Почему дует ветер


Выясним сначала, чем вызывается течение воды, нам тогда легче будет ответить на вопрос, почему дует ветер.

Каждый легко может убедиться, что поверхность воды всегда стремится занять горизонтальное положение: если мы в один из сосудов, соединяющихся внизу трубкой (рис. 4), будем наливать воду, то уровень воды станет 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 давление у дна сосуда возрастает и в одном конце А соединительной трубки давление оказывается больше, чем в другом ее конце Б. Более сильное давление «выжимает» воду по трубке из сосуда А в сосуд Б, и вода течет по трубке от высокого давления к низкому до тех пор, пока уровни в обоих сосудах не сравняются.

Казалось бы, можно думать, что воздух ведет себя так же, как и вода: что его «выжимает» из области высокого давления в область низкого давления. В этом случае ветер должен дуть от высокого давления к низкому поперек изобар. В основном это так и происходит, но на картах погоды мы видим все же несколько иную картину.

Например, на синоптической карте можно видеть, что к западу от центра области низкого давления, расположенного вблизи Москвы, дуют северные ветры (стрелки направлены в кружки сверху вниз), к югу от него — западные и юго-западные ветры (стрелки слева направо), к востоку — южные и юго-восточные (города Киров, Горький), к северу — восточные и северо-восточные.

Значит, вокруг центра низкого давления ветры образуют круговой вихрь, который вращается против движения часовой стрелки. Огибая центр низкого давления, ветры все же дуют не прямо вдоль изобар, а обычно отклоняются от них в сторону более низкого давления — воздух стекает со всех сторон к самому низкому давлению.

Значит, наш опыт с течением воды не совсем правилен: воздух оттекает от высокого давления к низкому, но только все время отклоняется вправо от своего пути.

Такая система ветров, связанная с областью низкого давления, называется циклоном.

Вокруг центра высокого давления ветры образуют вихрь противоположного направления — по движению часовой стрелки, причем воздух растекается от центра. Эта система ветров называется антициклоном.

Слову «циклон» иногда ошибочно придают смысл какого-то исключительного явления вроде урагана или бури. Так в прежние времена моряки называли опасные тропические ураганы, действительно связанные с особым видом тропических циклонов.

Теперь это название применяется ко всем случаям системы ветров, дующих вокруг области пониженного давления. Приблизительно половину своей жизни мы проводим в циклоне, а другую половину — в антициклоне.

Почему же ветер не дует прямо от высокого давления к низкому?

Земля вращается вокруг своей оси, и всем известно, что благодаря этому происходит смена дня и ночи. Но многие не подозревают, что вращение Земли приводит и к другому явлению — к отклонению всех движущихся на Земле тел: в северном полушарии — вправо, в южном — влево.

В повседневной жизни мы этого не замечаем, потому что отклоняющая сила очень мала. Но она заметно сказывается на тех движениях, которые продолжаются длительное время.

Так, например, эта отклоняющая сила действует на текущую в реке воду. Под ее влиянием все реки в северном полушарии, независимо от их направления, стремятся отклониться вправо и все время подмывают свой правый берег, медленно отступая от левого. Поэтому у нас обычно правый берег реки крутой, левый — отлогий.

Отклоняющая сила незаметно действует и на поезд, катящийся по рельсам. Под действием этой силы правый рельс (если смотреть по ходу поезда) на каждой колее двухколейной железной дороги изнашивается скорее, чем левый: ему не только приходится выдерживать тяжесть поезда, но и оказывать сопротивление стремлению поезда повернуть вправо.

Что же это за сила, и почему она так проявляется? Почему в северном полушарии она действует всегда вправо, независимо от направления самого движения?

Все направления на Земле мы определяем обычно по странам 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.

Создается положение, очень сходное с тем, которое может возникнуть, если мы прокатим шар по палубе парохода, круто поворачивающего на изгибе реки (рис. 5). Мы целимся в точку А (рис. 5, наверху), но в тот самый момент, когда толкаем шар, пароход поворачивается и шар попадает вместо точки А в точку Б (рис. 5, внизу).

Что же произошло? Нам кажется, что шар по совершенно непонятной причине отклонился вправо от данного ему толчком направления. Но посторонний наблюдатель увидел бы, что в действительности не шар изменил свое направление, а палуба вместе с пароходом повернулась под ним. Шар же двигался по тому же самому направлению, которое ему было дано ударом, — на домик, стоящий на берегу.

Направления относительно стран света (на север, юг), которые мы считаем совершенно неизменными и которые остаются такими по отношению к земному шару (палубе парохода), в действительности все время перемещаются по отношению к мировому пространству (берегу) благодаря вращению Земли.

Мы не можем увидеть это вращение, так как сами участвуем в нем. Нам кажется, например, что мчащийся прямо на юг поезд сохраняет свое направление в пространстве, на самом же деле он непрерывно поворачивается вместе с земным меридианом.

Представим себе сверхдальнобойную пушку, выстрелившую вдоль меридиана на север (рис. 6). 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, вместе с ней повернулся вокруг земной оси на некоторый угол и меридиан с пушкой, и они заняли новое положение (переместились из положения А в положение Б).

Снаряд же продолжал двигаться в прежнем направлении, параллельно первоначальному положению меридиана, а артиллеристам, не заметившим поворота ствола пушки, должно было показаться, что снаряд отклонился от приданного ему выстрелом направления.

Но здесь мы должны предупредить читателя о том ошибочном представлении, которое иногда возникает по отношению к отклоняющей силе вращения Земли. Может показаться, что если бы артиллеристы выстрелили не вдоль меридиана, вращение которого вместе с Землей 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 стран света. Ведь направление по параллели, например на восток, мы тоже определяем по стрелке компаса, но только берем его под углом 90 градусов к направлению на север. Если поворачивается направление на север, то вместе с ним поворачиваются и все другие направления, которые мы отсчитываем по компасу.

С частицей воздуха происходит то же самое, что и со снарядом. Начав двигаться под действием атмосферного давления, «выжимающего» ее от более высокого давления к более низкому поперек изобар, частица воздуха постепенно все более отклоняется вправо, и направление ветра все больше приближается к направлению изобар. Так возникают те системы ветров — циклоны и антициклоны, которые мы видим на картах погоды.

Теперь мы разобрались в том, почему дует ветер и как его направление связано с состоянием атмосферы на больших пространствах. Из этого мы можем вывести и практическое правило, а именно: если стать спиной к ветру (рис. 7), то центр низкого давления всегда будет слева и несколько впереди, а центр высокого — справа и несколько позади.

Мы увидим дальше, что это правило очень важно для тех, кто хочет разобраться в наблюдаемых явлениях погоды и составить себе представление о том, каких изменений погоды можно ожидать в дальнейшем. Но от чего зависит сила ветра? Почему мы наблюдаем то полное затишье, то свежий ветер, то бурю?

Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся опять к нашему примеру с течением воды из одного сосуда в другой. Можно заметить, что чем больше разница уровней воды в сосудах, тем быстрее течет вода из одного сосуда в другой. Когда уровни в обоих сосудах начинают выравниваться, то течение воды замедляется, а когда уровни окончательно сравняются, то течение совсем прекратится.

Значит, чем больше разница в атмосферном давлении в различных районах, чем гуще проходят изобары на синоптической карте, тем сильнее должен быть ветер. Что это действительно так, мы можем убедиться, посмотрев на карты погоды. Там, где изобары проходят более близко друг к другу, где они сгущаются, — там стрелки станций имеют больше перьев — ветер сильнее. В частях карты с редкими изобарами перьев у стрелок мало, а на ряде станций отмечено даже полное безветрие, и кружки этих станций вообще не имеют стрелок.

Как можно видеть на картах, изобары располагаются гуще в циклонах, чем в антициклонах. Поэтому обычно в циклонах ветер сильнее, чем в антициклонах, и о приближении циклона мы часто можем судить не только по падению давления, но и по усилению ветра.