Земля, подобно многим другим космическим объектам, имеет атмосферу — слой газов, который удерживается вокруг планеты благодаря гравитации, или силе притяжения.
Частицы воздуха, из которых состоит атмосфера, постоянно находятся в движении, перемещаясь в разных направлениях с разной скоростью. Масса земной атмосферы составляет пять квадриллионов тонн, и давление воздуха в разных её частях неодинаково. Именно из-за этой разницы в давлении и возникает ветер.
Температура воздуха и атмосферное давление
В атмосфере существуют области с разной температурой. В более тёплых участках молекулы воздуха движутся быстрее и разлетаются в разные стороны. Из-за этого тёплый воздух становится менее плотным, его вес уменьшается, а атмосферное давление снижается.
В областях с более холодным воздухом происходит обратное: молекулы воздуха собираются вместе, образуя более плотные скопления. Вес таких областей увеличивается, а вместе с ним повышается и атмосферное давление.
Воздух всегда перемещается из области с более высоким давлением в область с более низким давлением. Чтобы понять этот процесс, можно представить себе, как работает плотина. Если открыть шлюзы между участками с разницей в высоте 7 и 5 метров, вода потечёт туда, где уровень воды изначально был ниже, то есть на участок с меньшей высотой. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока уровни воды на обоих участках не сравняются.
Аналогичным образом происходит и движение атмосферных масс, что, в свою очередь, и образует такое явление, как ветер.
Бризы, муссоны, пассаты
Представьте себе ясный солнечный день у морского побережья. Солнце нагревает и воду, и сушу, но из-за движения воды её верхние слои, которые находятся ближе к поверхности, не могут так же быстро нагреться, как суша.
Воздух над сушей становится теплее, чем над морем. Тёплый воздух расширяется, расстояние между молекулами увеличивается, и давление снижается. Воздух с более высоким давлением (то есть воздух с моря) движется в сторону суши, где давление ниже, и приносит прохладу на побережье.
Ночью происходит обратное: вода остывает медленнее, чем суша, и ветер дует с земли на море, где воздух теплее, чем над сушей. Этот ветер называется бризом — дневным и ночным.
Направление ветра в горах также меняется в зависимости от времени суток: днём ветер дует из долины в сторону гор, а ночью — с гор в долину.
Бриз меняет направление дважды в сутки. Есть ветры, которые меняют направление дважды в году — летом и зимой. Эти ветры называются муссонами. Принцип смены направления аналогичен тому, как образуется бриз: над прогретой летом сушей давление воздуха низкое, и прохладный воздух перемещается со стороны океана.
В зимнее время года муссоны дуют с быстро остывающего берега в сторону воды, которая ещё сохраняет тепло. Смена муссонов приводит к изменению погоды: вместо сухой и малооблачной она становится дождливой.
Муссоны характерны для восточной части материковой суши, где берег граничит с широким пространством океана.
Помимо переменных, существуют и постоянные ветры — пассаты и западные ветры. В течение всего года у поверхности Земли дуют ветры, которые направлены от 30-х широт с высоким давлением в сторону экватора, где давление ниже. Однако из-за вращения планеты вокруг своей оси эти ветры образуют спиралевидные потоки: в Северном полушарии они движутся с северо-востока на юго-запад, а в Южном — с юго-востока на северо-запад.
Западные ветры возникают из-за перемещения воздушных масс от 30-х широт к полюсам. Именно пассаты приносят сухой воздух в Сахару, а западные ветры — влажную и дождливую погоду из Атлантики в Европу.
Скорость, сила и направление ветра
Учёные описывают ветер по его скорости и силе. Скорость ветра измеряется в баллах или метрах в секунду (один балл — это примерно два метра в секунду). Сила ветра зависит от разницы атмосферного давления в разных областях: чем больше разница, тем сильнее ветер.
Для оценки силы ветра в XIX веке была разработана шкала Бофорта, которая с 1874 года используется в международной синоптической практике. В течение многих лет в шкалу вносились изменения и дополнения, и сегодня сила ветра оценивается по 12-балльной системе.
Например, полное отсутствие ветра, или штиль, соответствует 0 баллов. Слабый ветер оценивается в 3 балла, свежий — в 5, а сильный — в 6 баллов. Ветер силой в 9 баллов — это уже шторм, а в 12 — ураган. Шкалой Бофорта активно пользуются, особенно в морской навигации.
Кроме того, ветер характеризуется направлением. Направление ветра определяется в зависимости от стороны горизонта, откуда он дует: если ветер дует с севера, то он северный, если с юга — то южный. Направление ветра зависит не только от разницы атмосферного давления, но и от вращения Земли вокруг своей оси.
Ветер — это мощные воздушные массы, которые переносят с собой огромное количество молекул газов из атмосферы. Эти потоки могут простираться на тысячи километров, охватывая всю планету, или быть более локальными, как, например, упомянутые выше морские и горные ветры.
Воздух кажется нам невесомым, но на самом деле он имеет плотность. Чтобы это почувствовать, достаточно высунуть руку из окна движущегося автомобиля — вы сразу ощутите, как поток воздуха обтекает вашу руку.