Скорость ветра

В метеорологии величина , скорость ветра или скорость ветрового потока — это фундаментальная атмосферная вызываемая перемещением воздуха от высокого к давления 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 на бесчисленное множество других последствий. ^[2] Направление ветра обычно почти параллельно изобарам (а не перпендикулярно, как можно было бы ожидать) из-за вращения Земли .

Единицы

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 другие единицы, такие как мили в час (миль в час), узлы (узлы), ^[5] и футы в секунду (футы/с) также иногда используются для измерения скорости ветра. Исторически скорости ветра также классифицировались с использованием шкалы Бофорта , которая основана на визуальных наблюдениях за конкретно определенными эффектами ветра на море или на суше.

Факторы, влияющие на скорость ветра

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 ссылка ]}

Самая высокая скорость

Неторнадический

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 Группой оценки ВМО, которая установила, что анемометр был механически исправен, а порыв находился в пределах статистической вероятности, 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). уровень). 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 ^{[ на момент? ]}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 морем. уровень в США 12 апреля 1934 года с использованием термоанемометра . Анемометр, специально разработанный для использования на горе Вашингтон, позже был протестирован Национальным бюро погоды США и подтвердил свою точность. ^[8]

Торнадик

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 управляемый Университетом Оклахомы, зафиксировал скорость ветра до 150 метров в секунду (340 миль в час; 540 км/ч) внутри торнадо Эль-Рино в 2013 году , отметив самый быстрый ветер, когда-либо наблюдавшийся радаром. 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]

может быть намного выше Скорость ветра на экзопланетах . 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]

Измерение

Современный анемометр, используемый для определения скорости ветра.

Анемометр — один из инструментов, используемых для измерения скорости ветра. ^[15] Прибор, состоящий 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 в принимаемых сигналах 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 ссылка ]} , прибор для измерения скорости потока жидкости, Трубка Пито в основном используется для определения скорости воздуха в самолете.

Проектирование конструкций

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 определяет поперечное проектирование 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 с использованием уравнения $q = ρv 2 / 2$ , 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]

См. также

Американское общество инженеров-строителей (разработчик ASCE 7-05, текущая версия - ASCE 7-16)
шкала Бофорта
Шкала Fujita и расширенная шкала Fujita
Международный строительный кодекс (объявитель NBC 2005 г.)
Рекомендации ИКАО – Международная система единиц
Узел (единица измерения)
Преобладающий ветер
Шкала ураганов Саффира – Симпсона
шкала ТОРРО
Направление ветра

Ссылки

^ Брун, П., Циммерманн, Н.Э., Хари, К., Пеллиссье, Л., Каргер, Д.Н. (препринт): Глобальные предсказатели, связанные с климатом, с километровым разрешением для прошлого и будущего. Система Земли. наук. Данные Обсудить. https://doi.org/10.5194/essd-2022-212
^ Хоган, К. Майкл (2010). «Абиотический фактор». В Эмили Моноссон; К. Кливленд (ред.). Энциклопедия Земли . Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде . Архивировано из оригинала 8 июня 2013 г.
^ Скорость ветра | Исландское метеорологическое бюро «Исландское метеорологическое бюро в настоящее время использует SI (Международную систему единиц измерения) в метрах в секунду (м/с) […] другие метеорологические институты Северных стран используют эту систему в течение многих лет с удовлетворительными результатами»
^ Международная организация гражданской авиации - Международные стандарты и рекомендуемая практика - Единицы измерения, которые будут использоваться в воздушных и наземных операциях - Приложение 5 к Конвенции о международной гражданской авиации.
^ Измерение скорости ветра в узлах «Причина, по которой морской ветер вообще измеряется в узлах, связана с морской традицией»
^ Перейти обратно: ^а ^б «Документация и проверка мирового рекорда экстремальных порывов ветра: 113,3 мс–1 на острове Барроу, Австралия, во время прохождения тропического циклона Оливия» (PDF) . Австралийский метеорологический и океанографический журнал.
^ «Мировой рекорд порыва ветра» . Всемирная метеорологическая ассоциация. 5 ноября 2015 г. Архивировано из оригинала 18 декабря 2023 г. Проверено 12 февраля 2017 г. .
^ «История мирового рекорда ветра» . Обсерватория Маунт Вашингтон . Проверено 26 января 2010 г.
^ «Массивный торнадо в Оклахоме имел скорость ветра до 200 миль в час» . Новости CBS . 20 мая 2013 года . Проверено 17 мая 2014 г.
^ Лиза, Энтони В.; Флурной, Мэтью Д.; Алфорд, А. Аддисон (19 марта 2024 г.). «Сравнение характеристик ущерба от торнадо с маловысотными радиолокационными наблюдениями WSR-88D и последствия для оценки интенсивности торнадо» . Ежемесячный обзор погоды . Национальное управление океанических и атмосферных исследований и Университет Оклахомы через Американское метеорологическое общество . doi : 10.1175/MWR-D-23-0242.1 . Проверено 19 марта 2024 г.
^ «Исторические торнадо» . Национальная метеорологическая служба.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Самая высокая скорость приземного ветра — тропический циклон Оливия устанавливает мировой рекорд» . Академия мировых рекордов . 26 января 2010 года . Проверено 17 мая 2014 г.
^ Вурман, Джошуа (2007). «Допплер на колесах» . Центр исследований суровой погоды. Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.
^ «Обнаружены ветры со скоростью 5400 миль в час, проносящиеся вокруг планеты за пределами Солнечной системы» . Warwick.ac.uk . Проверено 8 августа 2020 г.
^ Коэн, Джошуа. «Изготовьте и используйте анемометр для измерения скорости ветра» . www.ciese.org . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ Крис Вудфорд. Ультразвуковые анемометры. https://www.explainthatstuff.com/anemometers.html
^ Капартис, Саввас (1999) «Анемометр, использующий стоячую волну, нормальную к потоку жидкости, и бегущую волну, нормальную к стоячей волне» Патент США 5,877,416
^ «Ветер и конструкции» . Корейская наука (на корейском языке) . Проверено 18 апреля 2018 г.
^ Структурные комментарии NBC 2005 - Часть 4 Div. Б, сообщение. я
^ Комментарий ASCE 7-05, рисунок C6-4, ASCE 7-10 C26.5-1.

Внешние ссылки

СМИ, связанные со скоростью ветра , на Викискладе?

[1] Брун, П., Циммерманн, Н.Э., Хари, К., Пеллиссье, Л., Каргер, Д.Н. (препринт): Глобальные предсказатели, связанные с климатом, с километровым разрешением для прошлого и будущего. Система Земли. наук. Данные Обсудить. https://doi.org/10.5194/essd-2022-212

[2] Хоган, К. Майкл (2010). «Абиотический фактор». В Эмили Моноссон; К. Кливленд (ред.). Энциклопедия Земли . Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде . Архивировано из оригинала 8 июня 2013 г.

[3] Скорость ветра | Исландское метеорологическое бюро «Исландское метеорологическое бюро в настоящее время использует SI (Международную систему единиц измерения) в метрах в секунду (м/с) […] другие метеорологические институты Северных стран используют эту систему в течение многих лет с удовлетворительными результатами»

[4] Международная организация гражданской авиации - Международные стандарты и рекомендуемая практика - Единицы измерения, которые будут использоваться в воздушных и наземных операциях - Приложение 5 к Конвенции о международной гражданской авиации.

[5] Измерение скорости ветра в узлах «Причина, по которой морской ветер вообще измеряется в узлах, связана с морской традицией»

[courtney-6] Перейти обратно: ^а ^б «Документация и проверка мирового рекорда экстремальных порывов ветра: 113,3 мс–1 на острове Барроу, Австралия, во время прохождения тропического циклона Оливия» (PDF) . Австралийский метеорологический и океанографический журнал.

[7] «Мировой рекорд порыва ветра» . Всемирная метеорологическая ассоциация. 5 ноября 2015 г. Архивировано из оригинала 18 декабря 2023 г. Проверено 12 февраля 2017 г. .

[8] «История мирового рекорда ветра» . Обсерватория Маунт Вашингтон . Проверено 26 января 2010 г.

[9] «Массивный торнадо в Оклахоме имел скорость ветра до 200 миль в час» . Новости CBS . 20 мая 2013 года . Проверено 17 мая 2014 г.

[2024RadarPaper-10] Лиза, Энтони В.; Флурной, Мэтью Д.; Алфорд, А. Аддисон (19 марта 2024 г.). «Сравнение характеристик ущерба от торнадо с маловысотными радиолокационными наблюдениями WSR-88D и последствия для оценки интенсивности торнадо» . Ежемесячный обзор погоды . Национальное управление океанических и атмосферных исследований и Университет Оклахомы через Американское метеорологическое общество . doi : 10.1175/MWR-D-23-0242.1 . Проверено 19 марта 2024 г.

[11] «Исторические торнадо» . Национальная метеорологическая служба.

[worldrecordacademy-12] Перейти обратно: ^а ^б «Самая высокая скорость приземного ветра — тропический циклон Оливия устанавливает мировой рекорд» . Академия мировых рекордов . 26 января 2010 года . Проверено 17 мая 2014 г.

[13] Вурман, Джошуа (2007). «Допплер на колесах» . Центр исследований суровой погоды. Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.

[14] «Обнаружены ветры со скоростью 5400 миль в час, проносящиеся вокруг планеты за пределами Солнечной системы» . Warwick.ac.uk . Проверено 8 августа 2020 г.

[15] Коэн, Джошуа. «Изготовьте и используйте анемометр для измерения скорости ветра» . www.ciese.org . Проверено 18 апреля 2018 г.

[16] Крис Вудфорд. Ультразвуковые анемометры. https://www.explainthatstuff.com/anemometers.html

[17] Капартис, Саввас (1999) «Анемометр, использующий стоячую волну, нормальную к потоку жидкости, и бегущую волну, нормальную к стоячей волне» Патент США 5,877,416

[18] «Ветер и конструкции» . Корейская наука (на корейском языке) . Проверено 18 апреля 2018 г.

[19] Структурные комментарии NBC 2005 - Часть 4 Div. Б, сообщение. я

[20] Комментарий ASCE 7-05, рисунок C6-4, ASCE 7-10 C26.5-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]