Самый лучший путь представить или увидеть ветер и воздушные потоки - это понаблюдать за движением воды. Когда дно ручья гладкое, поток равномерный с постоянной скоростью, причем, вода сверху движется быстрее, чем внизу, возле дна. Когда поток встречается с препятствием или углублением, он становится непостоянным, даже если скорость его невелика. Вода предпочитает течь вокруг камня, чем над ним. Когда вода протекает между двумя камнями, она бьет ключем и течет быстрее. Когда она протекает над камнем, то возникает рябь или волна вниз по течению. Если камней много, то за ними спокойствие потока нарушается водоворотами или волнением.
Воздушные течения реагируют на земную поверхность аналогично. Они предпочитают двигаться вокруг отдельно стоящих гор, чем над ними и параллельно горным хребтам. Поток воздуха движется быстрее в ущелье. Образует смерчи и волны. Изменяя движение ветра, все эти препятствия замедляют движение ветра у поверхности. Изменение скорости ветра по высоте называется градиентом ветра. В дополнение к механическим эффектам, существенно изменяют поведение воздушных течений еще и тепловые процессы. Из этого следует вывод, что у поверхности воздух чаще всего очень непостоянен и турбулентность более высокая, чем на высоте.
Природа воздушного потока при высоте 500 - 1000 м:
Атмосфера свободна. Здесь не проявляется вязкость воздуха, потому что он не контактирует с твердыми телами. Движение воздуха определяется только градиентом давления и эффектом Кориолиса
Воздушный поток при высоте 50 - 100 м
Переходная область. Здесь эффект трения о поверхность влияет на структуру ветра. До этого уровня простирается действие морских бризов. Эффект Кориолиса и изменение плотности из-за прогрева земной поверхности существенные силы на этом уровне.
У поверхности:
Область постоянно меняющихся процессов. Структура ветра определяется в основном природой поверхности и изменением температуры с высотой. Равнинные и горные ветры встречаются на этом уровне.
Образование ветра обусловливается перемещением воздушных масс из областей с высоким атмосферным давлением в область низкого с отклонением до 60° в северном полушарии вправо, а в южном — влево. Отклонение перемещающихся масс воздуха вызывается вращением Земли. Поскольку у экватора всегда существует более низкое атмосферное давление, над океанами дуют постоянные ветры: северо-восточные пассаты — в северном полушарии и юго-восточные — в южном, распространяющиеся до 26—35-й параллели. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра постоянно меняются. С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения. Характеризуется двумя основными элементами: направлением, в котором перемещается воздух, и скоростью, с которой происходит это перемещение.
Периодическое (годовое) изменение атмосферного давления в различных областях земного шара вызывает сезонные ветры — муссоны. Ветры, вызываемые неодинаковым атмосферным давлением в смежных областях земной и водной поверхности, называют барическими; ветры, возникающие по местным причинам и захватывающие ограниченные районы, называются местными.
Из-за трения движущегося воздуха о землю, скорость ветра у поверхности меньше, чем на высоте. По той же причине изменяется и направление. Ветер на высоте совпадает с направлением изобар, а у земли пересекает их. Графическое представление скорости ветра от высоты можно назвать градиентным профилем ветра. В спокойных условиях (без термичности) над землей поток не турбулентен и наибольшее изменение скорости ветра происходит вблизи поверхности. Если местность пересеченная, нижний слой турбулизируется, увеличивается толщина пограничного слоя, то есть слоя, в котором изменяется скорость ветра.