Шкала Бофорта является эмпирической мерой силы ветра, основанной главным образом на наблюдениях за состоянием моря и за волнами на его поверхности. В настоящее время она является стандартом для оценки скорости ветра и его влияния на земные и морские объекты по всему миру. Рассмотрим это вопрос подробнее в статье.
Краткая биография Фрэнсиса Бофорта
Создатель шкалы для оценки силы ветра, Фрэнсис Бофорт, родился в 1774 году. Уже с ранних лет он начал проявлять интерес к морю и кораблям. Поступив на службу в Королевский флот Великобритании, он направлял все свои усилия на построение карьеры моряка. В итоге Бофорт смог добиться звания адмирала Королевского флота.
В ходе своей службы он не только выполнял военные морские задачи, но и уделял много времени составлению географических карт и проведению наблюдений в различных уголках планеты. Службу Бофорт нес даже будучи в преклонном возрасте. Умер он в в 1857 году, когда ему было 83 года.
Первая шкала для оценки скорости ветра
Шкала Бофорта была предложена в 1805 году. До этого момента не существовало какого-либо определенного стандарта, согласно которому можно было бы оценить, насколько слабый или сильный дует ветер. Многие моряки основывались на своих субъективных представлениях.
Изначально сила ветра по шкале Бофорта была представлена в виде градуировки от 0 до 12. При этом каждый балл говорил не о скорости движения воздушных масс, а о том, как следует вести себя в плане управления кораблем. Например, когда можно ставить паруса, а когда их нужно убрать, чтобы избежать поломки мачт. То есть оригинальная шкала ветра по Бофорту преследовала исключительно практические цели в морском деле.
Эта шкала была принята в качестве стандарта для британского флота только в конце 1830-х годов.
Применение шкалы на суше
Начиная с 1850-х годов, шкала Бофорта стала применяться для сухопутных целей. Была разработана математическая формула для перевода ее баллов в используемые физические величины для измерения скорости ветра, то есть в метры в секунду (м/с) и километры в секунду (км/с). Кроме того, изготавливаемые анемометры (приборы, измеряющие скорость ветра) также начали калибровать с учетом этой шкалы.
В начале XX века метеоролог Джордж Симпсон добавил в шкалу эффекты, которые производил ветер соответствующей силы на суше. Начиная с 1920-х годов шкала начинает широко использоваться во всем мире для описания явлений, связанных с силой ветра, как на море, так и на суше.
Связь между баллами шкалы и силой ветра
Как уже выше было отмечено, силу ветра в баллах по шкале Бофорта можно перевести в удобные для использования единицы. Для этого служит следующая формула: v = 0,837*B1,5 м/с, где v - скорость ветра в метрах в секунду, B - значение балла по шкале Бофорта. Например, для 4 баллов рассматриваемой шкалы, которым соответствует название "умеренный бриз", скорость ветра будет равна: v = 0,837*41,5 = 6,7 м/с или 24,1 км/ч.
Часто бывает необходимо получить значения скорости перемещения воздушных масс в километрах в час. Для этой цели была выведена еще одна математическая связь между баллами шкалы и соответствующей физической величиной. Формула имеет вид: v = 3*B1,5 ± B, здесь v - это скорость, с которой дует ветер, выраженная в км/ч. Отметим, что значок "±" позволяет получить пределы скорости, которые соответствуют указанному баллу. Так, в примере выше скорость ветра по шкале Бофорта, которая соответствует 4 баллам, будет равна: v = 3*41,5 ± 4 = 24 ± 4 км/ч или 20-28 км/ч.
Как видно из примера, обе формулы дают одинаковый результат, поэтому могут использоваться для определения скорости ветра в тех или иных единицах.
Далее в статье приведем описание последствий воздействия ветра той или иной силы на различные природные объекты и человеческие сооружения. С этой целью всю шкалу Бофорта можно разделить на три части: 0-4 балла, 5-8 баллов и 9-12 баллов.
Баллы шкалы от 0 до 4
Если анемометр показывает, что ветер находится в пределах 4 баллов рассматриваемой шкалы, тогда говорят о легком бризе:
- Штиль (0): поверхность моря является гладкой, без волн; дым от костра поднимается вертикально вверх.
- Легкий ветерок (1): маленькие волны без пены на море; дым указывает направление, куда дует ветер.
- Слабый бриз (2): прозрачные гребни волн, которые являются непрерывными; начинают падать листья с деревьев и двигаться лопасти ветряных мельниц.
- Легкий бриз (3): маленькие волны, их гребни начинают разрываться; листья на деревьях и флаги начинают колебаться.
- Умеренный бриз (4): множество "барашков" на поверхности моря; поднимаются бумаги и пыль с земли, начинают колыхаться кроны деревьев.
Баллы шкалы от 5 до 8
Эти баллы ветра по шкале Бофорта приводят к переходу бриза в сильный ветер. Им соответствует следующее описание:
- Свежий бриз (5): волны на море средней величины и длины; небольшие колыхания стволов деревьев, появление ряби на поверхности озер.
- Сильный бриз (6): начинают формироваться большие волны, их гребни то и дело разрываются, образуется морская пена; начинают качаться ветви деревьев, возникают трудности в удержании открытого зонтика.
- Сильный ветер (7): поверхность моря становится крайне волнистой и "объемной", пена увлекается ветром; приходят в движение большие деревья, возникают трудности при движении пешеходов против ветра.
- Крепкий ветер (8): большие волны, которые "ломаются", появление полос из пены; начинают ломаться кроны некоторых деревьев, затруднено движение пешеходов, некоторые транспортные средства двигаются под действием силы ветра.
Баллы шкалы от 9 до 12
Последние баллы шкалы Бофорта характеризуют начало бури и урагана. Последствия от таких ветров приведены ниже:
- Очень крепкий ветер (9): очень большие волны с изломанными гребнями, видимость уменьшается; повреждение деревьев, невозможность нормального передвижение пешеходов и транспортных средств, начинают повреждаться некоторые искусственные сооружения.
- Буря (10): толстые волны, на гребнях которых видна пена, цвет поверхности моря становится белым; деревья вырывает с корнями, повреждение зданий.
- Сильный шторм (11): очень большие волны, море абсолютно белое, видимость очень низкая; разрушения различного характера повсеместно, сильный ливень, наводнения, полет людей и других предметов в воздухе.
- Ураган (12): огромные волны, белое море и нулевая видимость; полет людей, транспортных средств, деревьев и частей домов, повсеместные разрушения, скорость ветра достигает значений 120 км/ч.
Шкалы, описывающие ураганы
Естественно, возникает вопрос: а существуют ли ветра, которые дуют сильнее, чем 120 км/ч на нашей Земле? Иными словами, имеется ли шкала, которая бы описывала различную силу ураганов? Ответ на этот вопрос положительный: да, такая шкала имеется, и она является не единственной.
В первую очередь следует сказать, шкала ураганов Бофорта также существует, и с стандартной шкалой она стыкуется просто (добавляются баллы от 13 до 17). Эта расширенная шкала была разработана еще в середине прошлого века, однако, хотя ее и можно использовать для описания тропических ураганов, которые часто происходят на побережьях юго-восточной Азии (Тайвань, Китай), применяется она редко. Для этих целей существуют другие специальные шкалы.
Подробное описание ураганов приводится в шкале Саффира-Симпсона. Она разработана в 1969 году американским инженером Гербертом Саффиром, затем Симпсон добавил в нее эффекты, связанные с наводнениями. Эта шкала делит все ураганы на 5 уровней в зависимости от скорости ветра. Она охватывает все возможные пределы этой величины: от 120 км/ч до 250 км/ч и больше, и подробно описывает характерные для данного балла разрушения. Шкалу Саффира-Симпсона легко транслировать в расширенную шкалу Бофорта. Так, 1 балл по первой будет соответствовать 13 баллам второй, 2 балла - 14 баллам и так далее.
Другими теоретическими инструментами для классификации ураганов являются шкала Фудзиты и шкала ТОРРО. Обе шкалы используются для описания торнадо или смерча (вид урагана), при этом первая основывается на классификации разрушений от торнадо, вторая же имеет соответствующее математическое выражение и базируется на скорости движения ветра в торнадо. Обе шкалы применяются во всем мире для описания указанного вида ураганов.
