Откуда берётся ветер: как разница давления приводит воздух в движение

Ветер настолько привычен, что мы редко задумываемся о его природе: воздух просто движется, и всё. Между тем за этим движением стоит стройная система причин, начинающаяся с Солнца и заканчивающаяся вращением планеты. Разберём, откуда берётся ветер, как неравномерный нагрев поверхности создаёт разницу давления, почему у моря днём и ночью ветер меняет направление, что такое постоянные ветры планеты и как вращение Земли закручивает воздушные потоки в циклоны.

Короткий ответ

Ветер — это движение воздуха из области высокого атмосферного давления в область низкого. Разница давления, в свою очередь, возникает из-за неравномерного нагрева земной поверхности Солнцем. Проще говоря, первопричина любого ветра на планете — солнечная энергия, а сам ветер представляет собой способ, которым атмосфера выравнивает возникающие перепады. Чем больше разница давления между соседними областями и чем меньше расстояние между ними, тем сильнее ветер. Это простое правило объясняет и лёгкий бриз, и ураган — различается лишь масштаб перепада.

Почему возникает разница давления

Механизм понятен на бытовом примере. Солнце нагревает земную поверхность неравномерно: суша прогревается быстрее воды, тёмные поверхности сильнее светлых, экваториальные широты интенсивнее полярных. Воздух над более тёплым участком нагревается, расширяется, становится легче и поднимается вверх — у поверхности при этом остаётся меньше воздуха и давление снижается. Над холодным участком воздух плотнее и тяжелее, он опускается, и давление у поверхности растёт. Возникает перепад, и воздух устремляется от области высокого давления к области низкого, заполняя недостаток. Это движение мы и ощущаем как ветер.

Бриз: наглядный пример

Лучшая иллюстрация механизма — прибрежный ветер, меняющий направление дважды в сутки. Днём суша нагревается быстрее воды: воздух над берегом поднимается, давление у поверхности падает, и более прохладный воздух с моря устремляется на сушу — это морской бриз, приносящий приятную прохладу на пляж. Ночью картина меняется: суша остывает быстрее воды, теперь уже вода оказывается теплее, воздух поднимается над ней, и ветер дует с суши в сторону моря — береговой бриз. Разница теплоёмкости воды и суши, таким образом, создаёт суточный цикл, наблюдаемый на любом побережье.

Как вращение Земли отклоняет ветер

Если бы Земля не вращалась, воздух двигался бы строго от высокого давления к низкому по прямой. Однако вращение планеты порождает эффект, отклоняющий любые движущиеся относительно поверхности потоки: в северном полушарии вправо от направления движения, в южном — влево. Этот эффект носит имя французского учёного Кориолиса. Именно поэтому ветер не дует прямо в центр области низкого давления, а закручивается вокруг неё, образуя вихрь. Отсюда и знакомые по метеорологическим картам циклоны и антициклоны, вращающиеся в противоположных направлениях в разных полушариях планеты.

Циклоны и антициклоны

Эти два образования определяют погоду в умеренных широтах:

• циклон — область низкого давления, куда сходится воздух; он поднимается вверх, охлаждается, водяной пар конденсируется, и формируются облака и осадки, поэтому циклон приносит пасмурную, ветреную и дождливую погоду
• антициклон — область высокого давления, где воздух опускается и нагревается при сжатии, облака рассеиваются, ветер слабый, и устанавливается ясная погода: жаркая летом и морозная зимой

Именно чередование этих систем и их перемещение и объясняет привычную смену погоды, за которой следят синоптики.

Постоянные ветры планеты

Помимо местных ветров, существует глобальная система циркуляции атмосферы. Наиболее сильно нагревается экваториальная зона: там воздух поднимается, движется в верхних слоях к полюсам, охлаждается и опускается примерно в тропических широтах, после чего возвращается к экватору у поверхности. Отклоняемые вращением планеты, эти потоки образуют устойчивые ветры — пассаты, дующие в тропиках в определённом направлении круглый год. В умеренных широтах преобладают западные ветры. Именно на пассаты веками опиралось парусное мореплавание, а маршруты великих географических открытий во многом определялись знанием этих ветров.

Местные ветры

Помимо глобальной картины, существуют ветры, привязанные к конкретной местности и получившие собственные имена. Горно-долинные ветры возникают из-за разного нагрева склонов и дна долины и, подобно бризу, меняют направление в течение суток. Фён — тёплый сухой ветер, спускающийся с гор и нагревающийся при сжатии. Бора — холодный порывистый ветер, обрушивающийся с невысоких горных хребтов к тёплому морю; в России он известен в районе Новороссийска и способен достигать разрушительной силы. Муссоны — сезонные ветры, меняющие направление дважды в год и определяющие климат обширных регионов Азии.

Почему ветер бывает сильным

Сила ветра определяется величиной перепада давления на единицу расстояния: чем резче этот перепад, тем стремительнее движется воздух. Наиболее разрушительные явления — тропические циклоны, известные под названиями ураганов и тайфунов, — формируются над тёплыми океанскими водами, где мощное испарение и выделение тепла при конденсации пара создают колоссальный энергетический насос. Смерчи, или торнадо, представляют собой вихри значительно меньшего масштаба, но исключительной интенсивности. Рельеф тоже влияет: в ущельях и между зданиями воздушный поток сжимается и ускоряется, отчего в городах возникают неожиданно сильные порывы.

Зачем ветер нужен

Стоит сказать и о роли ветра в природе. Он переносит тепло и влагу по планете, смягчая климатические контрасты: без атмосферной циркуляции разница температур между экватором и полюсами была бы значительно резче. Он приносит осадки вглубь континентов. Он опыляет ветроопыляемые растения и разносит их семена. Он перемешивает воды океана, влияя на течения и обеспечивая подъём питательных веществ с глубины. Он рассеивает загрязнения в городах. Наконец, человек использует его энергию: от парусов и мельниц в прошлом до современной ветроэнергетики, доля которой в мировой генерации растёт.

Наконец, стоит сказать о том, как измеряют ветер. Его скорость определяют анемометром, а направление — флюгером, причём указывают, откуда дует ветер, а не куда. Для оценки силы без приборов служит шкала Бофорта, описывающая ветер по видимым признакам: от дыма, поднимающегося вертикально, до разрушений при урагане. Знание этой шкалы позволяет ориентироваться в прогнозах точнее, чем ощущения.

Наконец, полезно понимать, почему ветер кажется холоднее, чем показывает термометр. Движущийся воздух активнее уносит тепло от кожи и ускоряет испарение влаги, поэтому при одной и той же температуре ветреная погода ощущается значительно холоднее безветренной. Этот эффект учитывают в прогнозах, приводя ощущаемую температуру наряду с фактической.

Коротко о главном

Итак, ветер — это движение воздуха из области высокого давления в область низкого, а сама разница давления возникает из-за неравномерного нагрева поверхности Солнцем. Над тёплым участком воздух поднимается и давление падает, над холодным опускается и давление растёт, и воздух устремляется выравнивать перепад. Наглядный пример — бриз, меняющий направление дважды в сутки из-за разной скорости нагрева суши и воды. Вращение Земли отклоняет потоки, закручивая их в циклоны и антициклоны. В глобальном масштабе циркуляция атмосферы порождает постоянные ветры, включая пассаты, а сила ветра определяется резкостью перепада давления.