Dla przeciętnego człowieka wiatr to po prostu ruch powietrza, który psuje fryzurę lub przynosi ochłodę. Dla żeglarza wiatr to „paliwo”, to sens istnienia jachtu i żywioł, który trzeba zrozumieć, by bezpiecznie wrócić do portu.

Ale skąd właściwie bierze się wiatr? Dlaczego czasem tafla jeziora jest gładka jak lustro, a innym razem sztorm zrywa cumy? Odpowiedź leży w fizyce atmosfery, a wszystko zaczyna się od naszej gwiazdy – Słońca. W tym artykule wyjaśnimy mechanizmy powstawania wiatru w sposób prosty i zrozumiały, bez skomplikowanych wzorów matematycznych.

Silnik pogodowy: Słońce i różnice ciśnienia

Wiatr to nic innego jak poziomy ruch powietrza. Aby powietrze zaczęło się poruszać, musi zadziałać na nie siła. Tą siłą jest różnica ciśnień atmosferycznych.

Cały proces można opisać (w sposób uproszczony) w kilku krokach:

1. Nierównomierne nagrzewanie: Słońce ogrzewa Ziemię, jednak nie całą powierzchnię w takim samym stopniu. To wynik tego, że żyjemy na kulce, która obiega słońce i jest odchylona od pionu o ok. 23,5 stopnia. To dlatego rejon równika otrzymuje najwięcej energii z naszej dziennej gwiazdy a bieguny – najmniej. 
2. Ruch pionowy (konwekcja): To nie słońce nagrzewa powietrze, ale ziemia. Gdyby było inaczej niemożliwa byłaby różnica temperatur na różnych wysokościach nad poziomem morza, na tej samej szerokości geograficznej. Ciepłe powietrze jest rzadsze, więc unosi się do góry. W miejscu, gdzie się ono unosi, przy powierzchni ziemi powstaje „dziura” – spada nacisk na powierzchnię ziemi. Tak tworzy się obszar niskiego ciśnienia. Ogrzewanie i unoszenie powietrza ma miejsce w całej strefie równikowej, jednak zależnie od pory roku, pas maksymalnej konwekcji przesuwa się, za słońcem, na półkulę północną lub południową. Jest to tak zwany Równik Termiczny lub ITCZ (Intertropikal Convergation Zone – Międzyzwrotnikowa Strefa Konwergencji).
3. Opadanie zimnego powietrza: Powietrze ochładza się na skutek przemiany adiabatycznej. I to do tego stopnia, że na wysokości 10-12 kilometrów nad powierzchnią ziemi jego temperatura osiąga wartości rzędu -50 stopni Celsjusza. Ochładzajac się – powietrze traci wilgoć, stąd nad równikiem terminczym ogromna ilość chmur oraz częste burze. Zimne powietrze jest gęste, więc opada na dół. A dokładniej – chciałoby opaść, ale uniemożliwia to pionowy ruch powietrza ku górze, gdyż od strony ziemi, w ITCZ, cały czas napływają cieplejsze masy. Musi więc ono opaść na południe lub północ od równika. I tak też się dzieje – zimne i suche powietrze opada w rejonie Zwrotników. To między innymi dlatego na Zwrotnikach występują pustynie. Spójrz na globus: Sahara, Gobi, Kalahari, Wiktorii, Atakama, Mojave…
4. Dążenie do równowagi: Natura nie znosi próżni i dąży do wyrównania ciśnień. Powietrze zaczyna przepływać z miejsca, gdzie jest go „za dużo” (Wyż), do miejsca, gdzie jest go „za mało” (Niż).

Następnie powietrze ogrzewa się od powierzchni ziemii i znów unosi, by ponownie opaść w okolicach biegunów, tworząc Wyż Polarny. Oczywiście różnica ciśnień, mewia charakter nie tylko globalny, ale i synoptyczny, mezoskalowy lub – lokalny. I tak w skali synoptyczne szybciej nagrzewa się ląd niż woda (np. półwysep Indysjki niż Ocean Indyjski ), gdzie na skutek różnicy ciśnień tworzą się wyże i niże baryczne oraz lokalne układy pogodowe np. monsuny. W skali mezo spostrzec możemy, że szybciej nagrzeje się ląd na północy Polski niż Bałtyk, stąd występujące tam latem zjawisko Bryzy dziennej i nocnej. Choć takie zjawiska mogą występować nawet lokalnie, gdyż szybciej i mocniej nagrzeją się zabetonowane miasta czy monokulturowe pola, niż obszary leśne czy jeziora; i tak dalej.
Reasumując – Wiatr, to własnie przepływ powietrza od Wyżu do Niżu. Im większa różnica ciśnień (gradient baryczny) na małym obszarze, tym wiatr jest silniejszy.

Dlaczego wiatr nie wieje w osi północ – południe? Siła Coriolisa

Gdyby Ziemia stała w miejscu, wiatr wiałby idealnie prosto od wyżu do niżu. Ale nasza planeta wiruje wokół własnej osi. To powoduje powstanie pozornej siły, zwanej siłą Coriolisa. Efekt ten sprawia, że masy powietrza (wiatry) są „zaginane”. I to zjawisko widać dokładnie jeśli przyjrzymy się wiatrom stałym czyli Pasatom i Wiatrom Zachodnim (Westerlies). Powietrze, które opadło na ziemię w pasie zwrotnikowym ma tylko dwie drogi ruchu – ku równikowi lub lu biegunowi. Przemieszczając się ku równikowi ogrzewa się i w ITCZ – unosi. Ale zanim dotrze do ITCZ ma do pokonania ponad 3 000 kilometrów. To właśnie na tym dystansie kierunek jego ulega zmianie tak, że wiatr, który jest Północny na wysokości Wysp Kanaryjskich, na wysokości Brazylii jest już niemal Wschodni. Tak właśnie powstaje Pasat. To doskonały wiatr do żeglowania. Jego podmuchy żadko przekraczają 5 stopni w skali Beauforta, więc podróż przez Ocean, w jego towarzystwie, jest na ogół bardzo przyjemna. Choć warto wspomnieć, że im dalej od brzegu zawietrznego, tym w powietrzu więcej wilgoci, a więc i więcej chmur. A chmury niosą deszcz a czasem i szkwały burzowe.
Między zwrotnikiem a biegunem powietrze „skręca” na wschód, stąd nazwa stałych wiatrów występujących na północ między 35 a 60 stopniem szerokości – Wiatry Zachodnie. Gdzie kierunek jest tym bardziej zachodni, im bliżej 60 stopnia szerokości. Ze wględu na niższe temperatury panujące na tych szerokościach gęstość powietrza jest większa. Większa jest zatem siła wiatru. Tutaj sztormy nie są niczym dziwnym, zwłaszcza w miesiącach zimowych. W dodatku, na półkuli południowej nie ma żadnych mas lądowych między Ziemią Ognistą a Ziemią Grahama na Antarktydzie. To sprawia, że fale, rozpędzone huraganowymi wiatrami, nie mają się o co rozbić. Dlatego notuje się tu największe fale na świecie – przekraczające 30 metrów wysokości!

Widać zatem, że stojąc na Zwrotniku Raka wiatr wokół nas skręca w prawo / zgodnie z ruchem wskazuwek zegara. I dotyczy to każdego ośrodka niżowego (niezależnie od skali) na tej półkuli. Wokół wyżu powietrza będzie wirowało przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Na półkuli południowej sytuacja będzie odwrotna.

Dla żeglarza to ważna informacja przy analizowaniu map synoptycznych i planowaniu trasy ucieczki przed sztormem. Ale przede wszystkim 

Wiatry lokalne – przyjaciele żeglarza, choć nie zawsze.

Oprócz wielkich układów barycznych, które kształtują pogodę na kontynentach, istnieją wiatry lokalne. To wynik lokalnych czy mezoskalowych różnic w nagrzewaniu terenu, występowania dużych dolin rzecznych, zbiorników wodnych, gór, czy ukształtowania terenu.

Bryza dzienna (morska)

W słoneczny dzień ląd nagrzewa się znacznie szybciej niż woda. Ciepłe powietrze nad lądem unosi się (tworzy się lokalny niż), a chłodniejsze powietrze znad wody napływa, by zająć jego miejsce.

• Efekt: Wiatr wieje od morza w stronę lądu.
• Dla żeglarza: To idealny wiatr do żeglugi przybrzeżnej w ciągu dnia. Zależnie od lokalnej termiki osiąga 3 do 4 a czasami nawet 5 stopni w skali Beauforta. Zaczyna wiać około godziny 10:00-11:00, najsilniejszy jest w południe i słabnie wieczorem, by o zachodzie słońca zapanował bezruch.

Bryza nocna (lądowa)

W nocy proces się odwraca. Ląd oddaje ciepło błyskawicznie i staje się zimniejszy od wody (która trzyma temperaturę). Powietrze nad wodą jest cieplejsze i unosi się, a chłodne powietrze z lądu spływa w jego stronę.

• Efekt: Wiatr wieje od lądu w stronę morza.
• Dla żeglarza: Znacznie słabsza niż bryza dzienna (maksymalnie 3 w skali Beauforta), ale pozwala na nocne odejście od brzegu.

Bora

chłodny, suchy i porywisty wiatr katabatyczny. Powstaje gdy powietrze gromadzi się za Górami Dynarskimi a następnie je przekracza i opada w stronę wybrzeża. Na górskich zboczach masy powietrza rozpędzają się grawitacyjnie (jak narciarz na stoku) i bez problemu osiągają siłę 8 a nawet 10 stopni w skali Beauforta. Charakteryzuje się silnymi szkwałami, które pojawiają się nagle i są trudne do przewidzenia. Morze podczas bory tworzy chaotyczną, krótką i bardzo stromą falę. Wiatr ten bywa szczególnie niebezpieczny dla jachtów cumujących na nawietrznych nabrzeżach. Zapowiedzią jego nadejścia są charakterystyczne chmury nad górami i gwałtowny spadek temperatury.

Meltemi

Lokalny niż termiczny nad Turcją i Azją, szczególnie widoczny latem, wzmocniony ośrodkiem wyżowym nad Macedonią Północną i Bułgarią tworzą Meltemi nad Morzem Egejskim. Żeglujący po Cykladach wiedzą, że potrafi ono dmuchnąć z prędkością 40 a nawet 50 węzłów. Co ciekawe Meltemi jest pewną anomalią Morza Śródziemnego. Latem, kiedy warunki termiczne nad lądem i wodą są zbliżone, w basenie Morza Śródziemnego dominują raczej słabe wiatry, często typu bryzowego. Silne wiatry są domeną miesięcy zimowych. Meltemi zaś, do swego powstania potrzebuje silnie nagrzanego lądu w Turcji, wiec od jesieni do wiosny w zasadzie nie występuje.

Mistral

Mistral to silny, chłodny i suchy wiatr wiejący z północy lub północnego zachodu w dolinie Rodanu ku Morzu Śródziemnemu. Powstaje na skutek różnicy ciśnienia między chłodnym powietrzem nad kontynentem a cieplejszym nad morzem. Osiąga często prędkości przekraczające 40–50 węzłów, a w porywach bywa jeszcze silniejszy. Charakteryzuje się dobrą widzialnością i czystym niebem, co może mylnie sugerować bezpieczne warunki żeglarskie. Na akwenie Zatoki Lwiej powoduje powstawanie krótkiej, stromej i bardzo niebezpiecznej fali. Zwykle pojawia się nagle i może utrzymywać się od kilkunastu godzin do kilku dni.

Sirocco

Ciepły, wilgotny wiatr wiejący z Sahary w kierunku północnym nad Morzem Śródziemnym. Przynosi gorące powietrze, często niosąc drobny pył pustynny ograniczający widzialność. Po przejściu nad morzem nabiera wilgoci i może powodować intensywne opady deszczu. Często powoduje wzrost temperatury i duszną, niekomfortową pogodę. Na morzu generuje długą falę i pogorszenie warunków żeglarskich. W niektórych rejonach może utrzymywać się kilka dni, powodując trudności nawigacyjne. Jego nadejście bywa zapowiadane przez mleczne niebo i charakterystyczną żółtawą poświatę – efekt piasku Saharyjskiego, który wisi w powietrzu.

Tramontana

Chłodny, suchy wiatr północny występujący głównie w Hiszpanii, Francji i północnych Włoszech. Powstaje, gdy zimne powietrze z kontynentu spływa w kierunku cieplejszego morza. Często pojawia się nagle i osiąga dużą siłę, szczególnie w rejonie Balearów i Costa Brava. Może powodować gwałtowne pogorszenie warunków na morzu i szybkie narastanie fali. Charakteryzuje się dobrą widzialnością i niską wilgotnością powietrza.

Jak mierzymy wiatr? Skala Beauforta

Wiatr opisujemy dwoma parametrami: kierunkiem (skąd wieje) i prędkością.

• Kierunek: Zawsze podajemy kierunek, z którego wiatr wieje. Wiatr północny (N) to wiatr wiejący z północy na południe (czyli „w twarz” gdy patrzysz na północ).
• Prędkość: Na morzu najczęściej prędkość wiatru podajemy w węzłach (milach morskich na godzinę), na śródlądziu częściej w metrach na sekundę lub kilometrach na godzinę.

W żeglarstwie najczęściej używamy Skali Beauforta, która służy do bezprzyżądowego określenia siły wiatru, dzięki obserwacji skutków wiatru na wodzie czy lądzie. I tak na przykład

• 0 B (Cisza): Woda gładka jak lustro, żagle zwisają.
• 2 B (Słaby wiatr): Drobna fala o szklistym grzbiecie. Wiatr odczuwalny na skórze. W żegludze na wiatr żagle dobrze stoją.
• 4 B (Umiarkowany wiatr): Na grzbietach fal pojawia się piana. Świetny wiatr do żeglugi. Na jeziorze można pomyśleć o zarefowaniu grota na pierwszy ref.
• 6 B (Silny wiatr): Wysokie fale, szum morza, tworzą się grzywacze. Jachty refują żagle. W żegludze czarterowej zazwyczaj zakaz wyjścia z portu (klauzule ubezpieczeniowe).
• 8 B (Sztorm): Wysokie i długie fale, liczne grzywacze i pasma piany. Jachty mocno zarefowane.
• 10 B (Bardzo silny sztorm): Wiatr zrywa wierzchołki fal i niesie był wodny. Bardzo wysokie fale. Jachty głęboko zarefowane, często bez możliwości poruszania się pod wiatr na żaglach. Takielunek jachtu poddany dużym obciążeniom.

Wiatr pozorny a wiatr rzeczywisty

Na koniec ważna koncepcja dla każdego, kto staje za sterem. To, co czujesz na twarzy płynąc jachtem, to nie jest ten sam wiatr, który wieje w przyrodzie.

• Wiatr rzeczywisty (True Wind): To wiatr, który czujesz, gdy stoisz w miejscu (np. na pomoście).
• Wiatr własny: To pęd powietrza wywołany ruchem jachtu (gdy jedziesz rowerem w bezwietrzny dzień, czujesz wiatr na twarzy – to właśnie wiatr własny).
• Wiatr pozorny (Apparent Wind): To wypadkowa (suma wektorowa) wiatru rzeczywistego i własnego. To właśnie ten wiatr „widzą” żagle i to do niego je ustawiamy (trymujemy).

Dlatego, gdy płyniesz pod wiatr (w bajdewindzie), wydaje się on znacznie silniejszy niż jest w rzeczywistości, a gdy płyniesz z wiatrem (w fordewindzie), na pokładzie robi się cicho i ciepło, bo „uciekasz” przed wiatrem.

FAQ – Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego na morzu wieje mocniej niż na lądzie?

Ponieważ woda jest znacznie gładsza niż ląd. Na lądzie wiatr napotyka tarcie w postaci drzew, budynków i gór, co go spowalnia. Na morzu tarcie jest minimalne, więc wiatr może się swobodnie rozpędzić.

Co to jest szkwał?

Szkwał to nagły, gwałtowny wzrost prędkości wiatru, trwający zazwyczaj kilka minut. Często towarzyszy mu zmiana kierunku. Jest szczególnie niebezpieczny dla żeglarzy, bo może przewrócić jacht, jeśli żagle nie zostaną w porę poluzowane.

Skąd wiadomo, że zmieni się pogoda?

Najlepszym przyrządem na jachcie jest barometr. Szybki spadek ciśnienia zwiastuje nadejście niżu i pogorszenie pogody (silny wiatr, deszcz). Wzrost ciśnienia zazwyczaj zapowiada poprawę aury i słabszy wiatr.

Co to jest „cisza przed burzą”?

To zjawisko często występuje przed nadejściem frontu burzowego. Ciepłe powietrze jest gwałtownie zasysane do góry przez chmurę burzową (Cumulonimbus), co przy powierzchni ziemi może powodować chwilowy zanik wiatru, zanim uderzy szkwał.