Rychlost větru - Wind speed

K měření rychlosti větru se běžně používá anemometr .

V meteorologii je rychlost větru nebo rychlost proudění větru základní atmosférickou veličinou způsobenou pohybem vzduchu z vysokého na nízký tlak , obvykle v důsledku změn teploty. Rychlost větru se nyní běžně měří pomocí anemometru .

Rychlost větru ovlivňuje předpovědi počasí , letecké a námořní operace, stavební projekty, růst a rychlost metabolismu mnoha druhů rostlin a má nespočet dalších důsledků. Všimněte si, že směr větru je obvykle téměř paralelně isobars (a ne kolmo, jak by se dalo očekávat), vzhledem k rotaci zemské .

Jednotky

Metry za sekundu (m/s) je jednotka SI pro rychlost a jednotka doporučená Světovou meteorologickou organizací pro hlášení rychlostí větru a je mimo jiné používána v předpovědích počasí v severských zemích . Od roku 2010 Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) rovněž doporučuje metry za sekundu pro hlášení rychlosti větru při přistávání na přistávací dráhy , čímž nahrazuje jejich dřívější doporučení používat kilometry za hodinu (km/h). Z historických důvodů se k měření rychlosti větru někdy používají i jiné jednotky jako míle za hodinu (mph), uzly (kn) nebo stopy za sekundu (ft/s). Historicky byly rychlosti větru také klasifikovány pomocí Beaufortovy stupnice , která je založena na vizuálních pozorováních specificky definovaných účinků větru na moři nebo na souši.

Faktory ovlivňující rychlost větru

Rychlost větru je ovlivněna řadou faktorů a situací, které působí v různých měřítcích (od mikroskopických po makro). Patří sem tlakový gradient , Rossbyho vlny a proudové proudy a místní povětrnostní podmínky. Existují také vazby mezi rychlostí větru a směrem větru , zejména s tlakovým gradientem a terénními podmínkami.

Tlakový gradient je termín, který popisuje rozdíl v tlaku vzduchu mezi dvěma body v atmosféře nebo na povrchu Země. Rychlost větru je životně důležitá, protože čím větší je rozdíl tlaku, tím rychleji proudí vítr (od vysokého po nízký tlak), aby vyrovnal kolísání. Tlakový gradient v kombinaci s Coriolisovým efektem a třením také ovlivňuje směr větru .

Rossbyho vlny jsou silnými větry v horní troposféře . Ty fungují v globálním měřítku a pohybují se ze západu na východ (proto jsou známé jako Westerlies ). Rossbyho vlny jsou samy o sobě jinou rychlostí větru, než jakou zažíváme v dolní troposféře .

Místní povětrnostní podmínky hrají klíčovou roli při ovlivňování rychlosti větru, protože tvorba hurikánů , monzunů a cyklonů jako podivné povětrnostní podmínky může drasticky ovlivnit rychlost proudění větru.

Nejvyšší rychlost

Původní anemometr, který měřil The Big Wind v roce 1934 na observatoři Mount Washington

Nejvyšší rychlost větru nesouvisí tornáda někdy zaznamenávala byl při průchodu Tropický cyklon Olivia dne 10. dubna 1996: s automatickou meteorologickou stanici na Barrow Island , Austrálie , zaznamenala maximum Nárazy větru o 113,3 m / s (408 km / h; 253 mph; 220,2 kn; 372 ft/s) Náraz větru vyhodnotil hodnotící panel WMO, který zjistil, že anemometr je mechanicky zdravý a náraz je v rámci statistické pravděpodobnosti a ratifikoval měření v roce 2010. Anemometr byl namontován 10 m nad zemí úroveň (a tedy 64 m nad mořem). Během cyklónu bylo zaznamenáno několik extrémních nárazů větších než 83 m/s (300 km/h; 190 mph; 161 kn; 270 ft/s) s maximální průměrnou rychlostí 5 minut 49 m/s (180 km /h; 110 mph; 95 kn; 160 ft/s) činil extrémní nárazový faktor v řádu 2,27–2,75násobku průměrné rychlosti větru. Vzory a stupnice nárazů naznačují, že do již silné oční stěny cyklónu byl vložen mesovortex .

V současné době je druhá nejvyšší rychlost povrchového větru, která kdy byla oficiálně zaznamenána, 103,266 m/s (371,76 km/h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 ft/s) na observatoři Mount Washington (New Hampshire), 1 917 m (6 288 ft) výše hladina moře v USA 12. dubna 1934 pomocí hot-wire anemometru . Anemometr, speciálně navržený pro použití na Mount Washington, byl později testován americkým národním meteorologickým úřadem a potvrzen jako přesný.

Rychlost větru v rámci určitých atmosférických jevů (například tornád ) může tyto hodnoty značně překročit, ale nikdy nebyla přesně změřena. Přímé měření těchto tornádových větrů se provádí jen zřídka, protože prudký vítr zničí nástroje. Metoda odhadu rychlosti je použít Doppler na kolech ke vzdálenému snímání rychlosti větru a pomocí této metody údaj 135 m/s (490 km/h; 300 mph; 262 kn; 440 ft/s) během Tornádo Bridge Creek – Moore v Oklahomě dne 3. května 1999 je často uváděno jako nejvyšší zaznamenaná rychlost větru na povrchu, i když další údaj 142 m/s (510 km/h; 320 mph; 276 kn; 470 ft/s) má také citován pro stejné tornádo. Ještě další číslo, které Centrum pro výzkum vážného počasí pro toto měření používá, je 135 ± 9 m/s (486 ± 32 km/h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 ft/s). Rychlosti měřené Dopplerovým radarem však nejsou považovány za oficiální záznamy.

Nejvyšší rychlost větru pozorovat na exoplanety byla HD 189733b , vědci z University of Warwick v roce 2015, měřeno při 5400 mph, nebo 2.414 metrů za sekundu. V tiskové zprávě univerzita oznámila, že metody použité při měření rychlosti větru HD 189733b lze použít k měření rychlosti větru na exoplanetách podobných Zemi.

Měření

Moderní anemometr sloužící k zachycení rychlosti větru.
Akustický rezonanční senzor větru FT742-DM, jeden z nástrojů, které se nyní používají k měření rychlosti větru na observatoři Mount Washington

Anemometr je jedním z nástrojů používaných k měření rychlosti větru. Anemometr sestávající ze svislého pilíře a tří nebo čtyř konkávních pohárků zachycuje horizontální pohyb částic vzduchu (rychlost větru).

Na rozdíl od tradičních pohárových a lopatkových anemometrů nemají ultrazvukové senzory větru žádné pohyblivé části, a proto se používají k měření rychlosti větru v aplikacích, které vyžadují bezúdržbový výkon, například v horní části větrných turbín. Jak název napovídá, ultrazvukové senzory větru měří rychlost větru pomocí vysokofrekvenčního zvuku. Ultrazvukový anemometr má dva nebo tři páry vysílačů a přijímačů zvuku. Postavte jej proti větru a každý vysílač neustále vysílá vysokofrekvenční zvuk do příslušného přijímače. Elektronické obvody uvnitř měří čas, který zvuk potřebuje k cestě z každého vysílače do příslušného přijímače. Podle toho, jak vítr fouká, ovlivní některé zvukové paprsky více než ostatní, zpomalí jej nebo velmi mírně zrychlí. Obvody měří rozdíl v rychlostech paprsků a používají je k výpočtu rychlosti větru.

Senzory větru s akustickou rezonancí jsou variantou ultrazvukového senzoru. Namísto měření času letu používají senzory akustické rezonance rezonující akustické vlny v malé účelové dutině, aby mohly provádět měření rychlosti větru. Do dutiny je zabudována řada ultrazvukových měničů, které se používají k vytváření oddělených vzorků stojatých vln na ultrazvukových frekvencích. Jak vítr prochází dutinou, dochází ke změně vlastnosti vlny (fázový posun). Měřením velikosti fázového posunu v přijímaných signálech každým snímačem a poté matematickým zpracováním dat je senzor schopen poskytnout přesné horizontální měření rychlosti a směru větru.

Další nástroj používaný k měření rychlosti větru zahrnuje GPS kombinovaný s pitotovou trubicí. Pitotova trubice , nástroj pro rychlost proudění tekutiny, se používá především k určení rychlosti vzduchu v letadle.

Navrhování struktur

Anemometr na venkovní scéně pro měření rychlosti větru

Rychlost větru je běžným faktorem při navrhování struktur a budov po celém světě. Často je rozhodujícím faktorem požadované boční pevnosti návrhu konstrukce.

Ve Spojených státech je rychlost větru používaná v designu často označována jako „3-sekundový náraz“, což je nejvyšší trvalý náraz během 3-sekundového období s pravděpodobností překročení za rok 1 z 50 (ASCE 7 -05, aktualizováno na ASCE 7-16). Tato návrhová rychlost větru je akceptována většinou stavebních předpisů v USA a často upravuje boční konstrukci budov a struktur.

V Kanadě se při návrhu používají referenční tlaky větru, které jsou založeny na „průměrné hodinové“ rychlosti větru s pravděpodobností překročení za rok 1 na 50. Referenční tlak větru se vypočítá pomocí následující rovnice: kde je hustota vzduchu a je to rychlost větru.

Historicky byly rychlosti větru hlášeny s různými průměrnými časy (jako je nejrychlejší míle, 3sekundový náraz, 1minutová a průměrná hodinová), které návrháři museli vzít v úvahu. K převodu rychlosti větru z jednoho průměrného času na druhý byla vyvinuta Durst Curve, která definuje vztah mezi pravděpodobnou maximální rychlostí větru průměrovanou za t sekundy, V t a střední rychlostí větru za jednu hodinu V 3600 .

Viz také

Reference

externí odkazy