ЛЕКЦИЯ № 9
Ветер – циркуляция в атмосфере огромных масс воздуха вследствие неравномерного нагревания земной поверхности Солнцем.
Причиной возникновения ветров является поглощение земной атмосферой солнечного излучения, приводящее к расширению воздуха и появлению конвективных течений. На эти термические явления накладывается эффект вращения 3емли приводящий к появлению преобладающих направлений ветра. Кроме этих общих закономерностей многое в этих процессах определяется местными особенностями, обусловленными определенными географическими или экологическими факторами. Т.е. сам процесс образования ветра - вероятностный процесс, но при этом характерны циклические изменения: суточные, недельные, месячные и годовые.
Различные зоны страны имеют ветровые режимы, сильно отличающиеся один от другого. Сила и направление ветра в разных зонах по разному изменяется в зависимости от высоты над поверхностью Земли. Нас интересует скорость ветра в 100 –ом приземном слое.
|
|
По территориальному принципу можно выделить глобальные и местные ветры.
К глобальным ветрам относятся пассаты и западный ветер.
Пассаты образуются в результате нагрева экваториальной части земли. Нагретый воздух поднимается вверх, увлекая за собой воздушные массы с севера и юга. Вращение земли отклоняет потоки воздуха: Земля вращается с З на В, поэтому пассаты имеют отклонения к Западу; в северном полушарии ветры приходят с С-В, а в южном с Ю – В. В результате устанавливаются дующие круглый год с постоянной силой северо-восточный пассат в северном полушарии и юго-восточный - в южном. Пассаты дуют в приэкваториальной области, заключенной между 250 и 30° северной и южной широтами соответственно (высота от 1 км до 4 км). В северном полушарии пассаты охватывают 11% поверхности океанов, а в южной - 20%. Сила пассатного ветра обычно составляет 2-3 балла по шкале Бофорта (1-5 м/с).
Западный ветер дует круглый год с запада на восток в полосе от 40 до 60° южной широты вдоль кромки дрейфующих льдов Антарктиды. Это самый сильный постоянный ветер. Его сила достигает 8-10 баллов и редко бывает менее 5 баллов (по шкале Бофорта). Зона распространения до 40 км в сторону суши и моря и высота от 200 до 300 м.
Особые местные условия рельефа земной поверхности (моря, горы) вызывают местные ветры: бризы и муссоны. Суша днем нагревается сильнее чем поверхность моря (частично нагрев тратится на испарение воды). Нагретый воздух менее плотный устремляется вверх, холодный морской устремляется на сушу, а с суши на море, т.е. возникает циркуляция воздуха – внизу – с моря – на сушу – вверху – с суши – на море. Ночью над сушей воздух остывает быстрее, чем над морем и все наоборот: внизу суша – море, вверху море – суша.
|
|
Основные ветровые зоны
Во многих прибрежных районах при установившейся погоде ветер в течение дня следует за солнцем по часовой стрелке. На эти общие схемы обычно накладываются суточные колебания ветра, определяемые разнообразными факторами, прежде всего местными условиями. Поэтому их изучение всегда приносит пользу при прогнозировании поведения ветра.
Одна из разновидностей прибрежного ветра, с которой приходится иметь дело, это бриз - ветер, изменяющий свое направление в течение суток. Днем он дует с моря на более нагретый берег (морской или дневной бриз), ночью - с быстро остывающего берега на более теплое море (береговой или ночной бриз). Для возникновения бриза разность температур должна составлять несколько градусов. Там где солнце жаркое, а суша каменистая или песчаная и быстро нагревается до значительной температуры, бризы сильнее и распространяются в море на большие расстояния. Морские бризы образуются при нагревании поверхности солнечными лучами, поэтому бризы почти не возникают при сплошной облачности. Летом бриз начинает ощущаться только в разгар утра, когда солнце достаточно прогрело сушу. После полудня, когда солнце начинает спускаться к горизонту бриз стихает.
Скорость ветра
Единицы измерения – м/с, км/час. Ранее широко использовалась шкала Бофорта (сейчас широко применяется в морской практике). Шкала Бофорта – условная шкала в баллах. 12-бальная шкала была предложена Бофортом в
1805 г.
Сила ветра по шкале Бофорта и ее влияние на ветроустановки и условия их работы
Баллы Бофорта | Скорость ветра, м/с | Характеристика силы ветра | Наблюдаемые эффекты действия | Воздействие ветра на ВЭУ | Условия для работы ВЭУ | |
0,0-0,4 | Штиль | Дым из труб поднимается вертикально | Нет | Отсутствуют | ||
0,4-1,8 | Тихий | Дым поднимается не совсем отвесно, но флюгеры неподвижны. На воде поднимается рябь | Нет | Отсутствуют | ||
1,8-3,5 | Легкий | Ветер ощущается лицом, шелестят листья, на воде отчетливое волнение | Нет | Плохие для всех установок | ||
3,6-5,8 | Слабый | Колеблются листья на деревьях, развиваются легкие флаги, на отдельных волнах появляются барашки | Начинают вращаться тихоходные ветроко-леса | Удовлетворительные для работы насосов и некоторых аэрогенераторов | ||
5,8-8,5 | Умеренный | Колеблются тонкие ветки деревьев, поднимается пыль и клочки бумаги, на воде много барашков | Начинают вращаться колеса ветрогенерато-ров | Хорошие для аэрогенераторов | ||
8,5-11 | Свежий | Начинают раскачиваться лиственные деревья, все волны в барашках, | Мощность ВЭУ достигает 30% проектной | Очень хорошие | ||
11-14 | Сильный | Раскачиваются большие ветки деревьев, гудят телефонные провода, пенятся гребни волн | Мощность в расчетном диапазоне близка к максимальной | Приемлемы для прочных малогабаритных установок | ||
14-17 | Крепкий | Все деревья раскачиваются, с гребней волн срывается пена | Максимальная мощность | Предельно допустимые | ||
17-21 | Очень крепкий | Ломаются ветки деревьев, трудно идти против ветра, с волн срываются клочья пены | Ряд ветроустано-вок начинает отключаться | Недопустимые | ||
21-25 | Шторм | Небольшие разрушения, срываются дымовые трубы | Все установки отключаются | Недопустимые | ||
25-29 | Сильный шторм | Значительные разрушения, деревья вырываются с корнем | Предельные нагрузки | Недопустимые | ||
29-34 | Жесткий шторм | Широкомасштабные разрушения | Повреждения некоторых установок | Недопустимые | ||
Более 34 | Ураган | Опустошительные разрушения | Серьезные повреждения, вплоть до разрушения установок | Недопустимые |
|
|