s längs ekvatorn och 250 m/s vid polerna [152] , atmosfärisk ström på hög höjd vid 70 grader S. sh. rör sig med en hastighet av 300 m/s [153] .
![]() |
|
---|---|
I bibliografiska kataloger |