Vjetar

Vjetar je pretežno vodoravno strujanje zraka, relativno prema Zemljinoj površini, određeno smjerom (stranom svijeta odakle vjetar puše) i brzinom, odnosno jakošću. Za vjetar je svojstvena velika prostorna i vremenska promjenjivost. Vjetar je stoga vektorska veličina. Pod smjerom vjetra podrazumijeva se strana svijeta odakle vjetar puše. Obično se ne određuje trenutno nego srednji smjer vjetra za određeno vremensko razdoblje (najčešće 10 minuta). Uobičajeno je da se smjer vjetra određuje stranom svijeta, koja se računa prema zemljopisnom sjeveru, i to bilo po skali od 360°, bilo po skali od 16, odnosno 32 smjera (glavni i međusmjerovi vjetra). "Tehnička enciklopedija" (Meteorologija), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.

Iskorištenje snage vjetra bilo je u povijesti od velikog značaja prvenstveno za razvitak pomorstva, a s njime i zemljopisa, pogon mlinova, vjetrenjača i drugog, a i danas se pažnja usmjerava na energiju vjetra kao na jedan od mogućih obnovljivih izvora energije.

Nastanak vjetra Vjetar je posljedica više čimbenika: razlike tlaka između dvaju područja (vjetar struji od područja višega tlaka prema području nižega tlaka i to je jači što je ta razlika veća), Zemljine vrtnje ili rotacije, Coriolisove sile (vjetar zbog njezina djelovanja na sjevernoj polutki skreće u desno, na južnoj u lijevo), centrifugalne sile kada su putanje čestica zraka zakrivljene, sile trenja s podlogom.

Pri tlu je u umjerenim širinama često bezvjetreno stanje, to jest tišina, no u uvjetima velikih razlika tlaka, kao u uraganima, tornadima i tropskim ciklonima, brzina vjetra može dosegnuti vrijednosti i od više stotina kilometara na sat te prouzročiti velika razaranja. Na strujanje zraka mogu znatno utjecati i reljef (na primjer doljnjak, noćnik) i temperaturne razlike između kopna i mora, pa su poznati sustavi vjetrova obalne cirkulacije (zmorac i burin). Određeni dijelovi Zemlje poznati su po postojanim i jakim zapadnim vjetrovima, kao što su to olujna područja oceana, uglavnom oko 40° sjeverne zemljopisne širine. Brzina vjetra se redovito povećava s visinom i najveće se brzine obično pojavljuju u blizini troposfere.

Brzina vjetra Brzine vjetra kreću se od tišine (kalme) do veoma velikih brzina. U slojevima pri tlu brzina vjetra, na primjer brzina bure na našoj obali, može doseći i 50 m/s (180 km/h), na Antartiku pojedini udari vjetra i do 90 m/s (324 km/h), a 1934. izmjerena je u SAD na Mount Washingtonu (nadmorska visina 1 980 m) brzina vjetra od 115 m/s (414 km/h). Mnogo veće brzine vjetra izmjerene su u slobodnoj atmosferi. Tako je na visini 11 km iznad tla izmjerena 1959. iznad Rostova na Donu brzina vjetra od 160 m/s (576 km/h).

Brzina se vjetra mijenja s visinom. Pri tlu je, zbog trenja čestica zraka o podlogu, brzina vjetra smanjena. S povećanjem visine utjecaj trenja postepeno se smanjuje i brzina vjetra u prvih desetak metara visine raste najprije brzo, a zatim sve sporije.

Mjerenje brzine vjetra Brzina vjetra mjeri se s pomoću anemometra ili se prema Beaufortovoj ljestvici procjenjuje s pomoću učinaka vjetra na okoliš. U Hrvatskoj su brzine vjetra znatno veće na području priobalja i otoka nego u kopnenome dijelu. Najveće brzine vjetra mogu se očekivati na području gdje se obronci Velebita najstrmije spuštaju prema moru, to jest na dijelu obale od Senja do Karlobaga i na otoku Pagu (do 40 m/s ili 145 km/h).

Beaufortova ljestvica

Vjetar nastaje zbog nejednakosti tlaka u atmosferi zbog meteoroloških mijena. Vjetar je određen brzinom, smjerom i jačinom. Brzina vjetra mjeri se pomoću anemometra, a izražava se uobičajenom jedinicom za brzinu - metrima u sekundi, kilometrima na sat, čvorovima ili specijaliziranom jedinicom - beaufort (čitaj: "bofor"). Odnos ovih jedinica vidljiv je iz sljedeće tablice:

Jačina (Bf)NazivBrzinaMaks. visina vala (m) km/h m/s čvor unutarnje more blizu obale otvorenomore 0 Tišina <1 0 - 0,2 <1 --- --- 1 Lahor 1 - 5 0,3 - 1,5 1 - 3 0,1 0,1 2 Povjetarac 6 - 11 1,6 - 3,3 4 - 6 0,2 0,3 3 Slab vjetar 12 - 19 3,4 - 5,4 7 - 10 0,6 1 4 Umjeren vjetar 20 - 28 5,5 - 7,9 11 - 16 1 1,5 5 Umjereno jak vjetar 29 - 38 8,0 - 10,7 17 - 21 2 2,5 6 Jak vjetar 39 - 49 10,8 - 13,8 22 - 27 3 4 7 Žestok vjetar 50 - 61 13,9 - 17,1 28 - 33 4 5,5 8 Olujni vjetar 62 - 74 17,2 - 20,7 34 - 40 5,5 7,5 9 Jak olujni vjetar 75 - 88 20,8 - 24,4 41 - 47 7 10 10 Orkanski vjetar 89 - 102 24,5 - 28,4 48 - 55 9 12,5 11 Jak orkanski vjetar 103 - 117 28,5 - 32,6 56 - 63 11,5 16 12 Orkan >118 >32,7 >64 14 ---

Ruže vjetrova

Vjetar vrlo rijetko puše stalnom brzinom, to jest uobičajeno mijenja jakost. Izuzetak čine monsuni - vjetrovi koji na određenim zemljopisnim područjima tijekom dijela godine pušu stalnim smjerom i jačinom, zbog čega su u vrijeme jedrenjaka obilato korišteni za prekooceanske plovidbe. Učešća pojedinih smjerova i prosječnih ili maksimalnih brzina vjetra u tim smjerovima prikazuje takozvana ruža vjetrova s naznačenim stranama svijeta prema slici. Na jakost vjetra uz odnos tlakova u atmosferi utječe i konfiguracija, prisustvo prirodnih i umjetnih prepreka i obraslost terena što uvjetno rečeno možemo shvatiti i kao trenje s podlogom.

Strujanja u atmosferi

Strujanje zraka ne ovisi samo o silama koje djeluju u atmosferi, nego i o trenutnom stanju atmosfere. To stanje može biti barotropsko (to jest gustoća zraka je funkcija jedino tlaka), ili baroklinsko (to jest gustoća zraka ovisi, osim o tlaku, i o drugim termodinamskim uvjetima). Zbog mnogobrojnosti i međusobnosti utjecaja čimbenika koji uzrokuju i utječu na gibanje atmosfere, mehanizam strujanja zraka u atmosferi vrlo je složen i može se samo približno opisati matematičkim izrazima.

Zračna se masa Zemljine atmosfere neprestano giba s obzirom na površinu Zemlje. Dva su osnovna razloga gibanju zraka u atmosferi: vrtnja ili rotacija Zemljine kugle i nejednoliko zagrijavanje njene površine i atmosfere.

Zbog Zemljine vrtnje u višim slojevima atmosfere djeluju na čestice zraka Coriolisova sila i sila centrifugalnog ubrzanja, a u prizemnom sloju djeluju još i sile trenja između zračnog omotača i Zemljine površine, te između čestica zraka. Rezultat je djelovanja tih sila uglavnom vodoravno strujanje zraka. Zbog zakrivljenosti Zemljine površine i gibanja Zemlje s obzirom na Sunce, kao i nejednakog zagrijavanja podloge, ukupna se atmosfera nejednoliko zagrijava, što uzrokuje poremećaj gradijenta tlaka, pa nastaju strujanja zraka koja nastoje izjednačiti razlike tlaka.

Opća cirkulacija atmosfere Opća cirkulacija atmosfere je osnovna vrsta strujanja u atmosferi, kojom se izmjenjuju velike zračne mase u vodoravnom i okomitom smjeru. U njoj važnu ulogu imaju strujanja u vezi s putujućim ciklonama i anticiklonama. Ta strujanja posreduju u razmjeni zračnih masa između polarnih, umjerenih i suptropskih širina i daju glavnu značajku vremenskim zbivanjima kod nas.

Lokalna cirkulacija zraka Lokalna cirkulacija zraka nastaje zbog različita zagrijavanja zraka iznad kopna i mora i zbog različita sastava i oblika tla. S tim u vezi pojavljuju se svojstveni (karakteristični) lokalni vjetrovi s mora i kopna. Danju se kopno jače ugrije od mora i zbog toga puše vjetar s mora na kopno; noću je obratno. Lokalna cirkulacija zraka pojavljuje se i na pristrancima planina.

Tlak vjetra U tehničkoj struci se s vjetrom računa kao s opterećenjem koje on može proizvesti na građevine, konstrukcije i plovila. Opterećenje vjetrom spada pod promjenjiva djelovanja (statika konstrukcija) i ono djeluje okomito na površinu konstrukcije i obuhvaća: vjetar koji djeluje na konstrukciju i trenje vjetra po konstrukciji (tangencijalno niz površinu konstrukcije). Opterećenje zbog vjetra iskazuje se u kN/m2 (kilonjutnima po kvadratnom metru) ili kp/m2 (kilopondima po kvadratnom metru), a ovisno je od brzine vjetra i smjera pod kojim napada površine objekata. Tlak vjetra jača s visinom iznad terena, pa je osobito izražen kod visokih objekata i može poprimiti vrlo velike vrijednosti, pa i dovesti do prevrtanja dizalica ili vozila ili drugih načina oštećenja objekata.

+ Približne vrijednosti tlaka vjetra Visina iznad tla (m) Brzina vjetra (m/s) Tlak vjetra (N/m2) 0 - 8 28,3 500 8 - 20 35,8 800 20-100 42,0 1 100 > 100 45,6 1 300

Djelovanje podloge na vjetar Atmosfera se prema djelovanju podloge sastoji od više slojeva. prizemni ili Prandtlov sloj (od 50 do 100 m), u kojemu brzina vjetra raste s visinom po logaritamskom ili po eksponencijalnom zakonu, a smjer se vjetra s visinom ne mijenja. prijelazni ili Ekmanov sloj (od 500 do 1 500 m), u kojemu brzina vjetra raste s visinom, a na sjevernoj polutki skreće s visinom udesno. slobodna atmosfera, u kojoj se utjecaj trenja s podlogom može zanemariti, a smjer vjetra poprima smjer geostrofičkog vjetra.

U unutrašnjem sloju atmosfere s jednolikom stratifikacijom može se promjena brzine vjetra s visinom (do visine 15 - 20 m) dobro aproksimirati s takozvanim logaritamskim zakonom:

gdje su: v2 i v1 brzine vjetra na visinama z2 i z1, a z0 je parametar hrapavosti podloge, koji je jednak visini nad tlom do koje je brzina vjetra jednaka nuli. Vrijednosti z0 ovisne su o svojstvima podloge, na primjer nad snježnim je pokrivačem z0 = 0,1 - 0,5 mm, nad travom z0 = 10 - 50 mm, a nad zgradama i nekoliko metara.

U umjerenim i višim zemljopisnim širinama mijenjaju se tokom godine srednje brzine vjetra u čitavoj troposferi i stratosferi. Srednja brzina vjetra pri tlu je najveća zimi kad su i razlike tlaka najveće. Ljeti je cirkulacija atmosfere u našim širinama općenito slabija. U većim visinama veće su razlike između ljeta i zime. Tako je, na primjer, na 5 km visine nad Zagrebom maksimalna brzina vjetra u siječnju, a minimalna u lipnju.

Dnevni je hod brzine vjetra veoma složen. Nad nižim su područjima kontinenta najmanje srednje brzine vjetra u jutarnjim satima, a najveće u ranim poslijepodnevnim satima. U planinskim predjelima, gdje se brzina vjetra približava stanju u slobodnoj atmosferi, srednja brzina vjetra ima obratan dnevni hod: maksimalne vrijednosti su u noćnim, a minimalne u dnevnim satima.

Vrste vjetrova Mnogi, osobito lokalni vjetrovi imaju svojstvena imena, od kojih su se neka kod nas sačuvala od davnine. Među poznatije vjetrove u primorju ubrajaju se bura, garbin, jugo, levant, maestral, oštro, pulenat, tramontana, a u na kontinentu košava, sjeverac i drugi. Režim vjetra na nekome mjestu može se grafički prikazati s pomoću ruže vjetrova. Neki sustavi zračnih strujanja svojstveni su za golemim područjima Zemlje i daju određene značajke klimi toga područja. U takve sustave strujanja ulaze geostrofički vjetrovi, monsuni, pasati, zapadni vjetrovi umjerenih širina i drugi. Prema jakosti vjetrovi se nazivaju tišina (kad nema vjetra), lahor, povjetarac, slab vjetar, umjeren vjetar, jak vjetar, olujni vjetar, orkanski vjetar i orkan.

Vjetrovi na Jadranu

Vjetar

Źródło i licencja