Войти
Cirrus ледяные кристаллы uncinus, показывающие высокий сдвиг ветра, с изменениями скорости и направления ветра. сдвиг ветра (или сдвиг ветра ), иногда называемый градиент ветра, представляет собой разницу в ветер скорость или направление на относительно коротком расстоянии в атмосфере. Сдвиг атмосферного ветра обычно описывается как вертикальный или горизонтальный сдвиг ветра. Вертикальный сдвиг ветра - это изменение скорости или направления ветра с изменением высоты. Горизонтальный сдвиг ветра - это изменение скорости ветра с изменением бокового положения для заданной высоты.
Сдвиг ветра - это микромасштабное метеорологическое явление, возникающее на очень небольшом расстоянии, но с ним может быть связано с мезомасштабом или синоптическим масштабом погодные особенности, такие как линии шквалов и холодные фронты. Обычно наблюдается около микропорывов и нисходящих выбросов, вызванных грозами, фронтами, местами с более сильными ветрами на малых высотах, называемыми струями низкого уровня, около горы, радиационные инверсии, возникающие из-за ясного неба и тихого ветра, зданий, ветряных турбин и парусников. Сдвиг ветра оказывает значительное влияние на управление воздушным судном и был единственной причиной многих авиационных происшествий или способствовал их возникновению.
Сдвиг ветра иногда испытывают пешеходы на уровне земли, когда они идут по площади к башне и внезапно сталкиваются с сильным ветровым потоком, который обтекает основание башни.
На движение звука в атмосфере влияет сдвиг ветра, который может искривлять фронт волны, в результате чего звуки будут слышны там, где они обычно не слышны, или наоборот. Сильный вертикальный сдвиг ветра в тропосфере также тормозит развитие тропических циклонов, но помогает организовать отдельные грозы в более длительные жизненные циклы, которые затем могут вызвать суровую погоду. Концепция термического ветра объясняет, как различия в скорости ветра на разных высотах зависят от горизонтальной разницы температур, и объясняет существование струйного течения.
нисходящего ветра с ассоциированным virga позволить этим облакам в восточном небе в сумерках имитировать северное сияние в пустыне Мохаве относится к сдвигу ветра к изменению ветра на горизонтальных или вертикальных расстояниях. Пилоты самолетов обычно рассматривают значительный сдвиг ветра как изменение скорости полета по горизонтали на 30 узлов (15 м / с) для легких самолетов и около 45 узлов (23 м / с) для авиалайнеров на высоте полета. Изменения вертикальной скорости более 4,9 узла (2,5 м / с) также квалифицируются как значительный сдвиг ветра для самолетов. Сдвиг ветра на малых высотах может иметь катастрофические последствия для воздушной скорости самолета во время взлета и посадки, и пилотов авиалайнеров обучают избегать любых микропорывов сдвига ветра (потери встречного ветра более 30 узлов [15 м / с]). Обоснование этого дополнительного предостережения включает:
Сдвиг ветра также является ключевым фактором в создании сильных гроз. Дополнительная опасность турбулентности часто связана со сдвигом ветра.
Схема микровзрыва из НАСА. Обратите внимание на движение воздуха вниз, пока он не достигнет уровня земли, а затем распространился во всех направлениях. Ветровой режим при микровзоре полностью противоположен торнадо. Погодные ситуации, при которых наблюдается сдвиг, включают:
Погодные фронты - это границы между двумя массами воздух с разной плотностью или разными температурными и влажностными свойствами, которые обычно являются зонами конвергенции в поле ветра и являются основной причиной сильных погодных условий. В рамках анализа приземной погоды они изображаются с помощью разноцветных линий и символов. Воздушные массы обычно различаются температурой, а также могут отличаться влажностью. Вблизи этих границ возникает сдвиг ветра по горизонтали. Холодные фронты имеют узкие полосы гроз и суровую погоду, и им могут предшествовать линии шквала и сухие линии. Холодные фронты представляют собой более резкие границы поверхности с более значительным горизонтальным сдвигом ветра, чем теплые фронты. Когда фронт становится стационарным, он может выродиться в линию, разделяющую области с разной скоростью ветра, известную как линия сдвига, хотя направление ветра поперек фронта обычно остается постоянным. В тропиках, тропические волны движутся с востока на запад через Атлантический и восточный Тихоокеанский бассейны. Направленный сдвиг и сдвиг скорости могут происходить поперек оси более сильных тропических волн, поскольку северные ветры предшествуют оси волн, а юго-восточные ветры видны позади оси волны. Горизонтальный сдвиг ветра также может происходить вдоль границ местного сухого бриза и морского бриза.
Воспроизвести медиа Сдвиг ветра вдоль побережья с низкоуровневыми облаками, движущимися на восток и облака более высокого уровня, движущиеся к юго-западу Сила ветра на море почти вдвое превышает скорость ветра, наблюдаемую на суше. Это объясняется различиями в трении между сушей и прибрежными водами. Иногда есть даже различия в направлениях, особенно если местные морские бризы изменяют ветер на берегу в дневное время.
Термический ветер - это метеорологический термин не относится к фактическому ветру, а к разнице в геострофическом ветре между двумя уровнями давления p1и p 0, при p 1< p0; по сути, сдвиг ветра. Он присутствует только в атмосфере с горизонтальными изменениями температуры (или в океане с горизонтальными градиентами плотности ), то есть бароклинностью. В баротропной атмосфере, где температура однородна, геострофический ветер не зависит от высоты. Название происходит от того факта, что этот ветер обтекает области с низкой (и высокой) температурой так же, как геострофический ветер обтекает области низкой (и высокой ) давление.
Уравнение теплового ветра:
где φ - поля геопотенциальной высоты с φ1>φ0, f - параметр Кориолиса, а k - направленный вверх единичный вектор в вертикальном направлении. Уравнение термического ветра не определяет ветер в тропиках. Так как f мало или равно нулю, например, около экватора, уравнение сводится к утверждению, что ∇ (φ1− φ0) мало.
Это уравнение в основном описывает существование струйного течения, западного потока воздуха. с максимальной скоростью ветра, близкой к тропопаузе, которая является (хотя другие факторы также важны) результатом температурного контраста между экватором и полюсом.
Сильный сдвиг ветра в высокой тропосфере формирует форму наковальни этого зрелого кучево-дождевого облака или грозы. Тропические циклоны, по сути, являются тепловыми двигателями, которые работают за счет температурного градиента между теплой тропической поверхностью океана и более холодными верхними слоями атмосферы. Для развития тропических циклонов требуются относительно низкие значения вертикального сдвига ветра, чтобы их теплое ядро могло оставаться над центром их поверхностной циркуляции, тем самым способствуя интенсификации. Вертикальный сдвиг ветра разрывает «механизмы» теплового двигателя, вызывая его выход из строя. Сильно раздробленные тропические циклоны ослабевают, поскольку верхняя циркуляция сдувается от центра нижнего уровня.
Вертикальный сдвиг ветра в условиях тропического циклона очень важен. Когда сдвиг ветра слабый, штормы, являющиеся частью циклона, нарастают вертикально, и скрытое тепло от конденсации выделяется в воздух непосредственно над штормом, способствуя его развитию. Когда есть более сильный сдвиг ветра, это означает, что штормы становятся более наклонными и скрытое тепловыделение рассеивается на гораздо большей площади.
Сильные грозы, которые может порождать торнадо и ливни, требовать сдвига ветра для организации шторма таким образом, чтобы гроза сохранялась в течение более длительного периода времени. Это происходит, когда приток шторма отделяется от его оттока, охлаждаемого дождем. Усиливающаяся ночная или ночная струя на малых высотах может увеличить потенциал суровой погоды за счет увеличения вертикального сдвига ветра в тропосфере. Грозы в атмосфере практически без вертикального сдвига ветра ослабевают, как только они направляют границу оттока во всех направлениях, что затем быстро перекрывает приток относительно теплого влажного воздуха и убивает грозу.
Изображение того места, где находится пограничный слой планеты в солнечный день Атмосферный эффект трения поверхности с поднятым ветром заставляет поверхностный ветер замедляться и возвращаться против часовой стрелки у поверхности Земли, дующий внутрь через изобары ( линии равного давления), по сравнению с ветрами в потоке без трения над земной поверхностью. Этот слой, в котором трение замедляется и меняет ветер, известен как планетарный пограничный слой, иногда слой Экмана, и он наиболее толстый днем и самый тонкий ночью. Дневное отопление увеличивает толщину пограничного слоя, поскольку ветер у поверхности все больше смешивается с ветром наверху из-за инсоляции или солнечного нагрева. Радиационное охлаждение в ночное время дополнительно усиливает ветровую развязку между ветрами у поверхности и ветрами над пограничным слоем, успокаивая приземный ветер, что увеличивает сдвиг ветра. Эти изменения ветра приводят к сдвигу ветра между пограничным слоем и ветром наверху, и это особенно заметно ночью.
Запуск планера с земли под воздействием сдвига ветра. При планировании градиенты ветра непосредственно над поверхностью влияют на фазы взлета и посадки самолета планер. Градиент ветра может иметь заметное влияние на запуски с земли, также известные как запуски лебедки или запуски троса. Если градиент ветра значительный или внезапный, или и то, и другое, и пилот сохраняет ту же высоту тангажа, указанная воздушная скорость увеличится, возможно, превысив максимальную скорость буксировки с земли. Пилот должен регулировать воздушную скорость, чтобы справиться с эффектом градиента.
При приземлении сдвиг ветра также представляет опасность, особенно при сильном ветре. По мере того, как планер спускается через градиент ветра на конечном этапе захода на посадку, скорость полета уменьшается, а скорость снижения увеличивается, и времени для ускорения до контакта с землей недостаточно. Пилот должен предвидеть градиент ветра и использовать более высокую скорость захода на посадку, чтобы компенсировать его.
Сдвиг ветра также представляет опасность для самолета, выполняющего крутые повороты у земли. Это особая проблема для планеров, которые имеют относительно большой размах крыла, что подвергает их большей разнице в скорости ветра для данного угла крена. Различная воздушная скорость, испытываемая каждым концом крыла, может привести к аэродинамическому срыву на одном крыле, что приведет к аварии с потерей управления.
Сдвиг ветра или градиенты ветра представляют угрозу для парашютистов, особенно на БЕЙС-джампинг и полет в вингсьюте. Парашютисты были сбиты с курса из-за внезапных изменений направления и скорости ветра и столкнулись с мостами, скалами, деревьями, другими парашютистами, землей и другими препятствиями. Парашютисты регулярно корректируют положение своих открытых куполов, чтобы компенсировать изменения направления при приземлении, чтобы предотвратить несчастные случаи, такие как столкновения куполов и инверсия купола.
Парение, связанное со сдвигом ветра, также называемое динамическое парение, - это техника, используемая парящими птицами, такими как альбатросы, которые могут поддерживать полет без взмахов крыльев. Если сдвиг ветра имеет достаточную величину, птица может взобраться на градиент ветра, меняя скорость относительно земли на высоту, сохраняя при этом воздушную скорость. Затем, поворачиваясь по ветру и ныряя сквозь градиент ветра, они также могут получить энергию. Его также редко использовали пилоты-планеры.
Сдвиг ветра также может создавать волну. Это происходит, когда атмосферная инверсия разделяет два слоя с заметной разницей в направлении ветра. Если ветер сталкивается с искажениями в инверсионном слое, вызванными термиками, поднимающимися снизу, он создаст значительные поперечные волны, которые можно использовать для парения.
Эффект сдвига ветра на траектории самолета. Обратите внимание, как простая корректировка начального фронта порыва может иметь ужасные последствия. Сильный отток от грозы вызывает быстрые изменения трехмерной скорости ветра чуть выше уровня земли. Первоначально этот отток вызывает встречный ветер, который увеличивает скорость полета, что обычно заставляет пилота снижать мощность двигателя, если он не знает о сдвиге ветра. Когда самолет входит в зону нисходящего потока, локальный встречный ветер уменьшается, уменьшая скорость полета самолета и увеличивая его скорость снижения. Затем, когда самолет проходит через другую сторону нисходящего потока, встречный ветер становится попутным, уменьшая подъемную силу, создаваемую крыльями, и оставляя самолет в режиме снижения с малой мощностью и низкой скоростью. Это может привести к аварии, если летательный аппарат находится слишком низко, чтобы выполнить восстановление до контакта с землей.
Обломки хвостовой части рейса 191 Delta Air Lines после того, как микровзрыв врезался в землю. На заднем плане виден другой самолет, летящий позади места крушения. В результате происшествий 1970-х и 1980-х годов, особенно после крушения в 1985 году самолета рейса 191 Delta Air Lines в 1985 году. Федеральное управление гражданской авиации США обязало к 1993 году установить на всех коммерческих самолетах бортовые системы обнаружения сдвига ветра. В период с 1964 по 1985 год сдвиг ветра непосредственно вызывал или способствовал возникновению 26 основных гражданских транспортных самолетов. несчастные случаи в США, которые привели к 620 смертельным случаям и 200 травмам. С 1995 года количество крупных авиационных происшествий с гражданскими воздушными судами, вызванных сдвигом ветра, снизилось примерно до одного каждые десять лет благодаря обязательному обнаружению на борту, а также добавлению доплеровских метеорологических радаров на земле. (NEXRAD ). Установка станций оконечных доплеровских метеорологических радаров с высоким разрешением во многих аэропортах США, которые обычно подвержены сдвигу ветра, дополнительно способствовала способности пилотов и наземных диспетчеров избегать условий сдвига ветра.
Сдвиг ветра влияет на парусники в движении, представляя разные скорость и направление ветра на разных высотах вдоль мачты. Влияние сдвига ветра на малых высотах можно учесть при выборе скручивания паруса в конструкции паруса, но это может быть трудно предсказать, поскольку сдвиг ветра может широко варьироваться в различных погодных условиях. Моряки могут также отрегулировать дифферент паруса для учета сдвига ветра на малой высоте, например, с помощью отбойника стрелы.
Сдвиг ветра может иметь ярко выраженный эффект. при распространении звука в нижних слоях атмосферы, где волны могут «искривляться» из-за явления преломления. Слышимость звуков от отдаленных источников, таких как гром или выстрелы, очень зависит от величины сдвига. Результат этих различных уровней звука является ключевым при рассмотрении шумового загрязнения, например, от шума проезжей части и авиационного шума, и его следует учитывать при разработке шумозащитные экраны. Это явление было впервые применено к области исследования шумового загрязнения в 1960-х годах, что способствовало проектированию городских магистралей, а также шумовых барьеров.
Годограф векторов ветра при различных высоты в тропосфере. Метеорологи могут использовать этот график для оценки вертикального сдвига ветра при прогнозировании погоды. (Источник: NOAA )Скорость звука зависит от температуры. Поскольку температура и скорость звука обычно снижаются с увеличением высоты, звук преломляется вверх, от слушателей на земли, создавая акустическую тень на некотором расстоянии от источника. В 1862 году, во время Гражданской войны в США Битва при Юке, считалось, что акустическая тень быть усиленным северо-восточным ветром, удерживало две дивизии солдат Союза вне боя, потому что они не могли слышать звуки боя только в шести милях по ветру.
Ветровая техника - это область инженерии, посвященная анализу воздействия ветра на естественную и искусственную среду. Сюда входят сильные ветры, которые могут вызывать дискомфорт, а также экстремальные такие ветры, как торнадо, ураганы и штормы, которые могут вызвать широкомасштабные разрушения. Ветровая техника опирается на метеорологию, аэродинамику и ряд специальных инженерных дисциплин. Используемые инструменты включают модели климата, аэродинамические трубы пограничного слоя атмосферы и численные модели. Он включает, среди прочего, то, как здания, подверженные воздействию ветра, должны учитываться при проектировании.
Ветровые турбины подвержены влиянию сдвига ветра. Вертикальные профили скорости ветра приводят к разной скорости ветра у лопастей, ближайших к уровню земли, по сравнению с теми, которые находятся на вершине хода лопастей, что, в свою очередь, влияет на работу турбины. Этот слабый сдвиг ветра может создавать большой изгибающий момент в валу двухлопастной турбины, когда лопасти находятся в вертикальном положении. Уменьшение сдвига ветра над водой означает, что на мелководье можно использовать более короткие и менее дорогие башни ветряных турбин.
