Tuuli on ilmavirta, joka liikkuu yleensä vaakasuunnassa korkean ilmakehän painealueelta matalan alueen alueelle. Sen pääominaisuudet ovat suunta, lujuus ja kesto.
Kuinka tuuli muodostuu?
Tuulen muodostumisen pääsyy on ilmakehän paineen epätasainen jakautuminen. Maapallon pintaan ulottuvat auringonsäteet kuumentavat valtamerta ja maata. Lisäksi lämpötila planeettamme eri osissa nousee epätasaisesti.
Esimerkiksi päiväntasaajan vyöhyke ja vastaavat hihnat kuumennetaan eniten. Meriveden lämpötila nousee vähemmän intensiivisesti kuin maan lämpötila, mutta vesimuodostumat pitävät lämpöä pidempään.
Siten myös ilmamassat kuumenevat epätasaisesti. Eri paineilla sijaitsevat vyöhykkeet muodostuvat, mikä johtaa ilmankiertoon. Joten, lämmitetyt virtaukset (nousevat) matalapainevyöhykkeeltä nousevat ylös. Samaan aikaan jäähdytetty ilma (alaspäin virtaava) laskee ja ryntää matalapainealueelle.
Maan ilmapiiri ei pysähdy hetkeksikään. Ilmankierto on luonteeltaan globaalia. Kun massiiviset lämmin- ja kylmäilmavirrat törmäävät, syntyy erityisen voimakkaita tuulia.
Tuulen nopeuden luokittelu pisteinä Beaufort-asteikolla
Maailmassa on tapana erottaa tuuli nopeudella ja voimakkuudella pisteissä 0–12. Tätä varten käytetään Irlannin merimiehen, kartografin ja armeijan amiraalin Francis Beaufortin kehittämää Beaufort-asteikkoa.
Beaufortilla oli monia ansioita ja kykyjä, mutta hän sai maailmanlaajuista mainetta juuri tämän mittakaavan ansiosta. Palvelunsa aikana laivastossa Francis tarkkaili säännöllisesti tuulta. Hän kirjoitti tiedot päiväkirjaan. Tulevaisuudessa havainnot auttoivat häntä kehittämään mittakaavaa, joka hyväksyttiin virallisesti vuonna 1838.
Mielenkiintoinen fakta: osoittaakseen kunnioitusta Francis Beaufortin arvostetuille palveluille, hänet nimettiin meren, Etelämantereen saaren ja Pohjois-Kanadan niemin mukaan.
1900-luvulla Beaufortin asteikko valmistui: 12 pisteen järjestelmä laajennettiin 17: ään, jotta erityisen voimakkaat tuulet, kuten taifuunit, voitaisiin luokitella. Laajennettua versiota käytetään kuitenkin vain niillä alueilla, joilla tällaisia taifuuneja esiintyy melko usein (Kiina, Taiwan jne.).
Beaufort-asteikon mukaan tuulen voimakkuus määräytyy kahdella kriteerillä:
- jännitystä avomerellä;
- tuulen vaikutus maa-esineisiin.
Vastaavasti on 2 taulukkoa: yksi maata varten, toinen avointa merta varten. Maa-taulukko näyttää tuulen voimakkuuden ja nopeuden metreinä sekunnissa. Toisessa vaihtoehdossa tuulen nopeus ilmoitetaan solmuina. Molemmat asteikot ilmaisevat yhteisiä piirteitä, jotka voivat määrittää ilmavirran voimakkuuden.
Tuulen suunta
Tuulen suunta riippuu pääasiassa ilmakehän paine-erosta ja maan pyörimisestä. On huomattu, että planeetan napoilla vallitsee itätuulet. Kummankin pallonpuoliskon lauhkealla alueella tuulet puhaltavat länteen.
Trooppisella vyöhykkeellä on itään suuntautuvia ilmavirtoja. On myös suuria alueita, joilla tuuli liikkuu pystysuunnassa noudattaen matalan ja korkean ilmanpaineen sääntöä. Nämä ovat subtrooppisia ja subpolaarisia vyöhykkeitä.
Klimatologiassa ja meteorologiassa on käsite tuulen ruususta. Tämä on vektorityyppinen kaavio, joka näyttää tuulen tilan tietyllä alueella jatkuvan havainnon perusteella.
Tuulen ruusu on monikulmio, jonka säteet poikkeavat kaavion keskustasta. Kunkin palkin pituuden perusteella voit arvioida kuinka usein tuuli puhaltaa tiettyyn suuntaan. Nämä tiedot otetaan huomioon infrastruktuurin rakentamisen yhteydessä (tiet, laskukaiteet jne.) Ja monilla muilla aloilla.
Mielenkiintoinen fakta: Todellisessa tuulen ruusussa on välttämättä erilaisia säteitä. Jos kaikki kuvan säteet jakautuvat tasaisesti, tämä on vain graafinen esitys pääpisteistä.
Tuuletyypit
Pääluokituksen mukaan tuulet jaetaan vakio- (tai hallitsevaan) ja kausiluonteiseen.
Kutsutaan pysyviä tuulia, jotka eivät muuta suuntaa. Ne muodostuvat korkea- ja matalapainevyöhykkeiden kosketuksesta. Kausituulet muuttavat vastaavasti suuntaansa kulloisestakin vuodenajasta riippuen.
Erillisen luokan tekevät myös paikalliset tuulet. Nämä ovat ilmamassoja, jotka kiertävät vain tietyillä planeetan alueilla. Lisäksi ne määrittävät tämän alueen ilmasto-olosuhteet.
Pysyvä
Tuulen lajikkeet:
- kaupan tuulet;
- Läntinen
- Itä.
Kauppatuulet - tuulet, jotka puhaltavat idästä tropiikan välillä ja kiiruhtavat päiväntasaajalle. Ne erottaa tuuleton kaistale. Kauppatuulet ohjaavat trooppisia sykloneja länsisuuntaan.
Laukaiset länsituulet edustavat ilmavirtauksia, jotka vallitsevat lauhkeassa leveydessä - välillä 35-65 astetta pohjoiseen ja etelään. He siirtyvät lännestä itään.
Napa-alueiden itätuulet ohjataan korkeapainevyöhykkeiltä matalapaineisiin vyöhykkeisiin.
Kausiluonteinen
Kausituulet edustavat yhtä luokkaa - musonit. He ovat puhaltaneet tropiikissa useita kuukausia. Samanaikaisesti, kahdesti vuodessa, musonit muuttavat voimakkaasti suuntaansa.
Kesällä ilma virtaa valtamerestä maalle ja talvella päinvastoin - mantereelta valtamerelle. Monsoonit tuovat mukanaan suuren määrän sateita lämpimänä vuodenaikana. Tuulen muodostuminen tapahtuu Aasian itä- ja kaakkoosissa.
Paikallinen
Paikalliset tuulet ovat monimuotoisimpia. Niistä voidaan erottaa seuraavat tyypit:
- Breeze on lämmin ilmavirta meriveden ja rannikon risteyksessä. Vaihtaa suuntaa kahdesti päivässä. Päivän aikana tuuli puhaltaa merestä maahan, yöllä - rannikolta kohti merta.
- Samum on aavikon tyyppinen kuiva tuuli, joka kantaa valtavia hiekkamassoja. Sitä löytyy Afrikan aavikoista ja Arabian niemimaalta.
- Sirocco - ilmavirta Pohjois-Afrikan ja Välimeren yli, joilla on lounais- ja eteläsuunta.
- Bora - tuulet muodostuvat alueilta, joilla vuoret rajoittavat merta. Purojen lämpötila riippuu vuodenajasta. Suunta on vuorilta merelle.
- Fönn - tuulen puhaltamat puuskat vuorilta laaksoja kohti. Sille on ominaista kuivuus ja se johtuu korkeuden erosta pienellä alueella. Levinnyt Pohjois-Amerikan vuoristoalueille, Euraasiaan.
- Kuiva tuuli - ilmenee lauhkealla vyöhykkeellä stepien ja aavikkojen yli. Ilma on kuiva ja kuuma.
- Norder on Meksikonlahdella havaittu tuuli, joka puhaltaa pohjoisesta.
- Zuyd - nimi viittaa etelätuuliin, jota kohtataan pohjoisnavalla.
- Marshmallowit - ilmavirta Välimeren itäosassa, joka esiintyy lämpimänä vuodenaikana.
On myös epätavallisia tuulityyppejä, kuten tornado (Pohjois-Amerikasta löytynyt hirmumyrsky), habub (afrikkalaiset hiekkamyrskyt), lumimyrsky (Kanadan lumimyrsky kuten Siperian lumimyrsky), hamsin (kuuma gale Saudi-Arabiassa kestää noin 50 päivää) ja muut .
Kuinka tuulen nopeus mitataan?
Tuulen nopeuden mittaamiseksi keksittiin erityismittarit, nimeltään anemometrit. Ne ovat mekaanisia, ultraäänisiä ja lämpöisiä. Mekaaniset jaetaan kuppiin ja siipiin.
Kupin anemometriä pidetään yleisimmänä. Tällainen laite koostuu puolipallomaisista kulhoista ja roottorista. Tässä tapauksessa kulhot asennetaan roottoriin ja tuulen puhaltua ne alkavat pyöriä.
Tämän mittausmenetelmän perusta on paine-ero, jonka tuuli luo kulhojen kuperalle ja koveralle puolelle. Roottorin nopeus vastaa tuulen nopeutta.
Mikä määrittelee tuulen nopeuden ja voimakkuuden?
Tuulen nopeus riippuu siitä, kuinka suuri ero ilmakehän paineessa on alueiden välillä. Siten mitä nopeammin tuuli liikkuu, sitä suurempi on sen voimakkuuden osoitin, jolla virtaus vaikuttaa ympäröiviin esineisiin.
Voimme esimerkiksi ottaa kolme aluetta: yhdellä barometrillä se näyttää 765 mm elohopeakolonnia, toisella - 760, kolmannella - 750. Ensimmäiseltä alueelta puhaltava tuuli on kolmannella voimakkaampaa ja nopeampaa kuin toisella, koska paine-ero on suurempi. .
Mitkä tuulet aiheuttavat erilaisten virtojen muodostumisen?
Merivirrat ovat voimakkaita vesivirtoja, jotka liikkuvat jatkuvasti tai nousevat ajoittain merelle ja valtamerelle. Virtauksia syntyy useista syistä, joista yksi on tuuli.
Tuulen aiheuttamat virrat jaetaan kahteen tyyppiin:
- Ajo - muodostuu vain tuulen vaikutuksesta.
- Tuuli (yhdistetty) - syntyy paitsi tuulen voimakkuudesta myös eri veden tiheydestä, merenpinnan kaltevuudesta.
Virtaussuunta riippuu siitä, mihin suuntaan ilmavirta liikkuu. Tuulen virtaukset ovat aina vain pinnallisia. Voimakkaimpia niistä ovat länsituulet, joiden pituus on noin 30 000 km, samoin kuin Etelä-Passatin virtaukset.
Mielenkiintoinen fakta: Länsituulet tai Antarktiksen ympärystö ovat ainoat vesivirrat, jotka kulkevat kaikkien meridiaanien läpi.
Merivirrat aiheuttavat siten musonit, kauppa- ja länsituulet.
Miksi talvipaine on korkeampi kuin maalla kuin valtameressä ja päinvastoin kesällä?
Talvella manner jäähtyy nopeammin kuin merivedet. Siten ilma jäähtyy mantereen yli ja paine nousee. Vesipylvään yläpuolella ilma on lämpimämpää ja paine alhaisempi.
Kesällä havaitaan päinvastaista tilannetta. Maan pinta lämpenee nopeammin, joten sen yläpuolelle muodostuu matalapaineinen alue. Kylmän valtameren yli - korkea paine.
Tämä määrää myös monsuunien suunnan eri vuodenaikoina. Kesäinen monsuuni puhaltaa kohti mannermaata ja talvi monsuuni kohti merta.
Tuulen käyttö ihmisissä
Tuuli on alkeellinen energialähde, joka on lisäksi ympäristöystävällinen. Ja ekologian säilyttäminen on yksi ihmiskunnan nykyisistä päätehtävistä. Mielenkiintoista on, että tuulivoima on palvellut ihmisiä jo pitkään.
Aiemmin nämä olivat yksinkertaisimpia laitteita, kuten myllyt. Integroituja tuulivoimalaitoksia on rakenteilla, joiden avulla tuulivoima muunnetaan sähköksi.
Tuulienergia voidaan muuntaa seuraaviin energiamuotoihin:
- kineettinen - purjelaivojen liikkumiseen (aiemmin), ilmapallojen lennoilla;
- mekaaninen - veden pumppaamiseen ja viljan jauhamiseen (vanhentuneet menetelmät);
- sähkö - sähköntuotantoon.
Potentiaalisesti tuulienergia on kuudennella sijalla mahdollisten lähteiden luettelossa auringonsäteilyn, hiilen, uraanin, öljyn ja maakaasun jälkeen. Joten mahdollinen tuulivoimaloista saatava sähkön määrä on noin 25-700 TW vuodessa.
Mielenkiintoinen fakta: Globaalin tuulienergianeuvoston laskelmien mukaan aktiivinen tuulienergian kehitys vähentää ilmakehän päästöjä hiilidioksidilla 1,5 miljardilla tonnilla vuodessa.
Tuulienergian johtavat maat (2015):
- Kiina - 115 000 MW.
- USA - 65 000 MW.
- Saksa - 39 000 MW.
- Espanja - 22 000 MW.
- Intia - 22 000 MW.
- Iso-Britannia - 12 000 MW.
- Kanada - 10 000 MW.
- Ranska - 9 000 MW.
- Italia - 8000 MW.
- Brasilia - 6000 MW.
Venäjällä tuulienergia on heikosti kehittynyttä, ja siihen on useita syitä. Ensinnäkin keskimääräinen tuulen nopeus koko alueella on noin 5 m / s (vuosittaiset laskelmat). Tämä ei ole riittävä indikaattori vakioasennuksissa, joten lisälaitteiden kustannukset lisätään.
Toiseksi on edullista valita vakaat energialähteet, jotka ovat riippumattomia useista tekijöistä (erityisesti luonnollisista). Maamme tuulivoima liittyy moniin muihin puutteisiin, etenkin kun kyse on pienistä määristä. Esimerkiksi laitteiden korkeat kustannukset, ongelmallista käyttöä, järjestelmien ylläpitoa jne.
Arvo luonnossa
Tuuli on tärkein luonnollinen tekijä, joka vaikuttaa luonnon komponentteihin: ilmasto-olosuhteet, geologiset prosessit, kasvit, eläimet jne.
Tuulen tärkeimmät vaikutukset:
- Ympäröivien alueiden ilmastoa määrittävien voimakkaiden valtamerten virtausten synty.
- Maaperän eroosio pienten hiukkasten puhalluksen seurauksena.
- Uusien maanmuotojen muodostuminen. Esimerkiksi hiekan siirtäminen ja levittäminen tuulen kautta aiheuttaa hiekkadyynien esiintymisen.
- Aavikon pölykuljetus ja ilman pilaantuminen. Esimerkiksi kesällä kaupalliset tuulet puhaltavat pohjoisella pallonpuoliskolla. Samanaikaisesti ne lähestyvät vähitellen subtrooppisten aavikoiden alueita. Seurauksena Saharan pöly koko kauden ajan saapuu Pohjois-Amerikan kaakkoon.
- Tulipalojen leviäminen. Tuuli on yksi päätekijöistä, joka vaikuttaa tulipalojen, etenkin metsäpalojen, nopeaan leviämiseen.
- Vaikutus kasveihin. Ilmavirrat leviävät joidenkin kasvien siemenistä, rajoittavat puiden kasvua ja voivat myös kuljettaa kiinteitä hiukkasia aiheuttaa mekaanisia vaurioita.
- Vaikutukset eläimiin. Tuuli voimistaa kylmää yhdessä alhaisten lämpötilojen kanssa - tämä on tärkein näkökohta sen vaikutuksille eläimiin. Esimerkiksi pingviinit, linnut, hyönteiset pakotetaan sopeutumaan tuulen vaikutuksiin. Joillekin lajeille ilmamassajen liikkuminen on hyödyllistä - peurot tunnistavat petoeläimet kaukaa akuutin hajuajuuden takia.
Mielenkiintoinen fakta: Tunnetuimpia kasveja, jotka leviävät tuulen ansiosta, ovat voikukka, vaahtera, tumbleweed. Monien kasvien pölytys tapahtuu siitepölyn siirron vuoksi.
Miksi tuuli puhaltaa mereltä maalle päivällä ja päinvastoin yöllä?
Taustalla on lämpötila ja vastaava ilmakehän paine, kuten talvi / kesä-monsuunissa. Mutta maan ja merialueen rajalla muodostuvalla tuudella on oma nimensä - tuulta.
Päivän aikana maa lämpenee nopeammin kuin vesi, joten tuuli puhaltaa matalapainealueelle. Yöllä maan pinta jäähtyy nopeammin ja vesi pysyy lämpimänä, joten tuuli muuttaa suuntaa ja puhaltaa kohti merta.
Maapallon ulkopuolella
Maapallon ulkopuolella erotellaan useita tuulityyppejä:
- aurinko;
- planeettojen;
- ulkomaalainen.
Auringon tuuli ei ole ilmavirtojen liikettä, vaan plasma, jonka auringon ilmapiiri emittoi. Tämä ilmiö tapahtuu nopeudella noin 400 km / s. Heliosfääri on suuri osa tähtiävästä avaruudesta, joka ympäröi aurinkokuntaa ja jonka muodostaa aurinkotuuli.
Mielenkiintoinen fakta: Maan magneettikenttä estää tuulen pääsyn ilmakehään. Mutta joskus auringon välähdykset ovat niin voimakkaita, että aurinkotuuli silti murtuu tämän suojan läpi ja aiheuttaa aurora-, magneettimyrskyjä.
Planeettatuuli on kaasujen liike planeetan ylemmässä ilmakehässä. Tämän takia planeetta menettää kykynsä olla vuorovaikutuksessa muiden kaasuhiukkasten kanssa. Jos tällaisia prosesseja jatketaan monien vuosien ajan, planeetta voi menettää ilmakehän, vesivarastot jne.
Muilla planeetoilla on myös erilaisia tuulia. Venuksen kohdalla ne puhaltavat nopeudella 83 m / s ja voivat lentää planeetan ympäri muutamassa maapäivässä. Jupiterilla tuuli saavuttaa vähintään 100 m / s. Saturnuksen voimakkaimmat virrat ovat noin 375 m / s.
Mielenkiintoinen fakta: tiedetään, että Marsilla on useita tuuletyyppejä. Esimerkiksi pylväätornadot ja tuulet puhaltavat navoista nopeudella noin 110 m / s.