Temat: Warunki meteorologiczne.

Transkrypt

1 Wiatr definiujemy jako poziomy lub prawie poziomy ruch powietrza względem powierzchni Ziemi. Termin wiatr jest używany w meteorologii prawie wyłącznie na określenie horyzontalnej składowej wiatru. Powstawanie wiatrów Powietrze ogrzane, jako lżejsze, unosi się powodując spadek ciśnienia na danym obszarze. Jeżeli na sąsiadujących terenach wystąpią nawet niewielkie różnice ciśnień, w ich efekcie powietrze zachowuje się jakby w naczyniach połączonych. Następuje jego przepływ z obszarów o wyższym ciśnieniu - tam gdzie jest ono niższe. Szybkość przepływu, a zatem szybkość wiatru, jest tym wyższa, im większa jest różnica ciśnień na rozpatrywanych obszarach. Wiatry na powierzchni Ziemi są kształtowane również przez kilka innych czynników. Należą do nich: siła odchylająca wywołana ruchem obrotowym Ziemi (tzw. siła Coriolisa), siła tarcia oraz siła odśrodkowa. Kierunek i szybkość wiatru jest wynikiem różnic ciśnienia i działania wyżej wspomnianych sił. Wiatr przy powierzchni ziemi wieje w kierunku niższego ciśnienia, odchylając się od izobar o kąt około 20 nad morzem i 45 nad lądem. Na podstawie tej prawidłowości możemy, obserwując mapę z naniesionym na nią przebiegiem izobar, określić odpowiadający mu kierunek wiatru na interesującym nas obszarze. Wyróżniamy wiatry: stałe - pasaty - stały wiatr morski o umiarkowanej sile (3~4 B), wiejący w strefie międzyzwrotnikowej między 35 szerokości północnej i 35 szerokości południowej ze wschodu na zachód. Na półkuli północnej kierunek pasatu jest NE, na południowej SE. Powstaje wskutek cyrkulacji powietrza wywołanej silniejszym nasłonecznieniem strefy równikowej w porównaniu z obszarami dalszymi tworząc Międzyzwrotnikową Strefę Zbieżności. Rozgrzane powietrze nad równikiem odpływa górą w kierunku biegunów, a na jego miejsce dolnymi warstwami troposfery napływa powietrze zimne od strony biegunów, sezonowe (okresowe) - monsun - układ wiatrów, które zmieniają swój kierunek na przeciwny w zależności od pory roku. Rozróżnia się: monsun letni (morski) z pogodą deszczową, związaną z niskim ciśnieniem nad lądem i wysokim nad morzem oraz monsun zimowy (lądowy) z pogodą suchą, spowodowaną wysokim ciśnieniem nad lądem i niskim nad morzem. lokalne bryza -wiatr wiejący na wybrzeżu morskim. Bryza dzienna (bryza morska) wieje znad morza na ląd. Bryza nocna (bryza lądowa) przynosi na wodę suche powietrze znad lądu. Zasięg bryzy to ok km od linii brzegowej w stronę wody. fen, wiatr dolinny, wiatr górski (np., Halny), bora - to gwałtowny zimny i porywisty wiatr spadający z terenu wzniesionego nad cieplejsze morze. Powstaje gdy niskie ciśnienie i stosunkowo wysoka temperatura nad morzem, a na bliskim zapleczu, z utrzymującym się przez dłuższy czas zimnym powietrzem. Bora daje się we znaki szczególnie zimą nad Adriatykiem w Dalmacji i koło Triestu, oraz na wybrzeżu Morza Czarnego. Pustynne Harmattan - silny, północno-wschodni wiatr wiejący w porze suchej znad Sahary na wybrzeże Zatoki Gwinejskiej, a także na zachodnie wybrzeże Afryki Północnej. Suchy i gorący wiatr pasatowy przynoszący znaczny spadek względnej wilgotności powietrza nawet do 1%. chamsin - gwałtowny, suchy i gorący południowy wiatr wiejący na pustyniach Afryki Północnej i Półwyspu Arabskiego oraz w ich sąsiedztwie Samumy wywołują burze pyłowe i piaskowe. Występują najczęściej w okresie od kwietnia do czerwca.

2 Wiatry lodowcowe - to zimne, porywiste, spadające z zawsze zimnych powierzchni lodowców na niżej położone cieplejsze obszary. Spotykane są we wszystkich górach o dużych zasięgach pól lodowcowych, pospolite są na Grenlandii i Antarktydzie. Wiatr jest jednym ze składników pogody, w tym celu podaje się prędkość wiatru (w m/s lub km/h) i kierunek, z którego wieje. Stan morza Siła wiatru m/s (km/h) Tab. 4. Siła wiatru i stan morza. Wysokość fali w m Opis 0 (cisza) (<1) 0 na morzu - lustrzana gładź, na lądzie - zupełna cisza 1 (słaby powiew) (1-5) na morzu - powierzchnia wody marszczy się w małe muszelki, brak piany, na ladzie - dym unosi się prostopadle w górę 2 (łagodny wiatr) (6-19) na morzu - pasma drobnych fal, widoczne grzebienie fal, na lądzie - liście drzew poruszają się 3 (umiarkowany wiatr) (20-28) na morzu - słychać słaby plusk wody, pojawia się piana, na lądzie - gałęzie drzew zaczynają się ruszać, wiatr unosi z ziemi kurz i suche liście 4 (żywszy wiatr) (29-38) 5 (silny wiatr) (39-49) na morzu - słychać szum przypominający pomruk, więcej białej piany, na lądzie - wyprostowują się duże flagi, wiatr gwiżdże w uszach na morzu - niski szum przypominający turkot, tworzy się wyższa fala, na lądzie - poruszają się grube gałęzie, słychać świst wiatru 6 (bardzo silny wiatr, sztorm) (50-61) na morzu - fala piętrzy się, całe morze pokryte pianą, głośny szum, na ladzie - poruszają się największe gałęzie, idąc pod wiatr odczuwa się znaczny opór 7 (gwałtowny wiatr, sztorm) (62-74) 8 (wichura, sztorm) (75-102) 9 (huragan, sztorm) ( ) na morzu - tworzą się pasma piany wzdłuż kierunku wiatru, zaczyna się charakterystyczny ryk morza, na lądzie - kołyszą się pnie dużych drzew, łamią się gałęzie na morzu - fale spiętrzają się, cała powierzchnia wody robi się biała, ryk morza wzmaga się, na lądzie - wiatr wyrywa drzewa >11 na morzu - powstaje zamieć wodna, ryk morza zamienia się nieartykułowany hałas, brak widoczności, na lądzie - bardzo ciężkie spustoszenia Charakterystyczną cechą wiatrów jest również to, że w niżu, na półkuli północnej wieją one przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, zaś w wyżu - zgodnie z nim. Szybkość wiatru z powodu tarcia przy powierzchni ziemi osiąga wartości najniższe, które rosną ze wzrostem wysokości. Siła i kierunek wiatru podawana w komunikatach meteo odnosi się zwykle do wysokości 10 m nad poziomem morza. Wiatry

3 bardzo często wieją niestabilnie co do szybkości i kierunku. Powodem tego są głównie nierówności terenu oraz dużymi różnicami temperatur na sąsiadujących obszarach. W praktyce morskiej funkcjonują pojęcia wiatru: porywistego (charakteryzującego się krótkotrwałymi odchyleniami od średniego kierunku i szybkości), wiatru szkwalistego, który oznacza gwałtowny wzrost szybkości wiatru nawet o 50% wartości średniej, trwający do kilkunastu minut. Przy szkwałach występuje również znaczna zmiana kierunku wiatru, niekiedy nawet na przeciwny. Skala Beauforta. Dwunastostopniowa skala służąca do szacowania prędkości (tzw. siły) wiatru. Opracowana w 1806 przez angielskiego admirała F. Beauforta. Opiera się na obserwacji skutków działania wiatru na przedmioty naziemne lub na powierzchnię morza. Szacowanie siły wiatru przy jednoczesnym pomiarze jego prędkości - dokonywanym anemometrem - pozwala przyporządkować stopniom skali Beauforta przybliżoną prędkość wiatru w metrach na sekundę. Tab. 5. Skala Beauforta Siła wiatru m/s km/h Mm/h Nazwa Wpływ wiatru na ląd 0 0,0-1,4 0,0-5,4 0-2 cisza bezruch powietrza 1 1,5-3,0 5,5-11,0 3-5 powiew dym unosi się prawie pionowo do góry 2 3,1-5,0 11,1-18,4 6-9 słaby wiatr odczuwa się powiew, liście drżą 3 5,1-7,6 18,5-27, łagodny wiatr wiatr porusza liście 4 7,7-10,7 27,8-38, umiarkowany wiatr wiatr porusza gałązki, unosi kurz i suche liście 10,8- wiatr porusza większe gałęzie, gwiżdże w uszach, wyprostowuje 5 38,9-49, świeży wiatr 13,8 duże flagi 6 13,9-13,8 50,0-61, silny wiatr wiatr porusza grube gałęzie, świst na przedmiotach 7 13,9-16,9 61,1-73, bardzo silny wiatr wiatr porusza cieńsze pnie, opór przy marszu pod wiatr 8 17,0-24,1 74,0-86, sztorm wiatr ugina pnie, łamie gałęzie 9 24,2-28,2 87,0-101, silny sztorm wiatr unosi drobne przedmioty, łamie duże gałęzie 10 28,3-32, ,4-36,4 101,9- bardzo silny ,6 sztorm wiatr łamie i wyrywa drzewka 116,7-131, gwałtowny sztorm wiatr łamie pnie drzew, spustoszenie 12 pow.36,5 pow.131,5 pow. 71 huragan wiatr niszczy budynki, wielkie spustoszenie Fronty atmosferyczne Frontem atmosferycznym nazywamy powierzchnię graniczną pomiędzy dwiema różnymi masami powietrza. Fronty to układy o objętości od kilkuset tysięcy km 2 do milionów km 2 charakteryzujące się jednorodnością elementów meteorologicznych, tzn. temperatury, wilgotności i właściwości optycznych. Ogólnie masy powietrza dzielimy na: ciepłe - napływając na obszar względnie chłodnego morza i ulegają stopniowemu ochłodzeniu, powstają chmury dające opady mżawki, słaby deszcz lub śnieg, a niekiedy opady o charakterze ciągłym, czasem mgły oraz mało porywiste wiatry. chłodne - nad względnie ciepłe morze napływa masa chłodniejszego, wilgotnego powietrza, powoduje to powstawanie bardzo rozbudowanych chmur. Konsekwencją są przelotne opady deszczu oraz burze

4 (latem) lub krótkotrwałe opady śniegu (w zimie). Towarzyszą im z reguły porywiste wiatry, powietrze natomiast jest suche, pogody bez opadów. Ze względu na pochodzenie i związane z tym właściwości masy powietrza dzielimy na: powietrze arktyczne, powietrze polarne (lub umiarkowanych szerokości), powietrze zwrotnikowe, powietrze równikowe. Strefa pomiędzy dwiema różnymi masami powietrza nazywana jest powierzchnią frontową. Ze względu na wykonywany ruch fronty dzielimy na: ciepłe (nasunięcia się masy powietrza ciepłego na miejsce ustępującego przed nią ciężkiego powietrza chłodnego). chłodne ( ustępowania masy powietrze ciepłego, przed wypierającym ją utrzymującym się przy powierzchni ziemi powietrzem chłodnym, a więc cięższym). stacjonarne. Front ciepły Front chłodny Rys. 3. Układ powierzchni frontalnej. Front zokludowany Powstaje on na styku trzech mas powietrza: ciepłego i dwóch chłodnych, leżących po obu jego stronach. Ze względu na nieco większą szybkość przemieszczania się frontu chłodnego, zdarza się, iż dogania on front ciepły. Wypiera ciepłe powietrze do góry i łączy się z poprzedzającym je powietrzem chłodnym. Rys. 4. Front zokludowany. Przejściu frontu atmosferycznego zawsze towarzyszy zmiana pogody. Zbliżanie się frontu ciepłego zwiastuje pojawienie się chmur pierzastych przesuwających się mil przed frontem. Następnie

5 pokazują się chmury coraz niższe aż do warstwowych chmur deszczowych, a wraz z nimi słabe opady deszczu i mżawki. Nadchodzenie frontu chłodnego zwiastują najpierw chmury niskie, deszczowe, potem coraz wyższe. Strefa opadów jest raczej wąska i mają one zwykle charakter przelotny, czasami pojawiają się burze i opady gradu. Natomiast za linią frontu obserwuje się przejaśnienia lub nawet bezchmurne niebo. Ciśnienie maleje początkowo wolniej, potem nieco szybciej. Natomiast po przejściu frontu następuje wzrost ciśnienia, zwykle skokowy na początku, a następnie równomierny. Wiatr rośnie i na linii frontu staje się porywisty, często przechodząc w szkwał, a nawet sztorm. Po przejściu zmienia się on raptownie w prawo zachowując swą porywistość i przybierając na sile. Niże To obszary niskiego ciśnienia odgrywają ważną rolę z punktu widzenia żeglugi. Kształtują m.in. pogodę na najtrudniejszych trasach, np. Płn. Atlantyku czy Morza Północnego w okresie zimowym. Niże występujące na tych szerokościach nazywamy niżami pozazwrotnikowymi. Niże poruszają się na półkuli północnej generalnie w kierunku E do NE, zaś na półkuli południowej - E do SE. Prędkość ich poruszania zależy głównie od różnic temperatur w poszczególnych warstwach atmosfery. Największe prędkości osiągają one zimą. Prędkość niżu zależy również od stadium jego rozwoju: niże "młode" nad oceanem osiągają prędkość węzłów. Niże "stare", wypełniające się 10 do 15 węzłów. Tak znaczne prędkości oraz rozległość niżów (sięgających nawet 2000 mil) powoduje, iż złe warunki pogodowe może statek spotkać przez znaczną część podróży. Rys. 5. Układ niskiego ciśnienia z towarzyszącymi mu frontami: zimnym i ciepłym oraz z zaznaczonym kierunkiem wiania wiatrów. Cyklony tropikalne To głębokie niże powstające w szerokościach międzyzwrotnikowych. Charakteryzują się niezwykle dużymi wahaniami ciśnienia i prędkością wiatru. Cyrkulacja powietrza w cyklonie przypomina wielki wir, w którego centrum, zwanym "okiem". Ciśnienie spada do 950 mbar a nawet niżej. Wiejące wiatry wzdłuż niemal kołowych izobar osiągają prędkości do 120m/s. Cyklony występują w szerokościach geograficznych 5-20 na każdej półkuli z wyjątkiem płd. Atlantyku, gdzie ten rodzaj niżów w ogóle nie jest spotykany.

6 Cyklon przechodzi stadia powstawania, dojrzewania, stadium dojrzałe i zanikania. Cały cykl trwa średnio 6-9 dni. W stadium dojrzałym ( strefa maksymalnych wiatrów rozciąga się na ok. l 00 mil od oka. Wiatry o prędkości przekraczającej 100 km/h wieją jednak nawet ponad 600 mil od oka. Ruch cyklonów tropikalnych odbywa się według pewnych reguł. Przemieszczają się one wzdłuż równoleżników w kierunku zachodnim, następnie gwałtownego zwracają w kierunku wyższych szerokości. Prędkość przemieszczania się cyklonu zależy od jego stadium rozwojowego: przed punktem zwrotu osiągają one 4-15 węzłów. Po zwrocie wzrastają nawet do 50 węzłów. Wiatr pozorny i wiatr rzeczywisty. Wiatr jaki mierzymy podczas ruchu statku stanowi ruch powietrza mierzony względem początku układu współrzędnych, jakim jest statek, nazywamy go wiatrem pozornym. Jest on wypadkową ruchu statku oraz występującego wiatru rzeczywistego, tzn. wiatru mierzonego względem układu współrzędnych związanego z nieruchomym punktem na powierzchni oceanu. W Dzienniku Okrętowym oraz sporządzanych depeszach i raportach meteorologicznych podaje się parametry wiatru rzeczywistego: kierunek i prędkość wiatru wiejącego nad powierzchnią morza. Zamianę wiatru pozornego na rzeczywisty dokonuje się poprzez odtworzenie wektora wiatru rzeczywistego ze znanych jednej składowej i wypadkowej równoległoboku sił. Znany jest kurs i prędkość statku (składowa) oraz prędkość i kierunek wiatru pozornego (wypadkowa). Obliczenie wartości parametrów wiatru rzeczywistego może być przeprowadzone na kilka sposobów: 1. Za pomocą specjalnych diagramów wiatru rzeczywistego, zamieszczanych na przykład w polskich Tablicach Nawigacyjnych (TN 89). Tamże znajduje się szczegółowa instrukcja posługiwania się diagramami. Należy wtedy pamiętać o konieczności zamiany kąta kursowego wiatru na kierunek rzeczywisty (patrz przykład). 2. Za pomocą nakresu manewrowego. Przyjmuje się jednolitą skalę prędkości dla prędkości statku i prędkości wiatru pozornego. Na nakresie oznacza się punktem kurs i prędkość statku (koniec wektora ruchu własnego statku) oraz drugim punktem kierunek i prędkość wiatru pozornego (koniec wypadkowej). Prędkość wiatru odczytuje się jako odległość między oznaczonym punktami, w przyjętej skali dla prędkości. Kierunek wiatru odczytuje się, przenosząc równolegle, za pomocą ekierek nawigacyjnych, prostą łączącą oba punkty do środka nakresu i odczytując kierunek na obwodzie nakresu (współrzędne azymutalne). Należy uważać, aby nie pomylić kierunku wiatru o 180, 3. W ostateczności można wykreślić w skali, zorientowany geograficznie równoległobok sił i odczytać z rysunku kierunek i prędkość wiatru. W tym przypadku należy dokładnie odkładać kąty, sam rysunek nie powinien być zbyt mały, gdyż rośnie wtedy błąd graficzny. Metoda jest pracochłonna, zajmuje dużo czasu. 5. Większość systemów map elektronicznych i systemów ARPA współpracujących z DGPS lub GPS ma wejście do wprowadzenia sygnału z wiatromierza. Parametry wiatru rzeczywistego liczone są wtedy na bieżąco. Niektóre systemy mają opcję wprowadzenia parametrów wiatru pozornego z klawiatury, system oblicza parametry wiatru rzeczywistego automatycznie. 6. W sytuacji, gdy występuje uporządkowane falowanie wiatrowe, kierunek wiatru rzeczywistego może być określony z pomiaru namiernikiem (namiernik ustawiamy zgodnie z liniami grzbietów fal, następnie skręcamy o 90, w kierunku z którego wieje wiatr). Prędkość wiatru szacujemy ze skali Beauforta, korzystając (dokąd nie dojdziemy do wprawy) z tabeli (Tablice Nawigacyjne, instrukcja do wypełniania polskich Dzienników Okrętowych), określając ją w węzłach lub m/s. Szacunek musi być oparty na wyglądzie powierzchni morza, nie zaś wysokości fal. Dokładność szacunku kierunku i prędkości staje się niewielka przy dużych prędkościach wiatru (V w > m/s). W innych przypadkach ocena prędkości wiatru rzeczywistego rzadko kiedy jest gorsza od 2 m/s, kierunku od Obecnie bardzo wiele statków jest wyposażonych w wiatromierze nowej generacji (ultradźwiękowe, ciśnieniowe różnicowe), które mają opcję wskazań - albo wiatr pozorny, albo wiatr rzeczywisty. W

7 takiej sytuacji, zanim zacznie się przeliczać parametry wiatru należy sprawdzić jaki wiatr pokazuje wskaźnik wiatromierza. Przykład Wykorzystanie nakresu manewrowego Dane: Na statku płynącym kursem 345 z prędkością 15 W zmierzono wiatr pozorny wiejący z kąta kursowego 50 PB o prędkości 10 m/s. Sposób dokonania obliczeń: Określamy kierunek wiatru pozornego: = 395 ; = 035 burta), ujednolicamy prędkości: 10 m/s = 20W przyjmujemy skalę prędkości na nakresie: 1 okrąg = 2 W. (dodajemy; prawa w punkcie, odpowiadającym współrzędnym azymutalnym ruchu statku oznaczmy kropkę (punkt); tu na kierunku 345 i 7.5 okręgu (=15 w) niebieska kropka oznaczona S, w punkcie odpowiadającym końcu wektora wiatru pozornego oznaczamy na nakresie kropkę; tu punkt o współrzędnych 035 /10.0, na nakresie oznaczony jako WP (czerwona kropka), prędkość wiatru rzeczywistego określa odległość między punktami S i Wp; zdejmujemy tą odległość przenośnikiem i mierzymy ją od środka nakresu ( na rysunku oznaczona przerywaną niebieską linią zakończona czerwoną kropką i oznaczona jako Wr(v) [ Wiatr rzeczywisty, prędkość]. Odległość ta jest w przybliżeniu równa 7.8 kręgu, czyli prędkość wiatru rzeczywistego wynosi = 15,6 w (7.8 m/s), kierunek wiatru rzeczywistego określamy przenosząc równolegle do środka nakresu prostą, łączącą punkty S i W p odczytując na obwodzie nakresu kierunek; tu 084 (czerwona ciągła linia oznaczona jako Wr (k)). Określony w ten sposób kierunkiem wiatru rzeczywistego jest już kierunkiem rzeczywistym i nie wymaga żadnych dalszych przeliczeń. Opracowanie: inż. Dominika Grzybowska