wiatr

Wiatr — Wiatr – jest to określenie stosowane dla ruchu powietrza o kierunku poziomym w stosunku do powierzchni ziemi. Wiatr powstaje w rezultacie różnicy ciśnień, zmian temperatury oraz różnic w ukształtowaniu terenu. Zwykle powietrze kieruje się z terenów, na których panuje podwyższone ciśnienie w stronę tych o mniejszym ciśnieniu – jest to kierunek, w jakim wieje wiatr. Wiatr jest zaliczany do zjawisk pogodowych. Jego prędkość meteorolodzy określają w m-s lub km/h. W prognozie pogody podaje się także kierunek, w którym przesuwają się masy powietrza. Do pomiarów wiatru wykorzystuje się wiatromierz (anemometr), a także radary, sondy meteorologiczne, skatermometry. Siłę wiatru ludzie wykorzystują do produkowania energii elektrycznej, do czego służą konstrukcje określane mianem wiatraków, inaczej nazywane tajże turbinami wiatrowymi. Dzięki sile wiatru możliwe jest poruszanie się statków żaglowych. Jako nieokiełznana siła natury, wiatr może niejednokrotnie stwarzać zagrożenie dla ludzi, jak i przyrody.

Poruszanie się mas powietrza

Rejony, na których znajduje się wysokie i niskie ciśnienie układają się naprzemiennie względem powierzchni Ziemi zgodnie z układem równoleżników. Wzdłuż Równika występuje tzw. równikowy pas ciszy, czyli strefa niżu okołorównikowego. Kolejny ,,pas” stanowi obszar wysokiego ciśnienia rozciągająca się wzdłuż Zwrotników. Następnie ponownie pojawia się strefa niżu, koncentrująca się w całej rozciągłości średnich szerokości geograficznych. Jest to tzw. strefa wędrujących niżów. Całość zwieńczona jest dwiema czapami rejonów stałego, podwyższonego ciśnienia wokół biegunów Ziemi. Takie rozmieszczenie stref ciśnieniowych leży u podłoża stałego ruchu mas powietrza w różnych kierunkach. Przemieszczanie się powietrza jest odczuwane jako wiatr. Ma ono miejsce tuż przy warstwie litosfery. Oprócz poziomego ruchu, powietrze posiada także zdolność przemieszczania się do kolejnych warstw troposfery, gdzie porusza się. Dzięki temu na całej kuli Ziemskiej cały czas panuje tzw. cyrkulacja powietrza, a więc jego stały ruch i wymiana. W taki sposób następuje właśnie np. cyrkulacja pasatowa. Nagrzane Słońcem powietrze unosi się do góry. Dzieje się tak szczególnie wówczas, gdy Słońce znajduje się w zenicie. W niższych warstwach troposfery powstaje obszar niskiego ciśnienia, który ,,przyciąga” z zewnątrz chłodne powietrze. Jest to proces leżący u podstaw powstawania pasatów – wiatrów o stałym charakterze, przemieszczających się od Zwrotników w kierunku Równika. W wyższych partiach troposfery nad Zwrotnikami dochodzi do wytworzenia się swoistego braku, ubytku zasobów powietrza. Wówczas tam również ,,zasysane” jest to z zewnątrz. Powstają antypasaty, czyli wiatry wiejące w kierunku przeciwnym – od Równika do Zwrotników.

Prądy wstępujące i zstępujące

Prądy te stanowią zdecydowanie najbardziej dynamiczne ruchy powietrza. Szczególną dynamiką odznaczają są ruchy w kierunku poziomym. Wywołane jest to znaczną szerokością atmosfery w poziomym kierunku, a niedużą w kierunku pionowym. Innymi słowy, powierzchnia w poprzek jest znacznie większa aniżeli wysokość atmosfery. Na występowanie ruchów pionowych powietrza (tzw. prądów wstępujących i zstępujących) ogromny wpływ wywiera proces parowania, a szczególnie powstawanie chmur i opadów. Promienie Słońca docierają do Ziemi i przedzierając się przez atmosferę ogrzewają jej powierzchnię oraz to, co znajduje się ponad nią – masy powietrza. Proces nagrzewania litosfery nie następuje w sposób równomierny- jest to uwarunkowane rodzajem podłoża (np. skała, woda, piach) oraz kątem padania promieni.  To, z jaką prędkością ogrzewa się dana substancja, określone jest mianem jej ciepła właściwego. Wielkość ta informuje o tym, ile energii należy dostarczyć lub odebrać substancji, aby temperaturę jednostki masy tego ciała uległa zmianie o 1 kelwin.

Kiedy wschodzi Słońce, rozpoczyna się proces ogrzewania powierzchni planety. Grunt ulega zdecydowanie szybszemu nagrzaniu się niż powierzchnia oceanu, co skutkuje dodatkowo szybszym parowaniem i przenoszeniem się cieplejszego powietrza do góry. W efekcie unoszenia się ogrzanego powietrza powstaje prąd wstępujący, który zasila górne prądy, przemieszczające się z miejsca ogrzanego. Jednak powietrze opuszcza ogrzany obszar nie tylko w górę- ucieka także na boki. Masy te określa się jako wiatry górne. W skutek tych procesów następuje spadek ciśnienia, gdyż nad powierzchni danego obszaru znajduje się znacznie mniejsza ilość powietrza. Od dołu z kolei dopływa powietrze chłodne, w kierunku miejsca mocno nagrzanego. Masy te stanowią właśnie typowy, znany wszystkim wiatr.

Przykłady i rodzaje wiatrów

Pasaty – jest to rodzaj wiatrów morskich występujących pomiędzy zwrotnikami, wiejący od strefy wysokiego ciśnienia stref zwrotnikowych w kierunku równikowego pasa ciszy. Na półkuli północnej wieją one z północno-wschodniej strony, na południowej zaś- z południowego wschodu. Proces ten uwarunkowany jest ruchem obrotowym Ziemi. Pasaty są stałymi wiatrami o sile od 3 do 4 w skali Beauforta. Występują w odległości ponad 350 km od lądu i nabierają na sile w okresie zimowym panującym na danej półkuli. Najczęściej występują na Oceanie Atlantyckim

Monsuny – kierunek tych wiatrów jest zależny od pory roku, dla okresu letniego charakterystyczne jest wianie z morza w kierunku lądu, zaś zimą, kierunek ruchu powietrza jest odwrotny. Zmienność ta jest charakterystyczną cechą monsunów – ich kierunek ulega zmianie dwukrotnie w ciągu roku (przełom pory letniej i zimowej oraz zimowej i letniej). W ich powstaniu biorą udział duże amplitudy temperatur, a co za tym idzie także ciśnień nad wodą i lądem. Najmocniej wieją na południu Azji, ale pojawiają się także w południowej Australii i Afryce.

Wiatry miejscowe – o ich początku decydują indywidualne cechy fizjograficzne danego obszaru. W zależności od nich, zaczynają wiać z przyczyn dynamicznych lub termicznych. Powstają one pod wpływem oddziaływania lokalnych warunków fizjograficznych.
Są to m.in.: bryzy, fen (wiatr halny), wiatry dolin i gór, wiatr bora:

• bryza – wiatr charakterystyczny dla wybrzeży mórz, ogromnych zbiorników śródlądowych. Wieją z miejsc nagrzanych w kierunku chłodniejszych. Kierunek ich ruchu zmienia się dwukrotnie w ciągu doby – za dnia (od ok. 10 rano do zachodu) bryza morska wieje z morza w kierunku lądu. Natomiast od zmroku do rana występuje bryza lądowa – z lądu w kierunku morza. Kiedy dochodzi do zetknięcia się bryzy z kierunkiem wiatru ich prędkość niejako łączy się i wówczas ruch powietrza jest odczuwalny jako zdecydowanie bardziej intensywny, szybszy, dynamiczny. Dzięki temu może się także zwiększyć zasięg wiatru. W normalnych warunkach bryza morska nad Bałtykiem może dosięgać około 10 km w głąb lądu.

• fen – jest to ciepły, bardzo porywisty i charakteryzujący się niewielką wilgotnością wiatr, który wieje z gór. Powstaje w wyniku różnicy ciśnień.  Feny w różnych częściach świata na obszarach górskich posiadają swoje lokalne, charakterystyczne nazwy. W Polsce określany jest mianem halnego.
• wiatr bora – jest to drugi, obok fenu, wiatr o charakterze opadającym. Jest on bardzo porywisty, zimny, wieje w dół wzdłuż przymorskich, niskich zboczy. Kieruje się w stronę ciepłych wód morskich. Można go spotkać na północnym Adriatyku i wschodnich wybrzeżach Morza Czarnego.

• mistral – jest to typowy wiatr występujący na południowym wybrzeżu Francji. Charakteryzuje się znacznym chłodem, małą wilgotnością. Jest wiatrem kierującym się z północy, wieje między Marsylią i Awinionem, w okolicy ujścia rzeki Rodan. Różnica pomiędzy ciepłym  obszarem nadmorskim, gdzie występuje niż oraz wyżem nad łańcuchami Sewennów i Alp francuskich powoduje jego powstanie.
• sirocco – to wiatr katabatyczny z wybrzeży północnej Afryki. Charakteryzuje się niewielką wilgotnością, jest ciepły. Powstaje w nadmorskim obszarze niżu atmosferycznego. Jego działanie polega na zasysaniu mas powietrza z najwyższych partii Atlasu. Występowanie gwałtownych burz w zachodniej części basenu Morza Śródziemnego jest skutkiem oddziaływania sirocco.
• wiatry układów barycznych – powstają w skutek poziomego przemieszczania się mas powietrza pomiędzy układami wyżów i niżów atmosferycznych. Mają one fundamentalne znaczenie dla kształtowania się warunków pogodowych na obszarach ich oddziaływania. Obszar, w którym dochodzi do przemieszczania się powietrza w górę często zwany jest układem niskiego ciśnienia, niżem, cyklonem. W takich warunkach najczęściej wieją silne wiatry, jest pochmurno i deszczowo (w zimie pada śnieg), a pogoda jest bardzo zmienna. Rejony, gdzie występuje układ wysokiego ciśnienia zwane są wyżem, antycyklonem bądź układem wysokiego ciśnienia. Zwykle panuje na nich słoneczna, spokojna pogoda, zdecydowanie bardziej stabilna, aniżeli w cyklonie.
• wiatry dolinne i górskie – ich obecność odnotowuje się w rejonach bogatych w kotliny i doliny górskie. Zazwyczaj powstają wiosną i latem, kiedy  niebo jest bezchmurne. Wiatry górskie wieją w dół zboczy. Często także skierowane są ze zboczy do równin i dolin. Z kolei wiatry dolinne wieją od ujścia dolin ku szczytom gór. Zwykle nie wykazują dużej siły, jednak potrafią wiać z dużą prędkością (nawet ponad 10 m/s).

Jak mierzy się prędkość wiatru?

Prędkość wiatru określana jest zwykle za pomocą dwóch jednostek miary – w węzłach bądź w metrach na sekundę. Węzeł oznacza prędkość 1 mili morskiej na godzinę, a więc około 0,51 m/s. Prędkość wiatru jest wielkością, która charakteryzuje się dużym stopniem zmienności. Stąd też najczęściej meteorolodzy posługują się jej wartością uśrednioną.

Średnią prędkość wiatru oblicza się w okresie 10 minut przed terminem obserwacji. Podawana jest jedynie w liczbach całkowitych. Pojęcie ciszy określa się jako sytuację, w której prędkość wiatru nie przekracza 1 węzła, a więc wynosi ok. 0,5 m/s. Najprostszą metodą pomiaru prędkości wiatru jest analiza widocznych rezultatów oddziaływania wiatru na powierzchni litosfery. Umożliwia to skala wiatrów Beauforta, którą opracował Francis Beaufort.