Движение воздуха

Определения и обозначения

Ветер — горизонтальное перемещение воздуха. Он возникает, когда между соседними участками есть различия атмосферного давления: воздух начинает двигаться от области высокого давления к области низкого. Это понятие помогает объяснить, почему воздух перемещается у поверхности Земли и как определить, откуда он дует.

Атмосферное давление — давление, которое оказывает воздух. Оно может различаться над соседними участками, если воздух там по-разному нагрет и движется по-разному. Именно разность давления приводит воздух в движение, поэтому при объяснении ветра важно сравнивать давление в разных местах.

Конвекция — перенос тепла потоками вещества, например воздуха. При нагревании воздух расширяется, становится менее плотным и обычно поднимается, а более холодный и плотный опускается. Так тепло перемещается вместе с воздухом, а его вертикальное движение связано с дальнейшим перераспределением воздушных масс.

Бриз — местный ветер на побережье, который меняет направление днём и ночью. Это происходит потому, что суша и вода нагреваются и остывают с разной скоростью. Понятие бриза показывает, как особенности местности создают повторяющиеся изменения ветра.

Как это устроено

Солнечные лучи нагревают земную поверхность неравномерно: одни участки получают больше тепла, другие — меньше. На это влияют свойства поверхности, например суша и вода нагреваются по-разному. Воздух у поверхности получает тепло от неё, поэтому над разными участками тоже устанавливается разная температура. Так появляется причина для движения воздушных масс: окружающий воздух оказывается неодинаковым по температуре и плотности.

Нагретый воздух расширяется, то есть занимает больший объём, и становится менее плотным. Находясь среди более холодного и плотного воздуха, он обычно поднимается вверх. Холодный воздух плотнее и опускается, занимая освободившееся место. Такое перемещение воздушных потоков переносит тепло и называется конвекцией; оно помогает понять, почему воздух движется не только горизонтально, но и вертикально.

Поднимающийся и опускающийся воздух распределяется над поверхностью неодинаково, поэтому в разных местах меняется атмосферное давление. Там, где воздуха у поверхности становится больше, давление обычно выше, а там, где его меньше, — ниже. Воздух стремится переместиться из области высокого давления в область низкого. Так вертикальные движения, начавшиеся из-за нагрева, связаны с горизонтальным перемещением воздуха.

Горизонтальное движение воздуха у поверхности называют ветром. Его направление показывает, откуда воздух приходит: например, при северном ветре он движется с севера. Чем сильнее различаются давление между участками, тем заметнее может быть стремление воздуха перемещаться. На реальный ветер также влияют условия местности: здания, холмы и другие преграды могут менять его скорость и направление.

На побережье особенно заметен бриз — ветер, связанный с разным нагреванием суши и воды. Днём суша обычно нагревается быстрее моря: воздух над берегом становится теплее и поднимается, а более прохладный воздух у поверхности движется с моря к суше. Ночью суша остывает быстрее воды, и теперь воздух над морем оказывается теплее. Из-за этого движение воздуха у поверхности меняет направление и дует с суши к морю.

Как неравномерный нагрев вызывает движение воздуха

В таблице показана последовательность изменений над более нагретым и менее нагретым участками. Сравнивайте каждую строку по горизонтали, чтобы увидеть, чем отличаются условия над двумя участками. Затем проследите строки сверху вниз: так можно связать нагрев поверхности с движением воздуха у земли.

Разбор задач

Где воздух будет подниматься?

Условие: на одном участке земная поверхность нагрелась сильнее, чем на соседнем. Нужно определить, над каким участком воздух будет подниматься. Сначала сравним нагрев, затем проследим, как он влияет на свойства воздуха. Такая последовательность не позволяет перепутать причину с результатом.

1. Более нагретая поверхность сильнее передаёт тепло воздуху над ней.
2. При нагревании воздух расширяется, а его плотность уменьшается.
3. Менее плотный тёплый воздух обычно поднимается среди более холодного и плотного воздуха.

Ответ: воздух будет подниматься над участком, где земная поверхность нагрелась сильнее. Над соседним, менее нагретым участком воздух будет холоднее и плотнее. Именно различие нагрева запускает эту вертикальную циркуляцию.

В каком направлении движется воздух?

Условие: в области А давление выше, чем в области Б. Требуется указать направление движения воздуха у поверхности. Здесь не нужно угадывать по температуре или расположению областей: достаточно применить правило о движении воздуха при разности давления. Проверим, какая область является началом, а какая — направлением перемещения.

1. Сравниваем давления: в области А оно высокое относительно области Б.
2. Воздух у поверхности перемещается из области высокого давления в область низкого.
3. Значит, движение идёт из А в Б.

Ответ: воздух движется у поверхности из области А в область Б. При записи направления полезно указывать обе области, а не только одну из них. Так ясно, откуда воздух приходит и куда перемещается.

Куда дует дневной бриз?

Условие: днём на побережье суша теплее моря. Нужно определить направление бриза у поверхности и объяснить его причину. Для решения сначала выясним, где воздух сильнее нагревается, а затем определим, куда он движется вертикально. После этого можно установить горизонтальное движение у земли.

1. Тёплый воздух над сушей становится менее плотным и поднимается.
2. Над морем воздух прохладнее и плотнее, поэтому он опускается.
3. У поверхности более прохладный воздух перемещается с моря к суше, чтобы занять место поднимающегося воздуха.

Ответ: днём бриз у поверхности дует с моря на сушу. Его причина — более быстрый нагрев суши по сравнению с водой и подъём тёплого воздуха над берегом. Название направления можно проверить: морской бриз приходит со стороны моря.

Типичные ошибки

Ошибочно считать, что ветер появляется просто потому, что воздух нагрелся. Нагрев действительно может запустить движение воздуха вверх, но для горизонтального ветра важно различие давления между участками. Такую путаницу допускают, когда пропускают промежуточное звено между нагревом и движением. Проверь себя: можешь ли ты объяснить, где давление выше и куда из-за этого движется воздух?

Иногда направление ветра путают с направлением, куда он дует. Ветер называют по той стороне, откуда он приходит, поэтому северный ветер дует с севера, а не на север. Ошибка возникает, если представить стрелку только как указание цели движения. Проверь себя вопросом: откуда этот ветер приносит воздух?

Неверно утверждать, что тёплый воздух опускается, а холодный поднимается. Обычно при нагревании воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается, а холодный и плотный опускается. Путаница появляется, если забыть о связи температуры и плотности. Чтобы проверить ответ, проследи цепочку: нагревание, расширение, уменьшение плотности, подъём.

Нельзя считать, что бриз днём и ночью дует в одну сторону. Суша быстрее нагревается днём и быстрее остывает ночью, поэтому меняется, над какой поверхностью воздух теплее. Из-за этого меняется и направление ветра у берега. Проверь себя: сравни температуры суши и моря отдельно для дня и для ночи, а затем определи направление движения воздуха у поверхности.

Связь с другими темами

Для понимания движения воздуха нужно знать, что Солнце нагревает земную поверхность, причём разные участки получают неодинаковое количество тепла. Эти знания помогают объяснить, почему над соседними участками температура и давление могут различаться. Если представить нагрев одинаковым повсюду, причина ветра останется непонятной.

Тема связана с круговоротом воды и погодой. Ветер переносит облака и воздушные массы, поэтому влияет на условия у поверхности Земли. Перемещение воздуха помогает объяснить, почему погода может меняться даже в одном и том же месте.

Представление о движении воздуха пригодится при изучении атмосферной циркуляции — крупных перемещений воздуха в атмосфере. Оно также помогает разбираться в причинах изменения погоды. Наблюдая ветер, можно увидеть одно из проявлений движения воздушных масс.

Что запомнить

• Ветер — это движение воздуха.
• Воздух движется из области высокого давления в область низкого.
• Неравномерное нагревание земной поверхности приводит к различиям давления.
• Тёплый воздух обычно поднимается, а холодный опускается.
• Направление ветра называют по той стороне, откуда он дует.
• Бриз меняет направление между днём и ночью.