Кіріспе
Жел жылдамдығының немесе бағытының қысқа қашықтықтағы айырмашылығы. Желдің қиылысы (немесе жел қиылуы), кейде жел градиенті деп аталады, атмосферадағы салыстырмалы түрде қысқа қашықтықта желдің жылдамдығы және/немесе бағытының өзгеруі. Атмосфералық желдің қиылысы көбінесе тік немесе көлденең жел қиылысы ретінде сипатталады. Тік жел қиылысы – биіктік өзгергенде желдің жылдамдығының немесе бағытының өзгеруі. Көлденең жел қиылысы – белгілі бір биіктікте желдің жылдамдығының өзгеруі және оның көлденең бағыттағы орналасуының өзгеруі. Жел қиылысы – өте шағын арақашықтықта пайда болатын микродеңгейлі метеорологиялық құбылыс, бірақ ол мезодеңгейлі немесе синоптикалық деңгейдегі ауа райының белгілерімен, мысалы, дауылдық фронттар мен суық фронттармен байланысты болуы мүмкін. Ол найзағайлар, фронттар, жергілікті төменгі деңгейдегі желдің күшті аймақтары, таулар, ашық аспан мен тыныш желдің салдарынан туындайтын радиациялық инверсиялар, ғимараттар, жел турбиналары және желкенді қайықтардың жанында жиі кездеседі. Желдің қиылысы ұшақтың басқаруына маңызды әсер етеді және көптеген авиаапаттардың себебі болған немесе оларға ықпал еткен. Желдің қиылысы атмосферадағы дыбыс таралуына әсер етеді, толқын фронтын бұрып, дыбыстарды қалыпты жағдайда естілмейтін жерлерде естілуіне мүмкіндік береді. Тропосферадағы күшті тік жел қиылысы тропикалық циклонның дамуын тежейді, бірақ жеке найзағайларды ұзақ өмірлік циклдарға ұйымдастыруға көмектеседі, соның салдарынан ауа райы нашарлауы мүмкін. Жылулық жел концепциясы әртүрлі биіктіктегі желдің жылдамдығының айырмашылығының көлденең температураның айырмашылығына қалай байланысты екенін түсіндіреді және реактивтік ағынның пайда болуын түсіндіреді.
Wind shear (or windshear), sometimes referred to as wind gradient, is a difference in wind speed and/or direction over a relatively short distance in the atmosphere. Atmospheric wind shear is normally described as either vertical or horizontal wind shear. Vertical wind shear is a change in wind speed or direction with a change in altitude. Horizontal wind shear is a change in wind speed with a change in lateral position for a given altitude. Wind shear is a microscale meteorological phenomenon occurring over a very small distance, but it can be associated with mesoscale or synoptic scale weather features such as squall lines and cold fronts. It is commonly observed near microbursts and downbursts caused by thunderstorms, fronts, areas of locally higher low level winds referred to as low level jets, near mountains, radiation inversions that occur due to clear skies and calm winds, buildings, wind turbines, and sailboats. Wind shear has significant effects on the control of an aircraft, and it has been the only or a contributing cause of many aircraft accidents. Sound movement through the atmosphere is affected by wind shear, which can bend the wave front, causing sounds to be heard where they normally would not. Strong vertical wind shear within the troposphere also inhibits tropical cyclone development but helps to organize individual thunderstorms into longer life cycles which can then produce severe weather. The thermal wind concept explains how differences in wind speed at different heights are dependent on horizontal temperature differences and explains the existence of the jet stream.
Ауа райының өзгеруі
Ауа райы фронттары – әр түрлі тығыздыққа немесе температура мен ылғалдылық сипаттамаларымен ерекшеленетін екі ауа массасының арасындағы шекаралар. Олар көбінесе жел ағынының конвергенция аймақтары болып табылады және маңызды ауа райы құбылыстарының басты себебі саналады. Жер бетіндегі ауа райы талдауларында олар әртүрлі түсті сызықтар мен белгілермен көрсетіледі. Ауа массалары әдетте температура бойынша өзгеше болады, сонымен қатар ылғалдылық жағынан да айырмашылықтар болуы мүмкін. Көлденең желдің жылдамдығындағы өзгешелік осы шекаралардың жанында байқалады. Суық фронттарда жолдар бойында дауылдар мен күшті ауа райы пайда болады, ал олардың алдынан бұрқасындық және құрғақ сызықтар түсуі мүмкін. Суық фронттар жылы фронттарға қарағанда көлденең желдің жылдамдығындағы өзгешелігі зор, беттік шекаралары өткір болады. Фронт тұрақтанған кезде, ол желдің жылдамдығы әртүрлі аймақтарды бөлетін сызыққа, яғни қиылыс сызығына айналуы мүмкін, бірақ фронт бойымен желдің бағыты көбінесе өзгермейді. Тропиктік аймақтарда тропикалық толқындар Атлант және Шығыс Тынық мұхиттарында шығыстан батысқа қарай жылжиды. Күшті тропикалық толқындардың осі бойында желдің бағыты мен жылдамдығында өзгешеліктер туындауы мүмкін, себебі толқын осіне дейін солтүстік желдер, ал одан кейін оңтүстік-шығыс желдер соғып тұрады. Көлденең желдің жылдамдығындағы өзгешелік жергілікті құрғақ және теңіз бризінің шекараларында да кездеседі.
Жағалауға жақын
Жағалаудағы желдің күші құрлықтағыдан шамамен екі есе артық. Бұл құрлық пен ашық теңіз сулары арасындағы үйкеліс айырмашылығымен байланысты. Көбінесе, желдің бағыты да өзгереді, әсіресе күн батысымен жергілікті теңіз желдері жағалаудағы желді өзгертетін кезде.
Күн күркіреуі мен ауа райының бұзылуына әсер ету
Қатты найзағайлар, торнадо мен ақ жаңбыр тудыруға қабілетті, дауылды ұзақ сақтау үшін желдің бағытын өзгерткен қиылысын қажет етеді. Бұл дауылдың кіретін ағыны, жаңбыр салқындатқан шығатын ағынынан бөлінген кезде пайда болады. Түнде немесе түнгі уақытта төменгі деңгейдегі желдің күшеюі, тропосфера арқылы тік желдің қиылысын арттыру арқылы қауіпті ауа-райы мүмкіндігін арттырады. Атмосферада тік желдің қиылысы жоқ найзағайлар, барлық бағытта шығатын ағын шекарасын жіберген кезде әлсірейді, бұл оның салыстырмалы түрде жылы, ылғалды ауаның кіруін тез тоқтатады және найзағайдың таралуына себеп болады.
Планеталық шекаралық қабат
Жер бетіндегі желдің жоғарыдағы желдермен үйкелісінің атмосфералық әсері жер бетіндегі желдерді, изобарлар (тең қысым сызықтары) арқылы ішке қарай соғатындай, жер бетіне жақын сағат тілімен кері бағытта бәсеңдетіп өзгертеді, бұл сүрінбейтін ағындағы желдермен салыстырғанда. Бұл қабат, желдің жылдамдығын бәсеңдететін және өзгертетін планеталық шекаралық қабат деп аталады, кейде Экман қабаты деп те айтылады, ол күндіз қалыңдап, түнде жұқарады. Күндізгі жылыну шекаралық қабатты қалыңдатады, себебі күн сәулесінің әсерінен жер бетіндегі желдер жоғарыдағы желдермен араласады. Түндегі радиациялық салқындату, жер бетіндегі желдер мен шекаралық қабаттан жоғарыдағы желдердің арасындағы ажыратылуды күшейтеді, жер бетіндегі желдің тынышталғандығынан желдің қиылысы артады. Бұл жел өзгерістері шекаралық қабат пен жоғарыдағы жел арасында желдің қиылысын тудырады және түнде ең айқын байқалады.
Ұшу
Глайдермен ұшу кезінде, жер бетінен жоғарыдағы желдің күшіндегі өзгерістер глайдердің ұшып шығу және қону фазаларына әсер етеді. Желдің градиенті жерден бастап ұшыру кезінде (винтпен немесе сыммен ұшыру) айқын әсер етуі мүмкін. Егер желдің күшіндегі өзгеріс күрт немесе айтарлықтай болса, ал ұшқыш бірдей көлбеу бұрышын сақтаса, көрсеткіштегі жылдамдық артуы мүмкін, тіпті жерден ұшырудың максималды жылдамдығынан да асып кетеді. Ұшқыш осы өзгерістің әсерін жою үшін жылдамдықты реттеуі керек. Қону кезінде желдің күшіндегі кенеттен өзгеру де қауіпті, әсіресе жел күшті болғанда. Глайдер қонуға жақымдағанда желдің күшіндегі өзгерістен өтетін кезде, жылдамдық төмендеп, түсу жылдамдығы артады, ал жерге тиіспей бұрын жылдамдықты арттыруға жеткіліксіз уақыт болады. Ұшқыш желдің күшіндегі өзгерісті болжап, оны өтеу үшін жоғары жылдамдықпен ұшып келуі керек. Желдің күшіндегі өзгеріс жерге жақын тік бұрылыстар жасайтын ұшақтар үшін де қауіпті. Бұл әсіресе қанаттарының ұзындығы үлкен глайдерлер үшін маңызды проблема, себебі олар белгілі бір бұрылыс бұрышында желдің әртүрлі күшіне тап болады. Әр қанаттың ұшындағы жылдамдық айырмашылығы бір қанаттың аэродинамикалық тоқтауына алып келуі мүмкін, бұл басқаруды жоғалтуға және апатқа соқтыруы мүмкін.
Парашютпен ұшу
Желдің қиылысы немесе желдің градиенті парашютшілер үшін, әсіресе BASE секіру және қанатты ұшу үшін қауіпті. Парашютшілер желдің бағыты мен жылдамдығының кенеттен өзгеруі салдарынан жолынан ауысып, көпірлерге, жартастарға, ағаштарға, басқа парашютшілерге, жерге және басқа да кедергілерге соқтығысқан жағдайлар болған. Парашютшілер қону кезінде бағыттың өзгеруін өтеу үшін, палубалардың соқтығысуы және палубаның аударылуы сияқты апаттарды болдырмау мақсатында ашық палубаларының орналасуын үнемі түзету жұмыстарын жүргізеді.
Ұшып бара жатыр
Жел қиюға байланысты ұшу, сондай-ақ динамикалық ұшу деп аталады, бұл альбатрос сияқты қанаттарын қағусыз ұшуды жалғастыра алатын ұшу құстары қолданатын тәсіл. Егер жел қию жеткілікті күшті болса, құс жел градиентіне көтеріліп, жер жылдамдығын биіктікке айырбастап, әуе жылдамдығын сақтай алады. Содан кейін желге қарсы бұрылып, жел градиенті арқылы сүңгіп түсе отырып, олар да энергия жинақтай алады. Желкенші ұшқыштар да осыны сирек жағдайларда қолданған. Жел қию толқындарды да тудыруы мүмкін. Бұл атмосфералық инверсия екі қабатты, жел бағытындағы айқын айырмашылықпен бөліп алғанда пайда болады. Егер жел төменнен көтерілетін жылу ағындарынан туындаған инверсиялық қабаттағы бұзылыстарға тап болса, ол жоғары көтерілу үшін пайдаланылатын күшті қисайту толқындарын тудырады.
Жолаушылар ұшағына әсері
Әсіресе ұшып көтерілу мен қону кезінде желдің күрт өзгеруі әуе кемесі үшін өте қауіпті болуы мүмкін. Желдің жылдамдығының кенеттен өзгеруі әуе жылдамдығының тез төмендеуіне алып келуі мүмкін, нәтижесінде ұшақ биіктікті сақтап қалуға шамасы келмейді. Желдің күрт өзгеруі бірнеше қайғылы апаттарға себеп болды, оның ішінде Eastern Air Lines Flight 66, Pan Am Flight 759, Delta Air Lines Flight 191 және USAir Flight 1016 рейстері. Желдің күрт өзгеруін Допплер радары арқылы анықтауға болады. Әуежайлар төменгі деңгейдегі желдің күрт өзгеруінен ескерту жүйелерімен немесе терминалдық Допплер ауа райы радарымен жабдықталуы мүмкін, ал ұшақтар желдің күрт өзгеруін анықтау және ескерту жүйелерімен жабдықталуы мүмкін. 1985 жылы Delta Air Lines Flight 191 рейсінің апатқа ұшырауынан кейін, 1988 жылы АҚШ Федералдық авиация басқармасы барлық коммерциялық ұшақтарда 1993 жылға дейін желдің күрт өзгеруін анықтау және ескерту жүйелері болуын міндеттеді. Желдің күрт өзгеруіне жиі ұшырайтын көптеген АҚШ әуежайларында жоғары сапалы терминалдық Допплер ауа райы радар станцияларын орнату, ұшқыштар мен жердегі диспетчерлерге осы жағдайдан қашуға қосымша көмектесті.
Желкендеу
Желдің қиылысы қозғалып бара жатқан желдік қайықтарға әсер етеді, себебі желдің жылдамдығы мен бағыты мачта бойындағы әртүрлі биіктікте әртүрлі болады. Төменгі деңгейдегі желдің қиылысының әсері желкендік конструкцияны жобалау кезінде желкенді бұруды таңдауда ескерілуі мүмкін, бірақ оны болжау қиын, өйткені желдің қиылысы әртүрлі ауа райы жағдайында күрт өзгеруі мүмкін. Теңізшілер төменгі деңгейдегі желдің қиылысын ескеріп, желкенді реттеу арқылы да түзетулер жасай алады, мысалы, бум вангты пайдалану арқылы.
Дыбыс таралуы
Жел қиюы төменгі атмосферада дыбыс таралуына күшті әсер ете алады, онда толқындар сыну құбылысы арқылы "бұрылуы" мүмкін. Күн күркірі немесе оқ атылу сияқты алыс көздерден келетін дыбыстардың естілуі, қиюдың күшіне тікелей байланысты. Осы әртүрлі дыбыс деңгейлерінің нәтижесі, шу ластану мәселелерін қарастыруда маңызды, мысалы, жол және ұшақ шуы, және шу тосқауылдарын жобалау кезінде ескерілуі тиіс. Бұл құбылыс алғаш рет 1960 жылдары шу ластануын зерттеу саласында қолданылып, қалалық тас жолдар мен шу тосқауылдарын жобалауға үлкен үлес қосты. Дыбыстың жылдамдығы температураға байланысты өзгереді. Температура мен дыбыс жылдамдығы биіктік артқан сайын әдетте төмендейтіндіктен, дыбыс жоғары қарай, жердегі тыңдаушылардан алыстайды, бұл көзден белгілі бір қашықтықта акустикалық көлеңке құрайды. 1862 жылы Америка Азаматтық соғысының Иука шайқасы кезінде, солтүстік-шығыс желдің күшейткені саналған акустикалық көлеңке, одақтас әскерлердің екі дивизиясын шайқасқа қатысудан алды, себебі олар шайқастың дыбысын алты шақырымдай қашықтықтан ести алмады.
Сәулетке әсері
Жел инженериясы – табиғи және салынған ортаға желдің әсерін талдаумен айналысатын инженерлік сала. Оған адамға ыңғайсыздық тудыруы мүмкін күшті желдер де, сондай-ақ құлпынай, дауылдар және т.б. сияқты кең ауқымда қиратуға әкеп соғуы мүмкін қауіпті желдер де кіреді. Жел инженериясы метеорология, аэродинамика және бірнеше мамандандырылған инженерлік салаларды қамтиды. Онда климаттық модельдер, атмосфералық шекаралық қабаттағы жел туннельдері және сандық модельдер сияқты құралдар қолданылады. Бұл, басқа тақырыптармен қатар, желдің ғимараттарға тигізетін әсерін инженерлік есептеулерде қалай ескеру керектігін қамтиды. Жел турбиналары желдің жылдамдық градиентіне (қиылысына) сезімтал. Желдің тік профилі турбина қанаттарының жерге жақын бөлігіндегі және жоғарғы бөлігіндегі желдің жылдамдығының өзгешелігіне әкеледі, бұл өз кезегінде турбинаның жұмысына әсер етеді. Мұндай төменгі деңгейдегі жылдамдық градиенті екі қанатты турбинаның білігінде үлкен иілу моментін тудыруы мүмкін. Су үстіндегі желдің жылдамдық градиентінің азаюы теңіздің азау жерлерінде қысқарақ және арзан жел турбиналық мұнараларды пайдалануға мүмкіндік береді.