В метеорологии скорость ветра или скорость ветрового потока — это фундаментальная атмосферная величина, вызываемая перемещением воздуха от высокого давления к низкому , обычно из-за изменений температуры. Скорость ветра в настоящее время обычно измеряется с помощью анемометра .
Скорость ветра влияет на прогнозы погоды , авиационные и морские операции, строительные проекты, скорость роста и метаболизма многих видов растений и на бесчисленное множество других последствий. [2] Направление ветра обычно почти параллельно изобарам (а не перпендикулярно, как можно было бы ожидать) из-за вращения Земли .
Метр в секунду (м/с) — это единица измерения скорости в системе СИ , рекомендованная Всемирной метеорологической организацией для сообщения о скорости ветра и используемая, среди прочего, в прогнозах погоды в странах Северной Европы . [3] С 2010 года Международная организация гражданской авиации (ИКАО) также рекомендует использовать метры в секунду для определения скорости ветра при приближении к взлетно-посадочной полосе , заменив прежнюю рекомендацию использовать километры в час (км/ч). [4]
По историческим причинам для измерения скорости ветра иногда используются и другие единицы, такие как мили в час (миль в час), узлы (узлы), [5] и футы в секунду (футы/с). Исторически скорости ветра также классифицировались с использованием шкалы Бофорта , которая основана на визуальных наблюдениях за конкретно определенными эффектами ветра на море или на суше.
На скорость ветра влияет ряд факторов и ситуаций, действующих в разных масштабах (от микро- до макромасштабов). К ним относятся градиент давления , волны Россби , реактивные течения и местные погодные условия. Также можно обнаружить связь между скоростью и направлением ветра , особенно с градиентом давления и условиями местности.
Градиент давления описывает разницу давления воздуха между двумя точками в атмосфере или на поверхности Земли. Скорость ветра жизненно важна, потому что чем больше разница в давлении, тем быстрее течет ветер (от высокого давления к низкому), чтобы уравновесить это изменение. Градиент давления в сочетании с эффектом Кориолиса и трением также влияет на направление ветра .
Волны Россби — это сильные ветры в верхних слоях тропосферы . Они действуют в глобальном масштабе и движутся с запада на восток (поэтому их называют западными ). Волны Россби сами по себе представляют собой скорость ветра, отличную от той, которая наблюдается в нижней тропосфере .
Местные погодные условия играют ключевую роль в влиянии на скорость ветра, поскольку образование ураганов , муссонов и циклонов как необычных погодных условий может радикально повлиять на скорость потока ветра. [ нужна цитата ]
Самая высокая скорость ветра, не связанная с торнадо, когда-либо зарегистрированная, была во время прохождения тропического циклона «Оливия» 10 апреля 1996 года: автоматическая метеостанция на острове Барроу , Австралия , зарегистрировала максимальный порыв ветра 113,3 м/с (408 км/ч; 253). 220,2 узлов; 372 фута/с) [6] [7] Порыв ветра был оценен оценочной группой ВМО, которая установила, что анемометр механически исправен, а вероятность порыва находится в пределах статистической, и утвердила измерения в 2010 году. Анемометр был установлен на высоте 10 м над уровнем земли (и, следовательно, на высоте 64 м над уровнем моря). Во время циклона было зарегистрировано несколько экстремальных порывов ветра со скоростью более 83 м/с (300 км/ч; 190 миль в час; 161 узел; 270 футов/с) с максимальной средней скоростью за 5 минут 49 м/с (180 км). /ч; 95 узлов; 160 футов/с; коэффициент экстремальных порывов был примерно в 2,27–2,75 раза выше средней скорости ветра. Характер и масштабы порывов позволяют предположить, что мезовихрь был встроен в и без того сильную стенку глаза циклона. [6]
В настоящее время [ по состоянию на? ] , вторая по величине скорость приземного ветра, когда-либо официально зарегистрированная, составляет 103,266 м / с (371,76 км / ч; 231,00 миль в час; 200,733 узлов; 338,80 футов / с) в обсерватории Маунт-Вашингтон (Нью-Гэмпшир) на высоте 1917 м (6288 футов) над уровнем моря. Уровень моря в США 12 апреля 1934 года с помощью термоанемометра . Анемометр, специально разработанный для использования на горе Вашингтон, позже был протестирован Национальным бюро погоды США и подтвердил свою точность. [8]
Скорость ветра при некоторых атмосферных явлениях (например, торнадо ) может значительно превышать эти значения, но никогда точно не измерялась. Непосредственное измерение этих ураганных ветров проводится редко, поскольку сильный ветер может разрушить инструменты. Метод оценки скорости заключается в использовании доплеровского режима на колесах или мобильных доплеровских радаров для дистанционного измерения скорости ветра. [9] Используя этот метод, мобильный радар ( RaXPol ), принадлежащий и эксплуатируемый Университетом Оклахомы, зафиксировал скорость ветра до 150 метров в секунду (340 миль в час; 540 км/ч) внутри торнадо Эль-Рино в 2013 году , что стало самым быстрым ветром за всю историю. наблюдалось с помощью радара в истории. [10] В 1999 году мобильный радар измерил скорость ветра до 135 м/с (490 км/ч; 300 миль в час; 262 узлов; 440 футов/с) во время торнадо Бридж-Крик-Мур 1999 года в Оклахоме 3 мая, [11] ], хотя для того же торнадо также приводилась другая цифра - 142 м / с (510 км / ч; 320 миль в час; 276 узлов; 470 футов / с). [12] Еще одно число, используемое Центром исследований суровой погоды для этого измерения, составляет 135 ± 9 м / с (486 ± 32 км / ч; 302 ± 20 миль в час; 262 ± 17 узлов; 443 ± 30 футов / с). [13] Однако скорости, измеренные доплеровским метеорадиолокатором, не считаются официальными рекордами. [12]
Скорость ветра на экзопланетах может быть намного выше . Ученые из Уорикского университета в 2015 году определили, что на HD 189733b скорость ветра составляет 2400 м/с (8600 км/ч; 4700 узлов). В пресс-релизе Университет объявил, что методы, использованные при измерении скорости ветра HD 189733b, могут быть использованы для измерения скорости ветра на экзопланетах, подобных Земле. [14]
Анемометр — один из инструментов, используемых для измерения скорости ветра. [15] Устройство, состоящее из вертикальной стойки и трёх или четырёх вогнутых чашек, анемометр фиксирует горизонтальное перемещение частиц воздуха (скорость ветра).
В отличие от традиционных крыльчатых анемометров, ультразвуковые датчики ветра не имеют движущихся частей и поэтому используются для измерения скорости ветра в приложениях, не требующих технического обслуживания, например, на ветряных турбинах. Как следует из названия, ультразвуковые датчики ветра измеряют скорость ветра с помощью высокочастотного звука. Ультразвуковой анемометр имеет две или три пары излучателей и приемников звука. Каждый передатчик постоянно передает высокочастотный звук на свой приемник. Электронные схемы внутри измеряют время, необходимое звуку, чтобы пройти путь от каждого передатчика к соответствующему приемнику. В зависимости от того, как дует ветер, некоторые звуковые лучи будут затронуты сильнее, чем другие, замедляя или слегка ускоряя их. Схемы измеряют разницу в скоростях лучей и используют ее для расчета скорости ветра. [16]
Акустические резонансные датчики ветра представляют собой вариант ультразвукового датчика. Вместо измерения времени полета датчики акустического резонанса используют резонирующие акустические волны внутри небольшой специально построенной полости. В резонатор встроен массив ультразвуковых преобразователей , которые используются для создания отдельных структур стоячих волн на ультразвуковых частотах. При прохождении ветра через полость происходит изменение свойств волны (сдвиг фазы). Измеряя величину фазового сдвига принимаемых сигналов каждым датчиком, а затем математически обрабатывая данные, датчик способен обеспечить точное горизонтальное измерение скорости и направления ветра. [17]
Другой инструмент, используемый для измерения скорости ветра, включает GPS в сочетании с трубкой Пито . [ нужна цитация ] Инструмент измерения скорости потока жидкости, трубка Пито в основном используется для определения скорости воздуха в самолете.
Скорость ветра является распространенным фактором при проектировании сооружений и зданий по всему миру. Часто это определяющий фактор при определении требуемой поперечной прочности конструкции конструкции.
В Соединенных Штатах скорость ветра, используемая при проектировании, часто называется «3-секундным порывом», который представляет собой самый высокий устойчивый порыв за 3-секундный период, вероятность превышения которого в год составляет 1 из 50 (ASCE). 7-05, обновлено до ASCE 7-16). [18] Эта расчетная скорость ветра принята большинством строительных норм и правил в США и часто регулирует боковой расчет зданий и сооружений.
В Канаде эталонное давление ветра используется при проектировании и основано на «среднечасовой» скорости ветра, вероятность превышения которой в год составляет 1 из 50. Эталонное давление ветра q рассчитывается по уравнению q = ρv 2 / 2. , где ρ — плотность воздуха, а v — скорость ветра. [19]
Исторически сложилось так, что о скорости ветра сообщалось с различными временами усреднения (например, самая быстрая миля, 3-секундный порыв, 1 минута и среднее значение в час), которые проектировщикам, возможно, придется принять во внимание. Для преобразования скоростей ветра из одного времени усреднения в другое была разработана кривая Дёрста, которая определяет соотношение между вероятной максимальной скоростью ветра, усреднённой за некоторое количество секунд, и средней скоростью ветра за один час. [20]
СМИ, связанные со скоростью ветра, на Викискладе?