Λύσεις — Κεφάλαιο 4 · Άνεμος ΚΑΙ Γενική Κυκλοφορία (σελ. 62-63) – ΝΑΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ Β ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 4 · Άνεμος ΚΑΙ Γενική Κυκλοφορία (σελ. 62–63)

Απαντήσεις στις Ερωτήσεις Επανάληψης & στις Ασκήσεις-Εργασίες του βιβλίου.

Άνεμος ΚΑΙ ανεμολόγιο

Ερώτηση: (Ερ. 1) Τι είναι άνεμος και τι τον προκαλεί; Σε τι διαφέρει από τα ρεύματα; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του; Μπορείτε να περιγράψετε καθένα από αυτά; (Ερ. 2) Μπορείτε να δώσετε, σε μοίρες, τη διεύθυνση καθενός από τους 16 ανέμους του ανεμολογίου;

Απάντηση:

• Άνεμος: η ροή του αέρα πάνω από την επιφάνεια της Γης· οφείλεται στη ροή του αέρα ανάμεσα σε δύο περιοχές διαφορετικής πίεσης, από τις υψηλότερες προς τις χαμηλότερες πιέσεις. Ο όρος αναφέρεται πάντοτε σε οριζόντιες μετακινήσεις· για τις κατακόρυφες χρησιμοποιούνται οι όροι ανοδικά και καθοδικά ρεύματα.
• Χαρακτηριστικά: η διεύθυνση (το σημείο του ορίζοντα από όπου πνέει ο άνεμος, μετριέται με τον ανεμοδείκτη) και η ένταση (εκφράζεται από την ταχύτητα ή από την πίεση που ασκεί στα σώματα, μετριέται με το ανεμόμετρο ή εκτιμάται στην κλίμακα Beaufort).
• 16 άνεμοι (ανά 22,5°): Β 000°, ΒΒΑ 22,5°, ΒΑ 045°, ΑΒΑ 67,5°, Α 090°, ΑΝΑ 112,5°, ΝΑ 135°, ΝΝΑ 157,5°, Ν 180°, ΝΝΔ 202,5°, ΝΔ 225°, ΔΝΔ 247,5°, Δ 270°, ΔΒΔ 292,5°, ΒΔ 315°, ΒΒΔ 337,5°. Κύριοι: Βορράς, Μέσης, Απηλιώτης, Εύρος, Νότος, Λιψ, Ζέφυρος, Σκίρων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Άνεμος = οριζόντια ροή αέρα από υψηλή σε χαμηλή πίεση (οι κατακόρυφες κινήσεις είναι ρεύματα)· χαρακτηριστικά: διεύθυνση και ένταση· 16 άνεμοι ανά 22,5° (Β 000°, Α 090°, Ν 180°, Δ 270°).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ορισμός, διάκριση από τα ρεύματα, τα δύο χαρακτηριστικά και βήμα 22,5°.

Δυνάμεις ΚΑΙ είδη ανέμων

Ερώτηση: (Ερ. 3) Ποιες είναι οι δυνάμεις που ρυθμίζουν την κίνηση των Ανέμων; (Ερ. 4) Σε τι οφείλεται η Δύναμη Βαροβαθμίδας; (Ερ. 5) Σε τι οφείλεται η Δύναμη Coriolis; (Ερ. 6) Από τι εξαρτάται η τριβή; Πώς επιδρά στα χαρακτηριστικά του ανέμου; Πώς κινείται ο άνεμος στις υφέσεις και τους αντικυκλώνες, αν αγνοήσουμε την τριβή, και πώς αν την λάβουμε υπόψη; (Ερ. 7) Μπορείτε να εξηγήσετε, πώς κινείται ο γεωστροφικός άνεμος; (Ερ. 8) Μπορείτε να εξηγήσετε τον άνεμο βαροβαθμίδας; (Ερ. 9) Μπορείτε να διατυπώσετε το νόμο του Buys-Ballot για το Βόρειο Ημισφαίριο; Για το Νότιο;

Απάντηση:

• Δυνάμεις: η δύναμη βαροβαθμίδας, η δύναμη Coriolis, η τριβή και σε ορισμένες περιπτώσεις η φυγόκεντρος.
• Βαροβαθμίδας: οφείλεται στη διαφορά πιέσεων ανάμεσα σε διαφορετικές περιοχές και είναι η αιτία που δημιουργούνται οι άνεμοι. Coriolis: οφείλεται στην περιστροφή της Γης· εκτρέπει τον άνεμο προς τα δεξιά στο Βόρειο και προς τα αριστερά στο Νότιο Ημισφαίριο.
• Τριβή: εμφανίζεται στην επαφή του αέρα με την επιφάνεια και ανάμεσα σε στρώματα με διαφορετικές ταχύτητες· είναι αντίθετη στην κίνηση και εξαρτάται από την τραχύτητα του εδάφους και την ταχύτητα του ανέμου. Μειώνει την ένταση του ανέμου και, κάτω από τα 450 μ., τον κάνει να σχηματίζει γωνία με τις ισοβαρείς (περίπου 40-50° πάνω από ξηρά, περίπου 80° πάνω από θάλασσα, σε σχέση με τη βαροβαθμίδα).
• Υφέσεις-αντικυκλώνες: αν αγνοήσουμε την τριβή, ο άνεμος κινείται παράλληλα στις ισοβαρείς (υψηλές πιέσεις δεξιά στο Β. Ημισφαίριο, αριστερά στο Ν.)· με την τριβή, στις υφέσεις συγκλίνει προς το κέντρο και στους αντικυκλώνες αποκλίνει.
• Γεωστροφικός άνεμος: η δύναμη βαροβαθμίδας και η Coriolis είναι ίσες και αντίθετες, οπότε κινείται παράλληλα στις ισοβαρείς, με τις υψηλές πιέσεις δεξιά στο Βόρειο και αριστερά στο Νότιο Ημισφαίριο.
• Άνεμος βαροβαθμίδας: προκύπτει όταν αλληλοαντισταθμίζονται η βαροβαθμίδα, η Coriolis και η φυγόκεντρος (καμπύλες ισοβαρείς)· κινείται και αυτός παράλληλα στις ισοβαρείς.
• Buys-Ballot: «Αν στραφούμε στη διεύθυνση του ανέμου, οι υψηλές πιέσεις βρίσκονται εμπρός και αριστερά μας, οι χαμηλές πίσω και δεξιά, στο Βόρειο Ημισφαίριο. Στο Νότιο τα πράγματα αντιστρέφονται» (υψηλές εμπρός-δεξιά, χαμηλές πίσω-αριστερά).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Βαροβαθμίδα (διαφορά πιέσεων), Coriolis (περιστροφή Γης), τριβή (τραχύτητα, ταχύτητα), φυγόκεντρος· χωρίς τριβή ο άνεμος είναι παράλληλος στις ισοβαρείς, με τριβή συγκλίνει στις υφέσεις και αποκλίνει στους αντικυκλώνες· Buys-Ballot (Β.): προς τον άνεμο, υψηλές εμπρός-αριστερά, χαμηλές πίσω-δεξιά· στο Ν. αντίστροφα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: οι δυνάμεις και η αιτία τους, η επίδραση της τριβής (σύγκλιση-απόκλιση) και ο νόμος Buys-Ballot και για τα δύο ημισφαίρια.

Αληθής άνεμος (φαινόμενος)

Ερώτηση: (Ερ. 10) Μπορείτε να δώσετε παράδειγμα, χρησιμοποιώντας σχήμα της σχέσης αληθούς ανέμου, φαινόμενου ανέμου και πορείας-ταχύτητας του πλοίου; (Ασκ. 1) Πλοίο κινείται με πορεία 150° και ταχύτητα 17 κόμβων. Η ένδειξη ανεμόμετρου είναι: Άνεμος από 190° με ταχύτητα 15 κόμβων. Ζητείται ο αληθής άνεμος με δύο τρόπους (Από τον πίνακα, και με γραφική παράσταση σε αβάκιο). Εκφράστε το αποτέλεσμα για την ένταση σε κλίμακα BEAUFORT. Πώς θα γράφατε το αποτέλεσμα του υπολογισμού σας στο ημερολόγιο γέφυρας, χρησιμοποιώντας τα αρχικά της διεύθυνσης του ανεμολογίου; (Επιλέγουμε τη διεύθυνση που είναι η πλησιέστερη στη διεύθυνση σε μοίρες που υπολογίζουμε). (Ασκ. 2) Πλοίο κινείται με πορεία 270° και ταχύτητα 14.5 κόμβων. Ο φαινόμενος άνεμος είναι από 310° με ταχύτητα 20 κόμβων. Ζητείται ο αληθής άνεμος με δύο τρόπους (Από τον πίνακα, και με γραφική παράσταση σε αβάκιο). Εκφράστε το αποτέλεσμα για την ένταση σε κλίμακα BEAUFORT. Πώς θα γράφατε το αποτέλεσμα του υπολογισμού σας στο ημερολόγιο γέφυρας, χρησιμοποιώντας τα αρχικά της διεύθυνσης του ανεμολογίου; (Επιλέγουμε τη διεύθυνση που είναι η πλησιέστερη στη διεύθυνση σε μοίρες που υπολογίζουμε). (Ασκ. 3) Πλοίο κινείται με πορεία 270° και ταχύτητα 10 κόμβων. Ο φαινόμενος άνεμος είναι από 260° με ταχύτητα 30 κόμβων. Ζητείται ο αληθής άνεμος με δύο τρόπους (Από τον πίνακα, και με γραφική παράσταση σε αβάκιο). Εκφράστε το αποτέλεσμα για την ένταση σε κλίμακα BEAUFORT. Πώς θα γράφατε το αποτέλεσμα του υπολογισμού σας στο ημερολόγιο γέφυρας, χρησιμοποιώντας τα αρχικά της διεύθυνσης του ανεμολογίου; (Επιλέγουμε τη διεύθυνση που είναι η πλησιέστερη στη διεύθυνση σε μοίρες που υπολογίζουμε).

Απάντηση:

• Σχέση (Ερ. 10): ο φαινόμενος άνεμος είναι ίσος με τον αληθή άνεμο συν τον άνεμο λόγω κίνησης του πλοίου, δηλαδή ένα διάνυσμα με μέτρο την ταχύτητα του πλοίου και κατεύθυνση αντίθετη της πορείας. Άρα αληθής = φαινόμενος − άνεμος πλοίου· στο αβάκιο σχεδιάζουμε το τρίγωνο των τριών διανυσμάτων.
• Ασκ. 1 (πορεία 150°/17 κόμβοι, φαινόμενος από 190°/15 κόμβοι): αληθής άνεμος από 270° περίπου, 11 κόμβοι → Beaufort 4 (11-16 κόμβοι). Πλησιέστερη διεύθυνση του ανεμολογίου: Δ (270°). Ημερολόγιο γέφυρας: Δ-4.
• Ασκ. 2 (270°/14,5 κόμβοι, φαινόμενος από 310°/20 κόμβοι): αληθής από 356° περίπου, 13 κόμβοι → Beaufort 4. Πλησιέστερη διεύθυνση: Β (000°). Ημερολόγιο: Β-4.
• Ασκ. 3 (270°/10 κόμβοι, φαινόμενος από 260°/30 κόμβοι): αληθής από 255° περίπου, 20 κόμβοι → Beaufort 5 (17-21 κόμβοι). Πλησιέστερη διεύθυνση: ΔΝΔ (247,5°). Ημερολόγιο: ΔΝΔ-5.
• Οι τιμές προκύπτουν από τη διανυσματική σύνθεση· με το αβάκιο διαβάζονται κατά προσέγγιση (±1-2° και ±0,5 κόμβου), χωρίς να αλλάζει ο βαθμός Beaufort ή τα αρχικά του ανεμολογίου.

Σύνοψη: Φαινόμενος = αληθής + άνεμος πλοίου· Ασκ. 1: από ~270°, ~11 κόμβοι, Beaufort 4, «Δ-4»· Ασκ. 2: από ~356°, ~13 κόμβοι, Beaufort 4, «Β-4»· Ασκ. 3: από ~255°, ~20 κόμβοι, Beaufort 5, «ΔΝΔ-5».

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: διανυσματική σχέση του βιβλίου, μετατροπή σε Beaufort και καταγραφή με τα αρχικά του ανεμολογίου.

Γενική κυκλοφορία ΚΑΙ πλανητικοί άνεμοι

Ερώτηση: (Ερ. 11) Από πού αντλεί ενέργεια ο μηχανισμός της «Γενικής Ατμοσφαιρικής Κυκλοφορίας»; Από τι προκαλείται και σε τι χρησιμεύει; (Ερ. 12) Ποιος άλλος μηχανισμός διευκολύνει την ανταλλαγή θερμότητας ανάμεσα σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές; (Ερ. 13) Μπορείτε να εξηγήσετε πώς κινείται ο αέρας ανάμεσα σε περιοχές με διαφορετική θερμοκρασία; (Ερ. 14) Αν αγνοήσουμε την περιστροφή της Γης, τη γεωγραφική κατανομή ξηράς-θάλασσας και την αλλαγή της θέσης του ήλιου, πώς κινείται ο ατμοσφαιρικός αέρας ανάμεσα στον Ισημερινό και τους Πόλους; Μπορείτε να περιγράψετε πώς έχει εφαρμογή, στην περίπτωση αυτή, ο μηχανισμός της προηγούμενης ερώτησης; (Ερ. 15) Μπορείτε να χαράξετε, σε σχήμα, την κατανομή των ζωνών υψηλών και χαμηλών πιέσεων στην επιφάνεια της Γης; Μπορείτε να προσθέσετε στο σχήμα τις διευθύνσεις των ανέμων που προκαλούνται από την κατανομή αυτή; (Ερ. 16) Μπορείτε να δώσετε μια σύντομη ερμηνεία της δημιουργίας και της διεύθυνσης των Αληγών; (Καλό είναι να κάνετε μια επανάληψη στο προηγούμενο κεφάλαιο, που αφορά τους ανέμους, διότι εκεί βρίσκονται και εξηγούνται οι μηχανισμοί που δημιουργούν και επηρεάζουν τον Άνεμο). (Ερ. 17) Μπορείτε να δώσετε μια σύντομη ερμηνεία του συστήματος Αληγών και Ανταληγών ανέμων, με βάση τους μηχανισμούς που περιγράφονται στην αρχή του κεφαλαίου; (Ερ. 18) Μπορείτε να εξηγήσετε το μηχανισμό δημιουργίας των «Επικρατούντων Δυτικών Ανέμων», με βάση την κατανομή των ζωνών πίεσης;

Απάντηση:

• Γενική Ατμοσφαιρική Κυκλοφορία: αντλεί την ενέργειά της από τις γεωγραφικές διαφορές θερμοκρασίας (τελικά από τη θερμότητα του εδάφους που θερμαίνει ο ήλιος). Προκαλείται από την ανομοιόμορφη θέρμανση: ο Ισημερινός προσλαμβάνει περισσότερη ενέργεια από όση αποβάλλει και οι Πόλοι λιγότερη. Χρησιμεύει στην ανταλλαγή θερμότητας, αλλιώς ο Ισημερινός θα ήταν πολύ θερμότερος και οι Πόλοι πολύ ψυχρότεροι.
• Άλλος μηχανισμός: κατά δεύτερο λόγο, οι κινήσεις των νερών των ωκεανών (ωκεάνεια ρεύματα).
• Κίνηση μεταξύ περιοχών διαφορετικής θερμοκρασίας: στο ίδιο ύψος ο ψυχρός αέρας, που έχει μεγαλύτερη πίεση, κινείται προς το θερμό, που έχει χαμηλότερη· ο θερμός αέρας εκτοπίζεται και, επειδή έχει μικρότερη πυκνότητα, ανεβαίνει.
• Χωρίς περιστροφή, κατανομή ξηράς-θάλασσας και μεταβολή θέσης ήλιου: ο ψυχρός αέρας των Πόλων θα κινούνταν στην επιφάνεια προς τον Ισημερινό, εκτοπίζοντας το θερμό αέρα προς τα πάνω· ο θερμός αέρας θα κινούνταν ψηλά προς τους Πόλους για να πάρει τη θέση του ψυχρού — ένα κλειστό κύκλωμα σε κάθε ημισφαίριο, με τον μηχανισμό της προηγούμενης ερώτησης.
• Ζώνες πίεσης (σχήμα): Ισημερινός: χαμηλές πιέσεις (Ζώνη Ισημερινών Νηνεμιών)· περίπου 30°: υποτροπικές ζώνες υψηλών πιέσεων· περίπου 60°: ζώνες χαμηλών πιέσεων ανωτέρων πλατών· Πόλοι: υψηλές πιέσεις του πολικού αντικυκλώνα. Άνεμοι: Αληγείς (30° → Ισημερινός), Επικρατούντες Δυτικοί (30° → 60°), πολικοί άνεμοι με γενικά ανατολική κατεύθυνση (Πόλοι → 60°).
• Αληγείς: πνέουν από τις υποτροπικές υψηλές προς τις χαμηλές της ζώνης Ισημερινών Νηνεμιών· λόγω της εκτροπής Coriolis έχουν κατεύθυνση Βορειοανατολική στο Βόρειο και Νοτιοανατολική στο Νότιο Ημισφαίριο. Ανταληγείς: πνέουν στα ανώτερα στρώματα αντίθετα από τους Αληγείς, κλείνοντας το κύκλωμα (ο θερμός αέρας ανεβαίνει στον Ισημερινό και επιστρέφει ψηλά προς τα υποτροπικά).
• Επικρατούντες Δυτικοί: πνέουν από τις υποτροπικές υψηλές πιέσεις προς τις χαμηλές των 60°· η Coriolis τους εκτρέπει ώστε να έχουν δυτική διεύθυνση· συχνά είναι θυελλώδεις (μυκώμενοι άνεμοι).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενέργεια από τις διαφορές θερμοκρασίας (ανομοιόμορφη θέρμανση), ανταλλαγή θερμότητας· δεύτερος μηχανισμός τα ωκεάνεια ρεύματα· ψυχρός αέρας κινείται προς το θερμό, ο θερμός ανεβαίνει· ζώνες: Ισημερινός Χ, 30° Υ, 60° Χ, Πόλοι Υ· Αληγείς ΒΑ (Β.) / ΝΑ (Ν.) με Ανταληγείς ψηλά· Δυτικοί από 30° προς 60°.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: πηγή ενέργειας, απλό μοντέλο χωρίς περιστροφή, ζώνες πίεσης με τους ανέμους και ρόλος της Coriolis στις διευθύνσεις.

Τοπικοί άνεμοι

Ερώτηση: (Ερ. 19) Σε τι οφείλονται οι τοπικοί άνεμοι και πού μπορεί ο ναυτικός να βρει πληροφορίες για τους τοπικούς ανέμους της περιοχής που τον ενδιαφέρει; (Ερ. 20) Μπορείτε να δώσετε μία σύντομη περιγραφή για το πώς δημιουργούνται οι Μουσώνες; (Ερ. 21) Μπορείτε να δώσετε μία σύντομη περιγραφή για το πώς δημιουργούνται οι Ετησίες (Μελτέμια); (Ερ. 22) Μπορείτε να δώσετε μία σύντομη περιγραφή για το πώς δημιουργούνται οι Αύρες (Θαλάσσια-Απόγειος); (Ερ. 23) Τι είναι ο καταβατικός άνεμος; (Ερ. 24) Τι είναι ο άνεμος Fohn; Σε τι διαφέρει από τον καταβατικό άνεμο;

Απάντηση:

• Τοπικοί άνεμοι: οφείλονται σε ειδικά τοπογραφικά χαρακτηριστικά που κατευθύνουν τη ροή του ανέμου, σε συνδυασμό με ειδικές καιρικές καταστάσεις (π.χ. ο Βαρδάρης στην κοιλάδα του Αξιού). Πληροφορίες δίνουν οι πλοηγοί (Υδρογραφικής Υπηρεσίας, Βρετανικού Ναυαρχείου κτλ.).
• Μουσώνες: το χειμώνα οι θάλασσες είναι θερμότερες από τις ξηρές (χαμηλότερες πιέσεις πάνω τους), το καλοκαίρι συμβαίνει το αντίστροφο· οι εποχικές διαφορές πίεσης δημιουργούν ανέμους που το καλοκαίρι φυσούν από τον ωκεανό προς την ήπειρο και το χειμώνα αντίστροφα.
• Ετησίες (Μελτέμια): εποχικοί άνεμοι των ελληνικών θαλασσών, από ΒΑ στο Βόρειο Αιγαίο, από Β στο Κεντρικό και Νότιο και από ΒΔ στο Ανατολικό Αιγαίο· πνέουν από Μάιο έως Οκτώβριο με διαλείμματα (μέγιστη ένταση Ιούλιο-Αύγουστο) και οφείλονται στη διαφορά πίεσης ανάμεσα στις υψηλές πιέσεις της Κεντρικής Ευρώπης-Αίμου και το ημιμόνιμο χαμηλό της Νοτιοανατολικής Μεσογείου (περιοχή Κύπρου).
• Αύρες: το πρωί (09:00-11:00) η ξηρά είναι θερμότερη από τη θάλασσα και ο θαλάσσιος αέρας κινείται προς την ξηρά (θαλάσσια αύρα)· τη νύχτα η ξηρά ψύχεται γρηγορότερα και ο αέρας της κινείται προς τη θάλασσα (απόγειος αύρα), που σταματά γύρω στην ανατολή του ήλιου.
• Καταβατικός: η προς τα κάτω κίνηση ψυχρού αέρα κατά μήκος πλαγιάς· εμφανίζεται σε ακτές με χιονισμένα βουνά.
• Fohn: ο αέρας ανεβαίνει στην προσήνεμη πλευρά, ψύχεται, δίνει νέφωση ή βροχή και αποδίδει λανθάνουσα θερμότητα· κατεβαίνοντας στην υπήνεμη πλευρά θερμαίνεται και φθάνει θερμότερος και ξηρότερος από ό,τι ξεκίνησε. Άρα ο Fohn είναι θερμός και ξηρός, ενώ ο καταβατικός είναι ψυχρός.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τοπικοί άνεμοι από την τοπογραφία (πληροφορίες στους πλοηγούς)· μουσώνες: εποχικές διαφορές πίεσης ξηράς-θάλασσας· μελτέμια: υψηλές Κεντρικής Ευρώπης-Αίμου έναντι χαμηλού Κύπρου, Μάιο-Οκτώβριο· αύρες: ημερήσια διαφορά θερμοκρασίας ξηράς-θάλασσας· καταβατικός ψυχρός, Fohn θερμός και ξηρός.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μηχανισμός κάθε ανέμου και η διαφορά Fohn-καταβατικού.