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 прогноз погоды , авиационные и морские операции, строительные проекты, скорость роста и метаболизма многих видов растений и имеет 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. Она, среди прочего, используется 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] или 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 и струйные течения , а также местные погодные условия. Также можно обнаружить связь между скоростью и направлением ветра , особенно с градиентом давления и условиями местности.
Градиент давления — это термин, описывающий 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, которую мы наблюдаем 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). миль/ч; 220,2 узла; 372 фута/с) [6] [7] Порыв ветра был оценен оценочной группой ВМО, которая установила, что анемометр был механически исправен, а порывы находились в пределах статистической вероятности, и утвердила измерения в 2010 году. 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; 110 миль в час; 95 узлов; 160 футов/с) экстремальный фактор порывов был примерно в 2,27–2,75 раза выше средней скорости ветра. Характер и масштабы порывов позволяют предположить, что мезовихрь врезался в и без того сильную стенку глаза циклона. [6]
В настоящее время 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 узла; 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 не измерялась точно. Непосредственное измерение этих ураганных ветров проводится редко, поскольку сильный ветер может разрушить инструменты. Метод оценки скорости заключается в использовании допплера на колесах для дистанционного измерения скорости ветра [9] и с использованием этого метода получается цифра 135 м/с (490 км/ч; 300 миль в час; 262 узла; 440 футов/с). ) во время торнадо Бридж-Крик-Мур 1999 г. в Оклахоме 3 мая 1999 г. часто упоминается как самая высокая зарегистрированная скорость приземного ветра, [10] хотя другая цифра составляет 142 м / с (510 км / ч; 320 миль в час; 276 узлов; 470 футов/с) также упоминается для того же торнадо. [11] Еще одно число, использованное 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). [12] Однако скорости, измеренные доплеровским радаром , не считаются официальными рекордами. [11]
Скорость ветра на экзопланетах может быть намного выше . Ученые из Уорикского университета в 2015 году определили, что на HD 189733b скорость ветра составляла 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. [13]
Анемометр — один из инструментов, используемых для измерения скорости ветра. [14] Устройство, состоящее из вертикальной стойки и трёх или четырёх вогнутых чашек, анемометр фиксирует горизонтальное перемещение частиц воздуха (скорость ветра).
В отличие от традиционных чашечных и крыльчатых анемометров, ультразвуковые датчики ветра не имеют движущихся частей и поэтому используются для измерения скорости ветра в приложениях, не требующих технического обслуживания, например, на верхней части ветряных турбин. 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. Поставьте его на ветер, и каждый передатчик постоянно передает высокочастотный звук на соответствующий приемник. Электронные схемы внутри измеряют время, необходимое звуку, чтобы пройти путь от каждого передатчика к соответствующему приемнику. В зависимости от того, как дует ветер, он будет влиять на некоторые звуковые лучи больше, чем на другие, очень незначительно замедляя или ускоряя их. Схемы измеряют разницу в скоростях лучей и используют ее для расчета скорости ветра. [15]
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 для измерения скорости ветра. 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. [16]
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). [17] 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 рассчитывается по следующему уравнению: где плотность воздуха и скорость ветра. [18]
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 Дерста, которая определяет соотношение между вероятной максимальной скоростью ветра, усредненной за t секунд, V t , и средней скоростью ветра за один час V 3600 . [19]
СМИ, связанные со скоростью ветра, на Викискладе?
