Скорость ветра

В метеорологии , скорость ветра или ветра скорость потока представляет собой фундаментальное количество атмосферы , вызванное воздухом, перемещающимся от высокого к низкому давлению , обычно из -за изменений температуры. Скорость ветра теперь обычно измеряется с помощью анемометра .

Скорость ветра влияет на прогнозирование погоды , авиационные и морские операции, строительные проекты, скорость роста и метаболизма многих видов растений и бесчисленные другие последствия. ^{[ 2 ]} Направление ветра обычно почти параллельно изобарам (и не перпендикулярно, как можно было ожидать), из -за вращения Земли .

Единицы

Измеритель в секунду (M/S) является единицей SI для скорости, а подразделение, рекомендованное Всемирной метеорологической организацией для сообщения о скоростях ветра, и используется среди других в прогнозах погоды в скандинавских странах . ^{[ 3 ]} С 2010 года Международная организация гражданской авиации (ICAO) также рекомендует метры в секунду для сообщения о скорости ветра при приближении к взлетно -посадочным полосам , заменяя их прежнюю рекомендацию по использованию километров в час (км/ч). ^{[ 4 ]}

По историческим причинам другие подразделения, такие как мили в час (миль в час), узлы (KN), ^{[ 5 ]} и ноги в секунду (футы/с) также иногда используются для измерения скорости ветра. Исторически скорости ветра также были классифицированы с использованием шкалы Бофорта , которая основана на визуальных наблюдениях конкретно определенных эффектов ветра в море или на земле.

Факторы, влияющие на скорость ветра

На скорость ветра влияет ряд факторов и ситуаций, работающих на различных масштабах (от микро -макросыпленных шкал). К ним относятся градиент давления , волны Россби , реактивные потоки и местные погодные условия. Существуют также связи между скоростью ветра и направлением ветра , в частности, с градиентом давления и условиями местности.

Градиент давления описывает разницу в давлении воздуха между двумя точками в атмосфере или на поверхности Земли. Это жизненно важно для скорости ветра, потому что чем больше разница в давлении, тем быстрее течет ветер (от высокого до низкого давления), чтобы уравновесить вариацию. Градиент давления, в сочетании с эффектом кориолиса и трения , также влияет на направление ветра .

Россби волны - сильные ветры в верхней тропосфере . Они работают в глобальном масштабе и переходят с запада на восток (следовательно, известный как западные ). Волны Россби сами по себе являются разными скоростью ветра от той, которая испытывала в нижней тропосфере .

Местные погодные условия играют ключевую роль в влиянии на скорость ветра, поскольку образование ураганов , муссонов и циклонов, поскольку странные погодные условия могут резко влиять на скорость потока ветра. ^{[ Цитация необходима ]}

Самая высокая скорость

Незимутадический

Самая быстрая скорость ветра, не связанная с торнадо , когда -либо зарегистрированными, была во время прохождения тропического циклона Оливии 10 апреля 1996 года: автоматическая метеостанция на острове Барроу , Австралия , зарегистрировала максимальный порыв ветра 113,3 м/с (408 км/ч; 253 MPH; ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Порыв ветра был оценен панелью оценки WMO, которая обнаружила, что анемометр был механически звук и что порыв находился в пределах статистической вероятности и ратифицировал измерение в 2010 году. Анемметр был установлен на 10 м над уровнем земли (и, следовательно, на 64 м над морем. уровень). Во время циклона были зарегистрированы несколько экстремальных порывов более 83 м/с (300 км/ч; 190 миль в час; 161 кН; 270 футов/с) с максимальной средней 5-минутной скоростью 49 м/с (180 км. /h; Чрезвычайный покров был порядок в 2,27–2,75 раза превышающей среднюю скорость ветра. Образец и масштабы порывов предполагают, что мезоворт был встроен в и без того напряженную глаз циклона. ^{[ 6 ]}

В настоящее время ^{[ как? ]}, вторая по величине скорость светского ветра, когда-либо официально зарегистрированная, составляет 103,266 м/с (371,76 км/ч; 231,00 миль в час; 200,733 кН; 338,80 футов/с) на обсерваемости на горе Вашингтон (Нью-Гемпшир) 1 917 м (6 288 FT) над морем) Уровень в США 12 апреля 1934 года, используя горячий анемметр . Анемметр, специально предназначенный для использования на горе Вашингтон, был позже проверен Национальным бюро погоды США и подтвержден как точный. ^{[ 8 ]}

Торнадик

Скорость ветра в некоторых атмосферных явлениях (таких как торнадо ) может значительно превышать эти значения, но никогда не были точно измерены. Прямое измерение этих торнадических ветров редко выполняется, так как насильственный ветер разрушит инструменты. Метод оценки скорости состоит в том, чтобы использовать допплеров на колесах или мобильных доплеровских радаров для удаленного измерения скорости ветра. ^{[ 9 ]} Используя этот метод, мобильный радар ( RAXPOL ), принадлежащий и эксплуатируемый Университетом Оклахомы, зарегистрировал ветры до 150 метров в секунду (340 миль в час; 540 км/ч) внутри торнадо El Reno 2013 года , отмечая самые быстрые ветры, когда -либо наблюдаемые радарами. в истории. ^{[ 10 ]} В 1999 году мобильный радар измерял ветры до 135 м/с (490 км/ч; 300 миль в час; 262 кН; 440 футов/с) во время торнадо Брид -Крик -Крик 1999 года в Оклахоме 3 мая, ^{[ 11 ]} Хотя еще одна фигура 142 м/с (510 км/ч; 320 миль в час; 276 кН; 470 футов/с) также цитировалась для того же торнадо. ^{[ 12 ]} Еще одно число, используемое Центром для исследования суровой погоды для этого измерения, составляет 135 ± 9 м/с (486 ± 32 км/ч; 302 ± 20 миль в час; 262 ± 17 кН; 443 ± 30 футов/с). ^{[ 13 ]} Тем не менее, скорости, измеренные допплеровским погодным радаром, не считаются официальными записями. ^{[ 12 ]}

Скорость ветра может быть намного выше на экзопланетах . Ученые из Университета Уорика в 2015 году определили, что HD 189733b имеет ветры 2400 м/с (8600 км/ч; 4700 кН). В пресс-релизе университет объявил, что методы, используемые при измерении скоростей ветра HD 189733B, могут использоваться для измерения скорости ветра на экзопланетах, подобных Земле. ^{[ 14 ]}

Измерение

Современный анемометр, используемый для захвата скорости ветра.

Анемметр является одним из инструментов, используемых для измерения скорости ветра. ^{[ 15 ]} Устройство, состоящее из вертикальной колонны и трех или четырех вогнутых чашек, анемометр захватывает горизонтальное движение частиц воздуха (скорость ветра).

В отличие от традиционных анемометров чашки и слоев, ультразвуковые датчики ветра не имеют движущихся частей и поэтому используются для измерения скорости ветра в приложениях, которые требуют производительности без технического обслуживания, таких как вершины ветряных турбин. Как следует из названия, ультразвуковые датчики ветра измеряют скорость ветра с помощью высокочастотного звука. Ультразвуковой анемометр имеет две или три пары звуковых передатчиков и приемников. Каждый передатчик постоянно имеет высокочастотный звук на приемник. Электронные цепи внутри измеряют время, необходимое для того, чтобы звук совершил свое путешествие от каждого передатчика к соответствующему приемнику. В зависимости от того, как дует ветер, некоторые из звуковых лучей будут затронуты больше, чем другие, замедляя его или немного ускоряя его. Схемы измеряют разницу в скоростях балок и используют их для расчета того, как быстро дует ветер. ^{[ 16 ]}

Акустические резонансные датчики ветра являются вариантом ультразвукового датчика. Вместо того, чтобы использовать время измерения полета, акустические резонансные датчики используют резонирующие акустические волны в небольшой специально построенной полости. В полость находится массив ультразвуковых преобразователей , которые используются для создания отдельных паттернов с постоянной волнами на ультразвуковых частотах. По мере того, как ветер проходит через полость, происходит изменение свойства волны (сдвиг фазы). Измеряя количество сдвига фазы в полученных сигналах каждым преобразователем, а затем, математически обрабатывая данные, датчик способен обеспечить точное горизонтальное измерение скорости и направления ветра. ^{[ 17 ]}

Другой инструмент, используемый для измерения скорости ветра, включает в себя GPS в сочетании с трубкой пито . ^{[ Цитация необходима ]} Инструмент скорости потока жидкости, трубка пито в основном используется для определения скорости воздуха самолета.

Дизайн структур

Скорость ветра является распространенным фактором в проектировании конструкций и зданий по всему миру. Это часто является руководящим фактором в требуемой боковой прочности конструкции структуры.

В Соединенных Штатах скорость ветра, используемая в дизайне, часто называют «3-секундным порывом», который является самым высоким порывом в течение 3-секундного периода, имеющего вероятность превышения в год 1 из 50 (ASCE 7-05, обновлено до ASCE 7-16). ^{[ 18 ]} Эта скорость ветра дизайна принимается большинством строительных норм в Соединенных Штатах и часто регулирует латеральный дизайн зданий и конструкций.

В Канаде эталонные давления ветра используются в проектировании и основаны на «средней почасовой» скорости ветра, имеющей вероятность превышения в год 1 на 50. Опорное давление ветра $q$ рассчитывается с использованием уравнения $Q = ρv 2 / 2$ , где $ρ$ - плотность воздуха, а $V$ - скорость ветра. ^{[ 19 ]}

Исторически сообщалось о скоростях ветра с различными временами усреднения (такими как самая быстрая миля, 3-секундная порыв, 1 минута и средняя почасовая), которую дизайнеры, возможно, должны учитывать. Чтобы преобразовать скорости ветра из одного времени усреднения в другое, была разработана кривая Durst, которая определяет связь между вероятной максимальной скоростью ветра, усредненной в течение некоторого количества секунд до средней скорости ветра в течение одного часа. ^{[ 20 ]}

Смотрите также

Американское общество инженеров-строителей (Promulgator Asce 7-05, текущая версия ASCE 7-16)
Шкала Бофорта
Шкала Fujita и расширенная шкала Fujita
Международный строительный кодекс (Promulgator NBC 2005)
Рекомендации ICAO - Международная система единиц
Узел (единица)
Преобладающий ветер
Saffir - Шкала ураганов ураганов
Torro Scale
Направление ветра

Ссылки

^ Brun, P., Zimmermann, NE, Hari, C., Pellissier, L., Karger, DN (Preprint): глобальные связанные с климатом предикторы при разрешении километра для прошлого и будущего. Земля Syst. Наука Данные обсуждают. https://doi.org/10.5194/essd-2022-212
^ Хоган, С. Майкл (2010). «Абиотический фактор». В Эмили Моноссон; C. Кливленд (ред.). Энциклопедия Земли . Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде . Архивировано с оригинала 2013-06-08.
^ Windspeed | Исландский метеорологический офис «Исландский метеорологический офис в настоящее время использует измерительные метры измерения Si (Systeme Internationale D'Unites) в секунду (M/S) […] Другие скандирующие метеорологические институты в течение многих лет использовали эту систему с удовлетворительными результатами»
^ Международная организация гражданской авиации - международные стандарты и рекомендуемые практики - 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 морские ветры измеряются в узлах вообще связаны с морской традицией»
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Документация и проверка Всемирного отчета о том, чтобы повесить на ветер: 113,3 мс - 1 на острове Барроу, Австралия, во время прохождения тропического циклона Оливии» (PDF) . Австралийский метеорологический и океанографический журнал.
^ «Всемирный рекорд подарков ветра» . Всемирная метеорологическая ассоциация. 5 ноября 2015 года. Архивировано с оригинала 18 декабря 2023 года . Получено 12 февраля 2017 года .
^ «История мирового рекорда ветра» . Маунт Вашингтон Обсерватория . Получено 26 января 2010 года .
^ «Массовая Оклахома. Торнадо имел ветровую скорость до 200 миль в час» . CBS News . 20 мая 2013 года . Получено 17 мая 2014 года .
^ Лиза, Энтони В.; Flournoy, Matthew D.; Алфорд, А. Аддисон (19 марта 2024 г.). «Сравнение характеристик повреждения торнадо с радиолокационными наблюдениями WSR-88D низкой высоты и последствия для оценки интенсивности торнадо» . Ежемесячный обзор погоды . Национальное управление океана и атмосферы и Университет Оклахомы через Американское метеорологическое общество . doi : 10.1175/mwr-d-23-0242.1 . Получено 19 марта 2024 года .
^ «Исторические торнадо» . Национальная служба погоды.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Самый высокий уровень скоростного ветра-ветра-тропического циклона Оливия устанавливает мировой рекорд» . Мировой рекорд Академия . 26 января 2010 г. Получено 17 мая 2014 года .
^ Вурман, Джошуа (2007). «Допплеров на колесах» . Центр исследований суровой погоды. Архивировано из оригинала 2011-07-19.
^ «Ветры 5400 миль в час обнаружили, что окружают планету за пределами солнечной системы» . Warwick.ac.uk . Получено 2020-08-08 .
^ Коэн, Джошуа. «Сделайте и используйте анемометр для измерения скорости ветра» . www.ciese.org . Получено 2018-04-18 .
^ Крис Вудфорд. Ультразвуковые анемометры. https://www.explainthatstuff.com/anemometers.html
^ Kapartis, Savvas (1999) «Анемметр с использованием стоячей волны, нормальной до потока жидкости и движущейся волны, нормальной для стоячей волны». Патент США 5877,416
^ «Ветер и структуры» . Корейская наука (на корейском языке) . Получено 2018-04-18 .
^ NBC 2005 Структурные комментарии - часть 4 Div. Б, Комм. я
^ ASCE 7-05 Комментарий Рисунок C6-4, ASCE 7-10 C26.5-1

Внешние ссылки

СМИ, связанные со скоростью ветра в Wikimedia Commons

[1] Brun, P., Zimmermann, NE, Hari, C., Pellissier, L., Karger, DN (Preprint): глобальные связанные с климатом предикторы при разрешении километра для прошлого и будущего. Земля Syst. Наука Данные обсуждают. https://doi.org/10.5194/essd-2022-212

[2] Хоган, С. Майкл (2010). «Абиотический фактор». В Эмили Моноссон; C. Кливленд (ред.). Энциклопедия Земли . Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по науке и окружающей среде . Архивировано с оригинала 2013-06-08.

[3] Windspeed | Исландский метеорологический офис «Исландский метеорологический офис в настоящее время использует измерительные метры измерения Si (Systeme Internationale D'Unites) в секунду (M/S) […] Другие скандирующие метеорологические институты в течение многих лет использовали эту систему с удовлетворительными результатами»

[4] Международная организация гражданской авиации - международные стандарты и рекомендуемые практики - 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 морские ветры измеряются в узлах вообще связаны с морской традицией»

[courtney-6] Jump up to: ^а ^{беременный} «Документация и проверка Всемирного отчета о том, чтобы повесить на ветер: 113,3 мс - 1 на острове Барроу, Австралия, во время прохождения тропического циклона Оливии» (PDF) . Австралийский метеорологический и океанографический журнал.

[7] «Всемирный рекорд подарков ветра» . Всемирная метеорологическая ассоциация. 5 ноября 2015 года. Архивировано с оригинала 18 декабря 2023 года . Получено 12 февраля 2017 года .

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

[9] «Массовая Оклахома. Торнадо имел ветровую скорость до 200 миль в час» . CBS News . 20 мая 2013 года . Получено 17 мая 2014 года .

[2024RadarPaper-10] Лиза, Энтони В.; Flournoy, Matthew D.; Алфорд, А. Аддисон (19 марта 2024 г.). «Сравнение характеристик повреждения торнадо с радиолокационными наблюдениями WSR-88D низкой высоты и последствия для оценки интенсивности торнадо» . Ежемесячный обзор погоды . Национальное управление океана и атмосферы и Университет Оклахомы через Американское метеорологическое общество . doi : 10.1175/mwr-d-23-0242.1 . Получено 19 марта 2024 года .

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

[worldrecordacademy-12] Jump up to: ^а ^{беременный} «Самый высокий уровень скоростного ветра-ветра-тропического циклона Оливия устанавливает мировой рекорд» . Мировой рекорд Академия . 26 января 2010 г. Получено 17 мая 2014 года .

[13] Вурман, Джошуа (2007). «Допплеров на колесах» . Центр исследований суровой погоды. Архивировано из оригинала 2011-07-19.

[14] «Ветры 5400 миль в час обнаружили, что окружают планету за пределами солнечной системы» . Warwick.ac.uk . Получено 2020-08-08 .

[15] Коэн, Джошуа. «Сделайте и используйте анемометр для измерения скорости ветра» . www.ciese.org . Получено 2018-04-18 .

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

[17] Kapartis, Savvas (1999) «Анемметр с использованием стоячей волны, нормальной до потока жидкости и движущейся волны, нормальной для стоячей волны». Патент США 5877,416

[18] «Ветер и структуры» . Корейская наука (на корейском языке) . Получено 2018-04-18 .

[19] NBC 2005 Структурные комментарии - часть 4 Div. Б, Комм. я

[20] ASCE 7-05 Комментарий 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 ]