Ветер меняет направление в течение дня прежде всего потому, что солнечный нагрев и ночное охлаждение постоянно перестраивают температуру, давление и движение воздуха у поверхности. Земля, вода, склоны, леса и городские кварталы нагреваются неодинаково, поэтому утром, днём и вечером могут возникать разные местные воздушные потоки. Кроме того, дневная турбулентность смешивает приземный воздух с ветром выше, а ночью это перемешивание ослабевает.
Что вообще определяет направление ветра
Ветер возникает из-за различий атмосферного давления. Воздух стремится перемещаться из области более высокого давления в область более низкого, но его путь получается не прямым. На движение влияют вращение Земли, трение о поверхность, рельеф и соседние воздушные потоки.
Направление ветра называют по той стороне горизонта, откуда он дует. Северный ветер движется с севера на юг, а западный – с запада на восток. Поэтому фраза «ветер повернул с южного на западный» означает, что источник потока сместился с юга к западу.
На большой территории основное направление часто задаёт циклон, антициклон или атмосферный фронт. Но возле земли к этому крупномасштабному потоку добавляются местные ветры. Именно они нередко создают заметный суточный ритм.
Как дневной нагрев перестраивает воздух у земли
Самые сильные суточные изменения происходят в атмосферном пограничном слое – нижней части тропосферы, непосредственно связанной с земной поверхностью. Здесь воздух испытывает трение о почву, растительность, здания и неровности рельефа.
После восхода Солнца поверхность начинает нагреваться. Она передаёт тепло прилегающему воздуху, тёплые порции поднимаются, а более прохладные опускаются на их место. Возникают восходящие потоки и турбулентные вихри. Пограничный слой становится глубже и лучше перемешивается.
Выше над землёй ветер обычно сильнее и может быть направлен немного иначе, потому что там слабее трение. Дневная турбулентность переносит часть этого движения вниз. В результате приземный ветер часто усиливается, становится порывистым и поворачивает ближе к направлению ветра на высоте.
Такое изменение не обязано происходить каждый день одинаково. Оно зависит от того, какой ветер дует над пограничным слоем, насколько сильно прогрелась поверхность и есть ли облака. Поэтому нельзя утверждать, что днём ветер всегда поворачивает строго вправо или строго в одну определённую сторону.
Что происходит после захода Солнца
Вечером земля перестаёт получать прямое солнечное тепло и начинает быстро остывать. Воздух у поверхности тоже охлаждается. Холодный слой становится более плотным и устойчивым, поэтому вертикальные перемещения ослабевают.
Ночной пограничный слой обычно тоньше дневного. Приземный воздух хуже смешивается с более быстрым потоком наверху и в некоторой степени отделяется от него. Из-за этого ветер у земли часто слабеет и может повернуть в сторону, определяемую местным рельефом или небольшими перепадами давления.
Именно поэтому в открытой местности нередко наблюдается такая картина: днём ветер ощутимый и порывистый, после заката он стихает, а к ночи начинает дуть с другого направления. Выше над землёй при этом движение воздуха может почти не измениться.
Почему на побережье ветер может развернуться
Один из самых наглядных примеров – морской и сухопутный бриз. Суша нагревается и остывает быстрее воды. Днём берег становится теплее моря. Воздух над сушей прогревается, расширяется и поднимается, а более прохладный воздух со стороны воды устремляется к берегу. Возникает морской бриз.
Его приход может ощущаться как довольно резкая смена направления ветра. Одновременно температура иногда немного понижается, а влажность повышается. Передняя граница морского бриза способна продвигаться от берега вглубь суши.
Ночью ситуация меняется. Суша быстро охлаждается, тогда как вода дольше сохраняет тепло. При подходящих условиях у поверхности формируется поток от берега к морю – сухопутный бриз. Он обычно слабее дневного морского бриза, но всё равно способен изменить направление ветра возле берега.
Фактический ветер не всегда идёт точно перпендикулярно береговой линии. Его направление зависит от формы побережья и общего атмосферного потока. Сильный ветер, связанный с циклоном или антициклоном, может ослабить бриз, сместить время его появления или полностью его подавить.
Как рельеф создаёт дневные и ночные ветры
В горах и долинах суточная смена направления связана с нагревом и охлаждением склонов. Днём освещённый склон нагревает прилегающий воздух. Этот воздух становится легче и движется вверх по склону. Потоки с разных склонов могут объединяться в ветер, направленный вверх по долине.
После заката склоны быстро теряют тепло. Соприкасающийся с ними воздух охлаждается, становится плотнее и стекает вниз под действием силы тяжести. Возникает нисходящий, или катабатический, поток. В долине он часто направлен противоположно дневному ветру.
Форма местности дополнительно направляет воздух. Узкая долина работает как канал, поэтому даже слабый общий поток может развернуться вдоль её оси. Холмы, перевалы, лесные массивы и городская застройка тоже отклоняют ветер, создают завихрения и усиливают его в отдельных местах.
Поэтому два населённых пункта, расположенные сравнительно близко, могут в одно и то же время наблюдать ветер с разных сторон. Один находится на открытой равнине, другой – у склона или в долине, где местная циркуляция сильнее.
Когда суточная смена направления заметнее всего
Регулярный суточный ход лучше проявляется при ясной или малооблачной погоде и сравнительно слабом общем ветре. Днём солнечные лучи тогда сильнее прогревают поверхность, а ночью она активнее охлаждается. Контраст между дневным и ночным состоянием пограничного слоя получается особенно выраженным.
Плотная облачность уменьшает этот контраст. Облака днём ограничивают нагрев, а ночью замедляют охлаждение поверхности. Поэтому местные бризы и склоновые ветры могут стать слабее.
Имеет значение и тип поверхности. Сухая почва, камень и асфальт способны быстро нагреваться. Вода реагирует медленнее благодаря большой теплоёмкости и перемешиванию. Влажная почва расходует часть полученной энергии на испарение, поэтому нагревается иначе, чем сухая. Все эти различия меняют местные перепады температуры и давления.
Сезон тоже важен. Летом при сильном солнечном нагреве дневное перемешивание обычно активнее. Однако конкретный результат зависит от региона, облачности, состояния почвы, температуры водоёма и фоновой погоды.
Почему ветер иногда меняется внезапно, а не постепенно
Не всякая смена направления связана с обычным суточным циклом. При прохождении холодного или тёплого фронта ветер может повернуть из-за смены воздушной массы и распределения давления. Такой поворот бывает заметным в любое время суток.
Грозовая туча также способна быстро изменить ветер. Охлаждённый воздух опускается под облаком, растекается у земли и образует порывистый выходящий поток. До грозы воздух мог двигаться в одну сторону, а после прихода этого потока – почти в противоположную.
Кратковременные изменения создают и отдельные порывы. Возле домов, деревьев и холмов поток распадается на вихри, поэтому флюгер может несколько раз повернуться за минуту. Это не обязательно означает, что вся воздушная масса над районом сменила направление.
Пример обычного дня у моря
Ранним утром на берегу ветер может быть слабым, дуть от суши или вдоль побережья. По мере нагрева земли давление у поверхности перераспределяется, и ближе к полудню начинает усиливаться поток с моря. После прохождения границы бриза ветер заметно поворачивает и становится прохладнее.
К вечеру нагрев ослабевает. Морской бриз постепенно теряет силу, некоторое время наступает штиль или сохраняется остаточный ветер вдоль берега. Позднее, если ночь ясная и общий атмосферный поток слабый, может установиться сухопутный бриз в сторону моря.
В другой день эта последовательность окажется иной. Например, сильный западный ветер, связанный с крупным циклоном, сохранит направление с утра до ночи и не позволит местному бризу проявиться. Поэтому суточная смена – распространённая закономерность, но не обязательное правило.
Вращается ли ветер вслед за Солнцем
Ветер не поворачивает просто потому, что Солнце перемещается по небу. Солнечный свет действует косвенно – он неравномерно нагревает земную поверхность, а уже различия температуры меняют плотность воздуха, давление и интенсивность перемешивания.
Не следует ожидать и обязательного разворота на 180 градусов. Полная противоположность направлений характерна лишь для некоторых местных систем в подходящих условиях. Чаще ветер поворачивает на меньший угол, временно становится переменным или меняется под совместным действием нескольких причин.
Короткий итог
В течение дня направление ветра меняется из-за сочетания трёх процессов: неравномерного нагрева поверхности, суточной перестройки атмосферного пограничного слоя и местного влияния воды и рельефа. На побережье возникают морские и сухопутные бризы, в горах – восходящие и нисходящие склоновые потоки, а на равнине дневное перемешивание переносит к земле движение воздуха с высоты. Сильные фронты, циклоны и грозы могут перекрыть этот ритм и изменить ветер независимо от времени суток.
