Vindhastighet

En vindmätare används vanligtvis för att mäta vindhastighet.

Global fördelning av vindhastigheten på 10 m över marken i genomsnitt över åren 1981-2010 från CHELSA-BIOCLIM+ datamängden

Inom meteorologi är vindhastighet , eller vindflödeshastighet , en grundläggande atmosfärisk kvantitet som orsakas av luft som rör sig från högt till lågt tryck , vanligtvis på grund av förändringar i temperatur . Vindhastigheten mäts numera vanligen med en vindmätare .

Vindhastigheten påverkar väderprognoser , flyg- och sjöfartsverksamhet , byggprojekt , tillväxt och metabolism hos många växtarter, och har otaliga andra konsekvenser. Observera att vindriktningen vanligtvis är nästan parallell med isobarer (och inte vinkelrät, som man kan förvänta sig), på grund av jordens rotation .

Enheter

Meter per sekund (m/s) är SI-enheten för hastighet och den enhet som rekommenderas av World Meteorological Organization för rapportering av vindhastigheter, och används bland annat i väderprognoser i de nordiska länderna . Sedan 2010 International Civil Aviation Organisation (ICAO) också meter per sekund för att rapportera vindhastighet när man närmar sig landningsbanor , och ersätter deras tidigare rekommendation att använda kilometer i timmen (km/h).

används ibland andra enheter som miles per timme (mph), knop (kn) eller fot per sekund (ft/s) för att mäta vindhastigheter. Historiskt har vindhastigheter också klassificerats med Beaufort-skalan , som är baserad på visuella observationer av specifikt definierade vindeffekter till havs eller på land.

Faktorer som påverkar vindhastigheten

Vindhastigheten påverkas av ett antal faktorer och situationer, som verkar på olika skalor (från mikroskalor till makroskalor). Dessa inkluderar tryckgradienten , Rossby-vågor och jetströmmar och lokala väderförhållanden. Det finns också kopplingar att hitta mellan vindhastighet och vindriktning , särskilt med tryckgradienten och terrängförhållandena.

Tryckgradient är en term för att beskriva skillnaden i lufttryck mellan två punkter i atmosfären eller på jordens yta. Det är avgörande för vindhastigheten, för ju större skillnaden är i tryck, desto snabbare strömmar vinden (från högtryck till lågtryck) för att balansera variationen. Tryckgradienten, i kombination med Coriolis-effekten och friktionen , påverkar också vindriktningen .

Rossbyvågor är starka vindar i den övre troposfären . Dessa verkar på en global skala och rör sig från väst till öst (därav kända som Westerlies ). Rossbyvågorna är i sig en annan vindhastighet än vad vi upplever i den nedre troposfären .

Lokala väderförhållanden spelar en nyckelroll i att påverka vindhastigheten, eftersom bildandet av orkaner , monsuner och cykloner som galna väderförhållanden kan drastiskt påverka vindens flödeshastighet. ^{[ citat behövs ]}

Högsta hastighet

Den ursprungliga vindmätaren som mätte The Big Wind 1934 vid Mount Washington Observatory

Den snabbaste vindhastighet som inte är relaterad till tornados som någonsin registrerats var under passagen av den tropiska cyklonen Olivia den 10 april 1996: en automatisk väderstation på Barrow Island , Australien , registrerade en maximal vindby på 113,3 m/s (408 km/h; 253) mph; 220,2 kn; 372 ft/s) Vindbyen utvärderades av WMOs utvärderingspanel som fann att vindmätaren var mekaniskt sund och vindbyen var inom statistisk sannolikhet och godkände mätningen 2010. Vindmätaren monterades 10 m över marken nivå (och därmed 64 m över havet). Under cyklonen registrerades flera extrema vindbyar på mer än 83 m/s (300 km/h; 190 mph; 161 kn; 270 ft/s), med en maximal medelhastighet på 5 minuter på 49 m/s (180 km) /h; 110 mph; 95 kn; 160 ft/s) den extrema vindbyfaktorn var i storleksordningen 2,27–2,75 gånger medelvindhastigheten. Vindbyarnas mönster och skalor tyder på att en mesovortex var inbäddad i cyklonens redan starka ögonvägg .

För närvarande är den näst högsta ytvindhastigheten som någonsin registrerats officiellt 103,266 m/s (371,76 km/h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 ft/s) vid Mount Washington (New Hampshire) Observatory 1 917 m (6,288 ft ) havsnivån i USA den 12 april 1934, med hjälp av en vindmätare . Vindmätaren, speciellt designad för användning på Mount Washington, testades senare av US National Weather Bureau och bekräftades vara korrekt.

Vindhastigheter inom vissa atmosfäriska fenomen (som tornados ) kan kraftigt överskrida dessa värden men har aldrig mätts exakt. Att direkt mäta dessa tornadicvindar görs sällan eftersom den våldsamma vinden skulle förstöra instrumenten. En metod för att uppskatta hastigheten är att använda Doppler on Wheels för att känna av vindhastigheterna på distans, och, med denna metod, siffran 135 m/s (490 km/h; 300 mph; 262 kn; 440 ft/s) under 1999 Bridge Creek–Moore tromb i Oklahoma den 3 maj 1999 citeras ofta som den högsta registrerade ytvindhastigheten, även om en annan siffra på 142 m/s (510 km/h; 320 mph; 276 kn; 470 ft/s) har också citerats för samma tornado. Ytterligare ett nummer som används av Center for Severe Weather Research för den mätningen är 135 ± 9 m/s (486 ± 32 km/h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 ft/s). Hastigheter uppmätta med Dopplerradar anses dock inte vara officiella rekord.

Den snabbaste vindhastigheten som observerades på en exoplanet observerades på HD 189733b av forskare vid University of Warwick 2015 och uppmättes till 2 414 m/s (8 690 km/h; 4 692 kn). I ett pressmeddelande meddelade universitetet att de metoder som används för att mäta HD 189733bs vindhastigheter kan användas för att mäta vindhastigheter på jordliknande exoplaneter.

Mått

Modern vindmätare som används för att fånga vindhastigheten.

FT742-DM akustisk resonansvindsensor, ett av instrumenten som nu används för att mäta vindhastigheten vid Mount Washington Observatory

En vindmätare är ett av verktygen som används för att mäta vindhastighet. En anordning som består av en vertikal pelare och tre eller fyra konkava koppar, vindmätaren fångar den horisontella rörelsen av luftpartiklar (vindhastighet).

Till skillnad från traditionella koppar- och skovelanemometrar har ultraljudsvindsensorer inga rörliga delar och används därför för att mäta vindhastighet i applikationer som kräver underhållsfri prestanda, som på toppen av vindturbiner. Som namnet antyder mäter vindsensorer med ultraljud vindhastigheten med hjälp av högfrekvent ljud. En ultraljudsvindmätare har två eller tre par ljudsändare och mottagare. Ställ den i vinden och varje sändare strålar konstant högfrekvent ljud till sin respektive mottagare. Elektroniska kretsar inuti mäter den tid det tar för ljudet att göra sin resa från varje sändare till motsvarande mottagare. Beroende på hur vinden blåser kommer det att påverka vissa av ljudstrålarna mer än de andra, sakta ner eller påskynda det väldigt lite. Kretsarna mäter skillnaden i strålarnas hastighet och använder det för att beräkna hur snabbt vinden blåser.

Vindsensorer för akustisk resonans är en variant av ultraljudssensorn. Istället för att använda flygtidens mätning använder akustiska resonanssensorer resonerande akustiska vågor i en liten specialbyggd hålighet för att utföra sin vindhastighetsmätning. Inbyggd i kaviteten finns en rad ultraljudsgivare som används för att skapa separata stående vågmönster vid ultraljudsfrekvenser. När vinden passerar genom kaviteten uppstår en förändring av vågens egenskaper (fasförskjutning). Genom att mäta mängden fasförskjutning i de mottagna signalerna av varje givare, och sedan genom att matematiskt bearbeta data, kan sensorn ge en exakt horisontell mätning av vindhastighet och vindriktning.

Ett annat verktyg som används för att mäta vindhastighet inkluderar en GPS kombinerat med pitotrör. ^{[ citat behövs ]} Pitotröret är ett verktyg för vätskeflödeshastighet och används främst för att bestämma lufthastigheten för ett flygplan.

Design av strukturer

Vindmätare på en utomhus scen set, för att mäta vindhastighet

Vindhastighet är en vanlig faktor vid utformningen av strukturer och byggnader runt om i världen. Det är ofta den styrande faktorn för den erforderliga sidohållfastheten för en konstruktions design.

I USA hänvisas vindhastigheten som används i design ofta till som en "3-sekunders vindby", vilket är den högsta ihållande vindbyen under en 3-sekundersperiod med en sannolikhet att överskridas per år på 1 på 50 (ASCE 7) -05, uppdaterad till ASCE 7-16). Denna designvindhastighet accepteras av de flesta byggnormer i USA och styr ofta den laterala utformningen av byggnader och strukturer.

I Kanada används referensvindtryck i design och baseras på den "medelvärde per timme" vindhastigheten som har en sannolikhet att överskridas per år på 1 på 50. Referensvindtrycket q {\ displaystyle $}$ beräknas med följande ekvation : $q={\frac {1}{2}}pv^{2}$ där $p$ är luftdensiteten och $v$ är vindhastigheten .

Historiskt har vindhastigheter rapporterats med en mängd olika medelvärdestider (som snabbaste mil, 3 sekunders vindby, 1 minut och genomsnittlig timme) som designers kan behöva ta hänsyn till. För att omvandla vindhastigheter från en medelvärdestid till en annan utvecklades Durst Curve som definierar förhållandet mellan sannolik maximal vindhastighet i genomsnitt över t sekunder, V t , _och medelvindhastighet över en timme V ₃₆₀₀ .

Se även

American Society of Civil Engineers (promulgator av ASCE 7-05, nuvarande version är ASCE 7-16)
Beaufort skala
Fujita skala och Enhanced Fujita skala
International Building Code (förkunnare av NBC 2005)
ICAO rekommendationer – International System of Units
Knut (enhet)
Rådande vind
Saffir–Simpson Hurricane Scale
TORRO skala
Vindriktning

externa länkar

Media relaterade till vindhastighet på Wikimedia Commons