Prędkość wiatru w skali Beauforta i metrach na sekundę

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Wiatr to ruch powietrza w kierunku poziomym wzdłuż powierzchni ziemi. Kierunek wiatru zależy od rozkładu stref ciśnienia w atmosferze planety. Artykuł dotyczy zagadnień związanych z prędkością i kierunkiem wiatru.

Wiatrowskaz lub zawilec

Być może rzadkim zjawiskiem w naturze będzie absolutnie spokojna pogoda, ponieważ zawsze możesz poczuć, że wieje lekka bryza. Od czasów starożytnych ludzkość interesowała się kierunkiem ruchu powietrza, dlatego wynaleziono tak zwany wiatrowskaz lub anemon. Urządzenie to strzała swobodnie obracająca się w osi pionowej pod wpływem siły wiatru. Wskazuje mu kierunek. Jeśli określisz punkt na horyzoncie, z którego wieje wiatr, to linia poprowadzona między tym punktem a obserwatorem wskaże kierunek ruchu powietrza.

Aby obserwator mógł przekazywać informacje o wietrze innym ludziom, używane są takie pojęcia jak północ, południe, wschód, zachód i ich różne kombinacje. Ponieważ całość wszystkich kierunków tworzy okrąg, sformułowanie słownejest również powielany z odpowiednią wartością w stopniach. Na przykład wiatr północny oznacza 0o(niebieska igła kompasu wskazuje na północ).

Koncepcja róży wiatrów

Mówiąc o kierunku i prędkości ruchu mas powietrza, należy powiedzieć kilka słów o róży wiatrów. Jest to okrąg z liniami pokazującymi przepływ powietrza. Pierwsza wzmianka o tym symbolu została znaleziona w księgach łacińskiego filozofa Pliniusza Starszego.

Cały krąg, odzwierciedlający możliwe poziome kierunki ruchu powietrza do przodu, jest podzielony na 32 części na róży wiatrów. Główne z nich to północ (0^o lub 360^o), południe (180^o), wschód (90^o) i Zachód (270^o). Powstałe cztery części okręgu są dalej podzielone, tworząc północno-zachodnią (315^o), północno-wschodnią (45^o), południowo-zachodnią (225o^{) i południowy wschód (135}o^{). Powstałe 8 części koła jest ponownie podzielonych na pół, co tworzy dodatkowe linie na róży wiatrów. Ponieważ na końcu są 32 linie, odległość kątowa między nimi wynosi 11.25}o ⁽³⁶⁰o^/32).

Zauważ, że charakterystyczną cechą róży wiatrów jest wizerunek fleur-de-lis umieszczony nad znakiem północnym (N).

Skąd wieje wiatr?

Ruchy poziome dużych mas powietrza są zawsze wykonywane z obszarów o wysokim ciśnieniu do obszarów o mniejszej gęstości powietrza. Jednocześnie możesz odpowiedzieć na pytanie, jaka jest prędkość wiatru, ucząc siępołożenie na mapie geograficznej izobar, czyli szerokich linii, w obrębie których ciśnienie powietrza jest stałe. Szybkość i kierunek ruchu mas powietrza określają dwa główne czynniki:

• Wiatr zawsze wieje z obszarów, na których znajduje się antycyklon, do obszarów objętych cyklonem. Możesz to zrozumieć, jeśli pamiętasz, że w pierwszym przypadku mówimy o strefach wysokiego ciśnienia, a w drugim - niskim.
• Prędkość wiatru jest wprost proporcjonalna do odległości dzielącej dwie sąsiednie izobary. Rzeczywiście, im większa ta odległość, tym słabszy będzie spadek ciśnienia (w matematyce mówi się o gradiencie), co oznacza, że ruch powietrza do przodu będzie wolniejszy niż w przypadku małych odległości między izobarami i dużych gradientów ciśnienia.

Czynniki wpływające na prędkość wiatru

Jeden z nich i najważniejszy został już wyrażony powyżej - jest to gradient ciśnienia pomiędzy sąsiednimi masami powietrza.

Poza tym średnia prędkość wiatru zależy od topografii powierzchni, nad którą wieje. Wszelkie nierówności tej powierzchni znacznie utrudniają ruch mas powietrza do przodu. Na przykład każdy, kto choć raz był w górach, powinien zauważyć, że u stóp wiatry są słabe. Im wyżej wspinasz się na zbocze góry, tym silniejszy jest wiatr.

Z tego samego powodu wiatry wieją silniej nad powierzchnią morza niż nad lądem. Często jest erodowany przez wąwozy, pokryte lasami, wzgórzami i pasmami górskimi. Wszystkie te niejednorodności, których nie ma powyżejmorza i oceany, zwolnij wszelkie podmuchy wiatru.

Wysoko nad powierzchnią ziemi (rzędu kilku kilometrów) nie ma przeszkód dla poziomego ruchu powietrza, więc prędkość wiatru w górnej troposferze jest duża.

Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, mówiąc o prędkości ruchu mas powietrza, jest siła Coriolisa. Powstaje w wyniku rotacji naszej planety, a ponieważ atmosfera ma właściwości inercyjne, każdy ruch powietrza w niej jest odchylany. W związku z tym, że Ziemia obraca się z zachodu na wschód wokół własnej osi, działanie siły Coriolisa prowadzi do odchylenia wiatru w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej.

Co ciekawe, ten wpływ siły Coriolisa, który jest znikomy na niskich szerokościach geograficznych (tropikach), ma silny wpływ na klimat tych stref. Faktem jest, że spowolnienie prędkości wiatru w tropikach i na równiku jest równoważone przez zwiększone prądy wznoszące. Te ostatnie z kolei prowadzą do intensywnego tworzenia się chmur cumulusowych, które są źródłem silnych deszczy tropikalnych.

Przyrząd do pomiaru prędkości wiatru

Jest to anemometr, który składa się z trzech czasz ustawionych względem siebie pod kątem 120o i zamocowanych na osi pionowej. Zasada działania anemometru jest dość prosta. Kiedy wieje wiatr, miseczki odczuwają jego nacisk i zaczynają obracać się wokół osi. Im silniejsze ciśnienie powietrza, tym szybciej się kręcą. Po zmierzeniuprędkość tego obrotu można dokładnie określić prędkość wiatru w m/s (metry na sekundę). Nowoczesne anemometry wyposażone są w specjalne układy elektryczne, które samodzielnie obliczają mierzoną wartość.

Urządzenie prędkości wiatru oparte na obrocie kubków nie jest jedynym. Jest jeszcze jedno proste narzędzie zwane rurką Pitota. To urządzenie mierzy dynamiczne i statyczne ciśnienie wiatru, a różnica między nimi może dokładnie obliczyć jego prędkość.

Skala Beauforta

Informacje o prędkości wiatru wyrażonej w metrach na sekundę lub kilometrach na godzinę dla większości ludzi - a zwłaszcza dla żeglarzy - mówią niewiele. Dlatego w XIX wieku angielski admirał Francis Beaufort zaproponował zastosowanie do oceny jakiejś skali empirycznej, która składa się z systemu 12-punktowego.

Im wyższa skala Beauforta, tym silniejszy wieje wiatr. Na przykład:

• Liczba 0 odpowiada absolutnemu spokojowi. Dzięki niemu wiatr wieje z prędkością nieprzekraczającą 1 mph, czyli mniej niż 2 km/h (mniej niż 1 m/s).
• Środek skali (numer 6) odpowiada silnej bryzie, której prędkość osiąga 40-50 km/h (11-14 m/s). Taki wiatr jest w stanie wznieść duże fale na morzu.
• Beaufort Maximum (12) to huragan, który przekracza 120 km/h (ponad 30 m/s).

Główne wiatry na planecie Ziemia

Są one zwykle klasyfikowane w atmosferze naszej planety jako jeden z czterech typów:

• Globalny. Powstająw wyniku różnej zdolności kontynentów i oceanów do nagrzewania się od promieni słonecznych.
• Sezonowe. Wiatry te zmieniają się wraz z porą roku, która decyduje o tym, ile energii słonecznej otrzymuje dany obszar planety.
• Lokalne. Są one związane ze specyfiką położenia geograficznego i topografii omawianego obszaru.
• Obracanie. Są to najsilniejsze ruchy mas powietrza, które prowadzą do powstania huraganów.

Dlaczego badanie wiatrów jest ważne?

Oprócz tego, że informacja o prędkości wiatru jest zawarta w prognozie pogody, którą każdy mieszkaniec planety bierze pod uwagę w swoim życiu, ruch powietrza odgrywa dużą rolę w wielu naturalnych procesach.

Jest więc nosicielem pyłku roślinnego i bierze udział w dystrybucji ich nasion. Ponadto wiatr jest jednym z głównych źródeł erozji. Jego destrukcyjny efekt jest najbardziej widoczny na pustyniach, gdzie w ciągu dnia ukształtowanie terenu zmienia się dramatycznie.

Nie powinniśmy również zapominać, że wiatr to energia, którą ludzie wykorzystują w działalności gospodarczej. Według ogólnych szacunków energia wiatru stanowi około 2% całej energii słonecznej spadającej na naszą planetę.