Скорость ветра - Wind speed

Не путать с Скорость полета.
An анемометр обычно используется для измерения скорости ветра.

Скорость ветра, или ветер скорость потока, является фундаментальным атмосферный количество, вызванное движением воздуха из высоко к низкое давление, обычно из-за перепадов температуры. Обратите внимание, что направление ветра обычно почти параллельна изобары (а не перпендикулярно, как можно было бы ожидать) из-за Вращение Земли.

Скорость ветра влияет прогноз погоды, авиация и морской операции, строительство проекты, рост и метаболизм скорость многих видов растений, и имеет бесчисленное множество других последствий.[1]

ветер скорость теперь обычно измеряется анемометр.

Единицы

Метры в секунду (м / с) - это Единица СИ для скорости и единицы, рекомендованные Всемирная метеорологическая организация для сообщения о скорости ветра и, среди прочего, используется в прогнозах погоды в Скандинавские страны.[2] С 2010 г. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) также рекомендует метры в секунду для сообщения скорости ветра при приближении. взлетно-посадочные полосы, заменив их прежнюю рекомендацию использовать километров в час (км / ч).[3] По историческим причинам другие единицы, такие как миль в час (миль / ч), узлы (кн)[4] или футов в секунду (футы / с) также иногда используются для измерения скорости ветра. Исторически скорость ветра также классифицировалась с использованием Шкала Бофорта, который основан на визуальных наблюдениях за конкретно определенными ветровыми эффектами на море или на суше.

Факторы, влияющие на скорость ветра

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

Градиент давления - это термин для описания разницы 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 Эффект Кориолиса и трение, также влияет направление ветра.

Россби волны сильные ветры в верхних тропосфера. Они действуют в глобальном масштабе и перемещаются с запада на восток (отсюда и известны как Вестерлис ). Волны Россби сами по себе отличаются скоростью ветра от того, что мы испытываем в нижних слоях моря. тропосфера.

Местные погодные условия играют ключевую роль во влиянии на скорость ветра, так как формирование ураганы, муссоны и циклоны поскольку ненастные погодные условия могут резко повлиять на скорость потока ветра.

Самая высокая скорость

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

Самая быстрая скорость ветра, не связанная с торнадо когда-либо зарегистрированный был во время прохождения тропических Циклон Оливия 10 апреля 1996 г .: автоматическая метеостанция на Остров Барроу, Австралия, зарегистрировал 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 указывают на то, что мезовихрь был встроен в и без того сильный глаза циклона.[5]

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 / ч; 200,733 узлов; 338,80 фут / с) на Гора Вашингтон (Нью-Гэмпшир) Обсерватория на высоте 1 917 м (6 288 футов) над уровнем моря в США 12 апреля 1934 года с использованием анемометра с подогревом. Анемометр, специально разработанный для использования на горе Вашингтон, позже был испытан в США. Национальное бюро погоды и подтвердил свою точность.[7]

Скорость ветра при определенных атмосферных явлениях (например, торнадо ) могут значительно превышать эти значения, но никогда не измерялись точно. Прямое измерение этих ураганных ветров выполняется редко, поскольку сильный ветер может разрушить инструменты. Метод оценки скорости заключается в использовании Доплер на колесах дистанционно определять скорость ветра,[8] и, используя этот метод, показатель 135 м / с (490 км / ч; 300 миль / ч; 262 узлов; 440 фут / с) во время 1999 Торнадо Бридж-Крик – Мура в Оклахома 3 мая 1999 г. часто указывается как самая высокая зарегистрированная скорость приземного ветра,[9] хотя другой показатель 142 м / с (510 км / ч; 320 миль / ч; 276 узлов; 470 фут / с) также был указан 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 наблюдалась на экзопланета был HD 189733b учеными из Уорикского университета в 2015 году, скорость составила 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

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] Анемометр, состоящий из вертикальной стойки и трех или четырех вогнутых чашек, 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, которое требуется 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 представляют собой вариант 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 рисунков стоячей волны 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.[нужна цитата ] Инструмент измерения скорости потока жидкости, Трубка Пито в основном используется для определения скорости воздуха в самолете.

Проектирование конструкций

Основная статья: Ветроэнергетика
Анемометр на открытой сцене для измерения скорости ветра

Скорость ветра часто используется при проектировании конструкций и зданий по всему миру. Часто это решающий фактор в требуемой боковой 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, вероятность превышения которого составляет 1 из 50 в год (ASCE 7 -05, обновлено до ASCE 7-16).[16] Эта расчетная скорость ветра принимается большинством строительных норм и правил в Соединенных Штатах и ​​часто регулирует проектирование зданий и сооружений в поперечном направлении.

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) pV², где p - плотность воздуха в кг / м³, 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 соотношение между вероятной максимальной скоростью ветра, усредненной за t секунд, Vт, а средняя скорость ветра за час V3600.[18]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ 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 оригинал на 2013-06-08.
  2. ^ Скорость ветра | Исландское метеорологическое бюро «Исландское метеорологическое управление теперь использует метры SI (Systeme Internationale d´Unites) в секунду (м / с) [..], другие метеорологические институты Северной Европы 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. ^ а б «Документирование и проверка мирового рекорда экстремального порыва ветра: 113,3 м / с на острове Барроу, Австралия, во время прохождения тропического циклона Оливия» (PDF). Австралийский метеорологический и океанографический журнал.
  6. ^ «Мировой рекорд порыва ветра». Всемирная метеорологическая ассоциация. Получено 12 февраля 2017.
  7. ^ «История мирового рекорда ветра». Обсерватория Маунт Вашингтон. Получено 26 января 2010.
  8. ^ «Массивный торнадо в Окле. Скорость ветра достигала 200 миль в час». CBS Новости. 20 мая 2013. Получено 17 мая 2014.
  9. ^ "Исторические смерчи". Национальная служба погоды.
  10. ^ а б «Самая высокая скорость приземного ветра - тропический циклон Оливия устанавливает мировой рекорд». Академия мировых рекордов. 26 января 2010 г.. Получено 17 мая 2014.
  11. ^ Вурман, Джошуа (2007). "Доплер на колесах". Центр исследований суровой погоды. Архивировано из оригинал 19 июля 2011 г.
  12. ^ «Обнаружен ветер со скоростью 5400 миль в час, несущийся вокруг планеты за пределами Солнечной системы». warwick.ac.uk. Получено 2020-08-08.
  13. ^ Коэн, Джошуа. «Сделайте и используйте анемометр для измерения скорости ветра». www.ciese.org. Получено 2018-04-18.
  14. ^ Крис Вудфорд. Ультразвуковые анемометры. https://www.explainthatstuff.com/anemometer.html
  15. ^ Капартис, Саввас (1999) "Анемометр, использующий стоячую волну, нормальную к потоку жидкости, и бегущую волну, нормальную к стоячей волне" Патент США 5,877,416
  16. ^ "Ветер и сооружения". Корея Наука (на корейском). Получено 2018-04-18.
  17. ^ Структурные комментарии NBC 2005 - Часть 4 Div. B, Comm. я
  18. ^ Комментарий ASCE 7-05 Рисунок C6-4, ASCE 7-10 C26.5-1

внешние ссылки