Viteza vântului - Wind speed
În meteorologie , viteza vântului sau viteza fluxului vântului este o cantitate atmosferică fundamentală cauzată de trecerea aerului de la presiune ridicată la presiune scăzută , de obicei datorită schimbărilor de temperatură. Viteza vântului este acum frecvent măsurată cu un anemometru .
Viteza vântului afectează prognozele meteo , aviația și operațiunile maritime , proiectele de construcții , rata de creștere și metabolism a multor specii de plante și are nenumărate alte implicații. Rețineți că direcția vântului este de obicei aproape paralelă cu izobarele (și nu perpendiculare, așa cum ne-am putea aștepta), datorită rotației Pământului .
Unități
Metri pe secundă (m / s) este unitatea SI pentru viteză și unitatea recomandată de Organizația Meteorologică Mondială pentru raportarea vitezei vântului și este utilizată, printre altele, în prognozele meteo din țările nordice . Din 2010, Organizația Aviației Civile Internaționale (OACI) recomandă, de asemenea, metri pe secundă pentru raportarea vitezei vântului atunci când se apropie de piste , înlocuind fosta lor recomandare de a folosi kilometri pe oră (km / h). Din motive istorice, alte unități, cum ar fi mile pe oră (mph), noduri (kn) sau picioare pe secundă (ft / s), sunt, de asemenea, uneori folosite pentru a măsura viteza vântului. Din punct de vedere istoric, viteza vântului a fost, de asemenea, clasificată folosind scara Beaufort , care se bazează pe observații vizuale ale efectelor vântului definite în mod specific pe mare sau pe uscat.
Factori care afectează viteza vântului
Viteza vântului este afectată de o serie de factori și situații, care operează la scări variate (de la micro la macro). Acestea includ gradientul de presiune , valurile Rossby și jeturile și condițiile meteorologice locale. Există, de asemenea, legături între viteza vântului și direcția vântului , în special cu gradientul de presiune și condițiile terenului.
Gradientul de presiune este un termen pentru a descrie diferența de presiune a aerului între două puncte din atmosferă sau de pe suprafața Pământului. Este vital pentru viteza vântului, deoarece cu cât diferența de presiune este mai mare, cu atât vântul curge mai repede (de la presiunea mare la cea mică) pentru a echilibra variația. Gradientul de presiune, combinat cu efectul și fricțiunea Coriolis , influențează și direcția vântului .
Valurile Rossby sunt vânturi puternice în troposfera superioară . Acestea operează la scară globală și se deplasează de la vest la est (de aici fiind cunoscute sub numele de Westerlies ). Valurile Rossby sunt ele însele o viteză a vântului diferită de cea pe care o experimentăm în troposfera inferioară .
Condițiile meteo locale joacă un rol cheie în influențarea vitezei vântului, deoarece formarea de uragane , musoni și cicloni, deoarece condițiile meteo ciudate pot afecta drastic viteza de curgere a vântului.
Cea mai mare viteză
Cea mai rapidă viteză a vântului, fără legătură cu tornadele înregistrate vreodată, a fost în timpul trecerii ciclonului tropical Olivia la 10 aprilie 1996: o stație meteo automată pe insula Barrow , Australia , a înregistrat o rafală maximă de vânt de 113,3 m / s (408 km / h; 253 mph; 220,2 kn; 372 ft / s) Rafala de vânt a fost evaluată de panoul de evaluare al OMM, care a constatat că anemometrul era mecanic solid, iar rafala era în probabilitatea statistică și a ratificat măsurarea în 2010. Anemometrul a fost montat la 10 m deasupra solului nivel (și astfel 64 m deasupra nivelului mării). În timpul ciclonului, au fost înregistrate câteva rafale extreme de peste 83 m / s (300 km / h; 190 mph; 161 kn; 270 ft / s), cu o viteză medie maximă de 5 minute de 49 m / s (180 km) / h; 110 mph; 95 kn; 160 ft / s) factorul de rafală extrem a fost în ordinea de 2,27-2,75 ori viteza medie a vântului. Modelul și scalele rafalelor sugerează că un mezovortex a fost încorporat în peretele ochiului deja puternic al ciclonului.
În prezent, cea de-a doua cea mai mare viteză a vântului de suprafață înregistrată oficial este de 103,266 m / s (371,76 km / h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 ft / s) la Observatorul Mount Washington (New Hampshire) , 1.917 m (6.288 ft) deasupra nivelul mării în SUA la 12 aprilie 1934, folosind un anemometru cu fir fierbinte . Anemometrul, conceput special pentru a fi utilizat pe Muntele Washington, a fost testat ulterior de Biroul Național de Meteorologie al SUA și confirmat că este exact.
Viteza vântului în anumite fenomene atmosferice (cum ar fi tornadele ) poate depăși cu mult aceste valori, dar nu au fost niciodată măsurate cu exactitate. Măsurarea directă a acestor vânturi tornadice se face rar, deoarece vântul violent ar distruge instrumentele. O metodă de estimare a vitezei este utilizarea Doppler pe roți pentru a detecta viteza vântului de la distanță și, folosind această metodă, cifra de 135 m / s (490 km / h; 300 mph; 262 kn; 440 ft / s) în timpul 1999 Tornada Bridge Creek – Moore din Oklahoma la 3 mai 1999 este adesea citată ca fiind cea mai mare viteză a vântului de suprafață înregistrată, deși o altă cifră de 142 m / s (510 km / h; 320 mph; 276 kn; 470 ft / s) are a fost, de asemenea, citat pentru aceeași tornadă. Un alt număr utilizat de Centrul pentru Cercetări Meteorologice severe pentru această măsurare este de 135 ± 9 m / s (486 ± 32 km / h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 ft / s). Cu toate acestea, vitezele măsurate de radarul Doppler nu sunt considerate înregistrări oficiale.
Cea mai rapidă viteză a vântului observată pe o exoplanetă a fost HD 189733b , realizată de oamenii de știință de la Universitatea din Warwick în 2015, măsurată la 5.400 mph, sau 2.414 metri pe secundă. Într-un comunicat de presă, Universitatea a anunțat că metodele utilizate pentru măsurarea vitezei vântului HD 189733b ar putea fi utilizate pentru a măsura viteza vântului pe exoplanete asemănătoare Pământului.
Măsurare
Un anemometru este unul dintre instrumentele utilizate pentru măsurarea vitezei vântului. Un dispozitiv format dintr-un stâlp vertical și trei sau patru cupe concave, anemometrul surprinde mișcarea orizontală a particulelor de aer (viteza vântului).
Spre deosebire de anemometrele tradiționale pentru cupe și palete, senzorii de vânt cu ultrasunete nu au părți mobile și, prin urmare, sunt folosiți pentru măsurarea vitezei vântului în aplicații care necesită performanțe fără întreținere, cum ar fi pe partea superioară a turbinelor eoliene. După cum sugerează și numele, senzorii de vânt cu ultrasunete măsoară viteza vântului utilizând sunet de înaltă frecvență. Un anemometru cu ultrasunete are două sau trei perechi de emițătoare și receptoare de sunet. Puneți-l în vânt și fiecare emițător transmite constant sunet de înaltă frecvență către receptorul respectiv. Circuitele electronice din interior măsoară timpul necesar sunetului pentru a-și face călătoria de la fiecare emițător la receptorul corespunzător. În funcție de modul în care bate vântul, acesta va afecta unele dintre razele de sunet mai mult decât celelalte, încetinindu-l sau accelerându-l foarte ușor. Circuitele măsoară diferența de viteză a grinzilor și o utilizează pentru a calcula cât de repede bate vântul.
Senzorii de vânt cu rezonanță acustică sunt o variantă a senzorului cu ultrasunete. În loc să utilizeze timpul de măsurare a zborului, senzorii de rezonanță acustică utilizează unde acustice rezonante într-o cavitate mică construită special pentru a efectua măsurarea vitezei vântului. În cavitate este încorporată o gamă de traductoare cu ultrasunete, care sunt utilizate pentru a crea modele separate de unde staționare la frecvențe ultrasonice. Pe măsură ce vântul trece prin cavitate, are loc o modificare a proprietății undei (defazare). Măsurând cantitatea de schimbare de fază a semnalelor primite de fiecare traductor și apoi prin procesarea matematică a datelor, senzorul este capabil să furnizeze o măsurare orizontală precisă a vitezei și direcției vântului.
Un alt instrument utilizat pentru măsurarea vitezei vântului include un GPS combinat cu tubul pitot. Un instrument pentru viteza de curgere a fluidului, tubul Pitot este utilizat în principal pentru a determina viteza aerului unei aeronave.
Proiectarea structurilor
Viteza vântului este un factor comun în proiectarea structurilor și clădirilor din întreaga lume. Este adesea factorul de guvernare în rezistența laterală necesară pentru proiectarea unei structuri.
În Statele Unite, viteza vântului utilizată în proiectare este adesea denumită „rafală de 3 secunde”, care este cea mai mare rafală susținută într-o perioadă de 3 secunde, cu o probabilitate de a fi depășită pe an de 1 din 50 (ASCE 7 -05, actualizat la ASCE 7-16). Această viteză a vântului de proiectare este acceptată de majoritatea codurilor de construcție din Statele Unite și guvernează adesea proiectarea laterală a clădirilor și structurilor.
În Canada, presiunile de vânt de referință sunt utilizate în proiectare și se bazează pe viteza vântului „orar mediu” având o probabilitate de a fi depășită pe an de 1 la 50. Presiunea de vânt de referință este calculată utilizând următoarea ecuație: unde este densitatea aerului și este viteza vântului.
Din punct de vedere istoric, viteza vântului a fost raportată cu o varietate de timpi medii (cum ar fi cea mai rapidă milă, rafala de 3 secunde, 1 minut și oră medie) pe care proiectanții trebuie să le ia în considerare. Pentru a converti viteza vântului de la un timp mediu la altul, a fost dezvoltată Curba Durst care definește relația dintre viteza maximă probabilă a vântului mediată pe t secunde, V t și viteza medie a vântului peste o oră V 3600 .
Vezi si
- American Society of Civil Engineers (promulgator al ASCE 7-05, versiunea actuală este ASCE 7-16)
- Scara Beaufort
- Scara Fujita și Scara Fujita îmbunătățită
- Codul internațional al clădirilor (promulgator al NBC 2005)
- Recomandări OACI - Sistem internațional de unități
- Nod (unitate)
- Vânt predominant
- Scara Uraganului Saffir – Simpson
- Scara TORRO
- Directia vantului
Referințe
linkuri externe
-
Medii legate de Viteza vântului la Wikimedia Commons
