Forfecarea vântului

Forfecarea vântului este un termen meteorologic care descrie schimbarea vitezei sau a direcției vântului pe o distanță scurtă. Aceasta reprezintă o variație a vitezei vântului, care include atât magnitudinea (viteza), cât și direcția. 

Această schimbare poate avea loc pe verticală în funcție de înălțime sau pe orizontală la un anumit nivel. Spre deosebire de schimbările treptate ale vântului la scară largă, forfecarea vântului se referă la aceste diferențe relativ bruște ale vitezei vântului pe scări spațiale limitate.

Tipuri de forfecare a vântului

Forfecare verticală a vântului: Aceasta este schimbarea vitezei sau a direcției vântului odată cu altitudinea. Frecarea în apropierea suprafeței pământului face ca vânturile să fie mai lente la nivelul solului și să crească cu înălțimea, creând o forfecare verticală a vitezei (o schimbare a vitezei vântului cu înălțimea). 

Diferențele orizontale de temperatură determină, de asemenea, schimbarea direcției vântului în funcție de înălțime datorită efectului termic al vântului, ceea ce duce la forfecarea direcțională verticală (o schimbare a direcției vântului în funcție de înălțime). Se măsoară adesea în unități precum noduri pe o mie de picioare.

Forfecare orizontală a vântului: Aceasta este schimbarea vitezei sau direcției vântului într-o zonă orizontală la o anumită înălțime. Se întâlnește frecvent de-a lungul fronturilor meteorologice, unde se întâlnesc mase de aer cu viteze ale vântului diferite. Forfecarea orizontală poate apărea, de asemenea, în apropierea coastelor, în jurul furtunilor sau în zonele cu vânturi convergente sau divergente.

Unde și la ce scară are loc forfecarea vântului

Forfecarea vântului este comună în întreaga atmosferă și se produce la diferite scări:

Aproape de suprafață: Fricțiunea cu terenul, clădirile și vegetația creează o forfecare verticală semnificativă a vitezei în straturile inferioare. O forfecare orizontală localizată poate apărea și în jurul obstacolelor. Aceasta este de obicei la scară mică, pe zeci până la sute de metri.

În stratul limită: Extinzându-se până la aproximativ 1-2 km, acest strat turbulent prezintă adesea o forfecare verticală și orizontală determinată de frecare, încălzire și jeturi de joasă înălțime. Scările variază de la micro la mezoscală (până la câțiva kilometri).

În atmosfera superioară: O forfecare pronunțată apare de-a lungul fluxurilor de jet și la limitele frontale care se extind în aer. Aici există gradienți de viteză orizontali și verticali semnificativi, în principal la scară sinoptică (de la zeci la sute de kilometri).

În mediul furtunilor: Furtunile creează o forfecare intensă și localizată la mezoscară (kilometri) prin intermediul unor curenți ascendenți și descendenți puternici și al limitelor fluxului de ieșire. Microfurtunile sunt deosebit de periculoase, caracterizate prin forfecare extremă pe distanțe foarte scurte (sute de metri).

De ce este importantă forfecarea vântului

Forfecarea vântului are implicații critice în mai multe domenii:

Aviație: Forfecarea bruscă a vântului în timpul decolării sau aterizării este periculoasă. Modificările vântului din față sau din spate modifică rapid fluxul de aer deasupra aripilor, provocând pierderi sau câștiguri periculoase de portanță și viteză. Microburst-urile sunt fenomene de forfecare la joasă înălțime deosebit de severe, care necesită conștientizarea și abilitatea pilotului pentru a le gestiona. Sistemele de detecție sunt vitale pentru siguranța aviației.

Furtuni și vreme severă: Forfecarea verticală a vântului este esențială pentru organizarea furtunilor puternice, inclusiv a supercelulelor care produc tornade. Ea separă curentul ascendent al furtunii de curentul său descendent, permițând furtunii să se întărească și să persiste. De asemenea, forfecarea introduce rotația în curentul ascendent al furtunii, o etapă esențială în formarea tornadelor.

Comportamentul incendiilor de vegetație: Forfecarea vântului face ca propagarea incendiilor să fie imprevizibilă și periculoasă. Variațiile vântului în funcție de înălțime și de relief pot provoca o creștere neregulată a incendiului și schimbări bruște de direcție.

Energia eoliană: Înțelegerea forfecării verticale este esențială pentru optimizarea amplasării și înălțimii turbinelor eoliene în vederea captării vânturilor mai puternice la înălțime în mod eficient și sigur. De asemenea, are un impact asupra sarcinilor structurale ale turbinelor.

Prognoza meteorologică: Măsurarea și predicția precisă a forfecării vântului sunt vitale pentru prognozarea dezvoltării, intensității și mișcării furtunilor, precum și a comportamentului sistemelor mai mari, cum ar fi fluxurile de jet și ciclonii.

Forțe globale care influențează forfecarea vântului

Mai multe forțe la scară largă contribuie la forfecarea vântului:

Gradiente de presiune: Diferențele de presiune determină vântul. Variațiile gradienților de presiune în funcție de înălțime sau pe orizontală conduc la schimbări ale vitezei și direcției vântului pe distanță, creând forfecarea.

Efectul Coriolis: Rotația Pământului deviază vânturile, contribuind la forfecarea direcțională a marilor sisteme meteorologice și a fluxurilor de jet.

Gradiente de temperatură: Diferențele orizontale de temperatură sunt legate de forfecarea verticală a vântului (vânt termic), determinând schimbarea vântului în funcție de altitudine, în special pe fronturi.

Jetstream-uri și cicloane: Aceste fenomene meteorologice majore se caracterizează prin forfecare puternică datorită gradienților de presiune și temperatură intensă care le sunt asociate.

Împreună, aceste forțe modelează condițiile atmosferice care dau naștere la forfecarea vântului la scări multiple.

Impactul de mare amploare al forfecării vântului

Forfecarea vântului este un fenomen atmosferic fundamental, definit ca schimbarea vitezei vântului pe distanțe scurte. Ea apare pe verticală și pe orizontală, se manifestă la diferite scări, de la turbulențe locale la sisteme meteorologice mari, și este determinată de forțe atmosferice fundamentale. 

Înțelegerea forfecării vântului este esențială în diverse domenii, de la asigurarea siguranței aviației și prognozarea vremii severe până la optimizarea energiei regenerabile și prognozarea tiparelor meteorologice globale. Natura sa omniprezentă face din vânt un factor constant care influențează atmosfera și activitățile umane din cadrul acesteia.