Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из скорости ветра )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с воздушной скоростью .
Анемометр обычно используются для измерения скорости ветра.

В метеорологии , скоростях ветра , или ветра скорости потока , является фундаментальным атмосферным количеством вызванного воздуха , двигающегося от максимума до низкого давления , как правило , из - за изменения температуры. Скорость ветра сейчас обычно измеряется анемометром .

Скорость ветра влияет на прогноз погоды , авиационные и морские операции, строительные проекты, скорость роста и метаболизма многих видов растений и имеет множество других последствий. [1] Обратите внимание, что направление ветра обычно почти параллельно изобарам (а не перпендикулярно, как можно было бы ожидать) из-за вращения Земли .

Единицы [ править ]

Метры в секунду (м / с) - это единица измерения скорости в системе СИ и единица, рекомендованная Всемирной метеорологической организацией для сообщения скорости ветра, и, среди прочего, она используется в прогнозах погоды в странах Северной Европы . [2] С 2010 года Международная организация гражданской авиации (ИКАО) также рекомендует метры в секунду для сообщения скорости ветра при приближении к взлетно-посадочной полосе , заменяя свою прежнюю рекомендацию использовать километры в час (км / ч). [3] По историческим причинам другие единицы измерения, такие как мили в час (mph), узлы (kn) [4] илифуты в секунду (фут / с) также иногда используются для измерения скорости ветра. Исторически скорости ветра также классифицировались с использованием шкалы Бофорта , которая основана на визуальных наблюдениях конкретно определенных эффектов ветра на море или на суше.

Факторы, влияющие на скорость ветра [ править ]

На скорость ветра влияет ряд факторов и ситуаций, действующих в разных масштабах (от микромасштабов до макромасштабов). К ним относятся градиент давления , волны Россби и струйные течения , а также местные погодные условия. Также можно найти связи между скоростью и направлением ветра , особенно с градиентом давления и условиями местности.

Градиент давления - это термин, описывающий разницу в давлении воздуха между двумя точками в атмосфере или на поверхности Земли. Скорость ветра очень важна, потому что чем больше разница в давлении, тем быстрее ветер течет (от высокого давления к низкому), чтобы уравновесить колебания. Градиент давления в сочетании с эффектом Кориолиса и трением также влияет на направление ветра .

Волны Россби - это сильный ветер в верхних слоях тропосферы . Они действуют в глобальном масштабе и движутся с запада на восток (отсюда и известны как Westerlies ). Волны Россби сами по себе отличаются скоростью ветра от того, что мы испытываем в нижней тропосфере .

Местные погодные условия играют ключевую роль в влиянии на скорость ветра, так как образование ураганов , муссонов и циклонов как ненормальных погодных условий может резко повлиять на скорость потока ветра. [ необходима цитата ]

Самая высокая скорость [ править ]

Оригинальный анемометр, который измерял Большой ветер в 1934 году в обсерватории Маунт Вашингтон.

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 , зафиксировала максимальный порыв ветра 113,3 м / с (408 км / ч; 253). миль / ч; 220,2 узлов; 372 фут / с) [5] [6]Порыв ветра был оценен группой оценки ВМО, которая обнаружила, что анемометр был механически исправен, а порыв был в пределах статистической вероятности, и утвердил измерения в 2010 г. Анемометр был установлен на высоте 10 м над уровнем земли (и, таким образом, 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 / ч; 161 кН; 270 фут / с) с максимальной 5-минутной средней скоростью 49 м / с (180 км / ч; 110 миль / ч; 95 узлов; 160 фут / с) экстремальный фактор порыва был примерно в 2,27–2,75 раза выше средней скорости ветра. Характер и масштабы порывов позволяют предположить, что мезовихрь был внедрен в и без того прочную стену глаза циклона. [5]

В настоящее время вторая по величине скорость приземного ветра, когда-либо зарегистрированная, составляет 103,266 м / с (371,76 км / ч; 231,00 миль / ч; 200,733 узлов; 338,80 футов / с) в обсерватории Маунт-Вашингтон (Нью-Гэмпшир) на высоте 1917 м (6288 футов). уровень моря в США 12 апреля 1934 г. с использованием анемометра с подогревом. Анемометр, специально разработанный для использования на горе Вашингтон, позже был протестирован Национальным бюро погоды США и подтвердил свою точность. [7]

Скорость ветра при определенных атмосферных явлениях (например, торнадо ) может значительно превышать эти значения, но никогда не измерялась точно. Прямое измерение этих ураганных ветров выполняется редко, поскольку сильный ветер может разрушить инструменты. Метод оценки скорости заключается в использовании Доплера на колесах для дистанционного определения скорости ветра [8] и, используя этот метод, значение 135 м / с (490 км / ч; 300 миль / ч; 262 узлов; 440 футов / с). ) во время торнадо Бридж-Крик-Мур в 1999 г. в Оклахоме 3 мая 1999 г. часто называют самой высокой зарегистрированной скоростью приземного ветра [9], хотя другая цифра - 142 м / с (510 км / ч; 320 миль / ч; 276 узлов; 470 фут / с) также было указано для того же торнадо. [10]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). [11] Однако скорости, измеренные доплеровским радаром, не считаются официальными рекордами. [10]

Самая высокая скорость ветра, наблюдаемая на экзопланете, была HD 189733b , измеренная учеными из Уорикского университета в 2015 году, со скоростью 5400 миль в час, или 2,414 километра в секунду. В пресс-релизе университет объявил, что методы, использованные при измерении скорости ветра HD 189733b, могут быть использованы для измерения скорости ветра на экзопланетах земного типа. [12]

Измерение [ править ]

Основная статья: Анемометр
Современный анемометр используется для измерения скорости ветра.
Акустический резонансный датчик ветра FT742-DM, один из инструментов, используемых в настоящее время для измерения скорости ветра в обсерватории Маунт Вашингтон.

Анемометр - один из инструментов, используемых для измерения скорости ветра. [13] Устройство, состоящее из вертикальной стойки и трех или четырех вогнутых чашек, анемометр фиксирует горизонтальное движение частиц воздуха (скорость ветра).

В отличие от традиционных чашечно-лопастных анемометров, ультразвуковые датчики ветра не имеют движущихся частей и поэтому используются для измерения скорости ветра в приложениях, требующих не требующих обслуживания характеристик, 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 передатчиков и приемников звука. Поставьте его на ветру, и каждый передатчик постоянно излучает высокочастотный звук на соответствующий приемник. Электронные схемы внутри измеряют время, необходимое звуку, чтобы пройти от каждого передатчика до соответствующего приемника. В зависимости от того, как дует ветер, он повлияет на одни звуковые лучи больше, чем на другие, замедляя или немного ускоряя их.Схемы измеряют разницу в скоростях лучей и используют ее для расчета скорости ветра.[14]

Акустико-резонансные датчики ветра являются разновидностью ультразвукового датчика. Вместо измерения времени пролета датчики акустического резонанса используют резонирующие акустические волны в небольшой специально построенной полости для измерения скорости ветра. В полость встроен массив ультразвуковых преобразователей, которые используются для создания отдельных диаграмм стоячих волн на ультразвуковых частотах. Когда ветер проходит через полость, происходит изменение свойства волны (фазовый сдвиг). Измеряя величину фазового сдвига в принимаемых сигналах каждым датчиком, а затем математически обрабатывая данные, датчик может обеспечить точное горизонтальное измерение скорости и направления ветра. [15]

Другой инструмент, используемый для измерения скорости ветра, включает GPS в сочетании с трубкой Пито. [ необходима цитата ] Инструмент измерения скорости потока жидкости, трубка Пито, в основном, используется для определения скорости воздуха в самолете.

Проектирование конструкций [ править ]

Основная статья: Ветровая инженерия
Анемометр на открытой сцене для измерения скорости ветра

Скорость ветра - распространенный фактор при проектировании конструкций и зданий по всему миру. Часто это решающий фактор в требуемой поперечной прочности конструкции.

В Соединенных Штатах скорость ветра, используемая при проектировании, часто упоминается как «3-секундный порыв», который является наивысшим устойчивым порывом за 3-секундный период с вероятностью превышения в год 1 из 50 (ASCE 7 -05, обновлено до ASCE 7-16). [16] Эта расчетная скорость ветра принята большинством строительных норм и правил в Соединенных Штатах и ​​часто регулирует боковой дизайн зданий и сооружений.

В Канаде при проектировании используются эталонные значения давления ветра, которые основаны на "средней часовой" скорости ветра, превышение которой составляет 1 к 50 в год. Эталонное давление ветра (q) рассчитывается в паскалях с использованием следующего уравнения: q = (1/2) pV 2, где p - плотность воздуха в кг / м 3, а V - скорость ветра в м / с. [17]

Исторически сложилось так, что скорость ветра сообщалась с различными временами усреднения (например, самая быстрая миля, 3-секундный порыв, 1-минутная и среднечасовая), которые проектировщикам, возможно, придется принимать во внимание. Чтобы преобразовать скорость ветра из одного времени усреднения в другое, была разработана кривая Дерста, которая определяет отношение между вероятной максимальной скоростью ветра, усредненной за t секунд, V t , и средней скоростью ветра за один час V 3600 . [18]

См. Также [ править ]

  • Американское общество инженеров-строителей (разработчик ASCE 7-05, текущая версия - ASCE 7-16)
  • Шкала Бофорта
  • Шкала Fujita и улучшенная шкала Fujita
  • Международный Строительный Кодекс (издатель NBC 2005)
  • Рекомендации ИКАО - Международная система единиц
  • Узел (единица)
  • Преобладающий ветер
  • Шкала ураганов Саффира – Симпсона
  • Шкала TORRO
  • Направление ветра

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Hogan, C. Michael (2010). «Абиотический фактор». В Эмили Моноссон; К. Кливленд (ред.). Энциклопедия Земли . Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде . Архивировано из оригинала на 2013-06-08.
  2. ^ Скорость ветра | Исландское метеорологическое бюро «Исландское метеорологическое бюро теперь использует метры измерения в секунду (м / с) SI (Systeme Internationale d'Unites) [..] другие северные метеорологические институты использовали эту систему в течение многих лет с удовлетворительными результатами»
  3. ^ Международная организация гражданской авиации - Международные стандарты и Рекомендуемая практика - Единицы измерения, используемые в воздушных и наземных операциях - Приложение 5 к Конвенции о международной гражданской авиации
  4. ^ Измерение скорости ветра в узлах «Причина, по которой морские ветры вообще измеряются в узлах, связана с морскими традициями»
  5. ^ a b «Документирование и проверка мировых рекордов экстремальных порывов ветра: 113,3 м / с на острове Барроу, Австралия, во время прохождения тропического циклона Оливия» (PDF) . Австралийский метеорологический и океанографический журнал.
  6. ^ "Мировой рекорд порыв ветра" . Всемирная метеорологическая ассоциация . Проверено 12 февраля 2017 года .
  7. ^ "История мирового рекорда ветра" . Обсерватория Маунт Вашингтон . Проверено 26 января 2010 года .
  8. ^ "Массивный торнадо Окла. Скорость ветра достигала 200 миль в час" . CBS News . 20 мая 2013 . Дата обращения 17 мая 2014 .
  9. ^ "Исторические торнадо" . Национальная метеорологическая служба.
  10. ^ a b «Самая высокая скорость приземного ветра - тропический циклон Оливия устанавливает мировой рекорд» . Академия мировых рекордов . 26 января 2010 . Дата обращения 17 мая 2014 .
  11. ^ Вурман, Джошуа (2007). «Доплер на колесах» . Центр исследований суровой погоды. Архивировано из оригинала на 2011-07-19.
  12. ^ "Обнаружен ветер со скоростью 5400 миль в час, несущийся вокруг планеты за пределами Солнечной системы" . warwick.ac.uk . Проверено 8 августа 2020 .
  13. ^ Коэн, Джошуа. «Сделайте и используйте анемометр для измерения скорости ветра» . www.ciese.org . Проверено 18 апреля 2018 .
  14. ^ Крис Вудфорд. Ультразвуковые анемометры. https://www.explainthatstuff.com/anemometer.html
  15. ^ Kapartis, Savvas (1999) "Анемометр, использующий стоячую волну, нормальную к потоку жидкости, и бегущую волну, нормальную к стоячей волне" Патент США 5,877,416
  16. ^ "Ветер и конструкции" . Korea Science (на корейском языке) . Проверено 18 апреля 2018 .
  17. ^ NBC 2005 Структурные комментарии - Часть 4 Div. B, Comm. я
  18. ^ Комментарий ASCE 7-05 Рисунок C6-4, ASCE 7-10 C26.5-1

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные со скоростью ветра на Викискладе?