wiatr1

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie - Katedra Agrometcorologii

Temat: Wiatr

Wiatr to strumieniowy ruch powietrza z przeważającą składową poziomą. Wywołuje go siła poziomego gradientu ciśnienia atmosferycznego (różnica ciśnienia w kierunku poziomym). Natomiast modyfikujący wpływ na wektor wiatru (kierunek i prędkość) ma:

• siła (przyspieszenie) Coriolisa - nic występuje na równiku, maksymalna na biegunach;

• siła tarcia - występuje do wysokości 500-1500 m nad powierzchnią Ziemi;

• siła (przyspieszenie) odśrodkowa - rośnie proporcjonalnie do kwadratu prędkości wiatru i wzrasta wraz ze zmniejszaniem się krzywizny toru.

Siła Coriolisa, tarcia i odśrodkowa działają na powietrze znajdujące się w ruchu. W wyniku działania wymienionych sił wiatr nic wieje prostopadle do izobar, czyli wzdłuż linii największego spadku ciśnienia, lecz skręca na półkuli północnej zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a na południowej - niezgodnie - od pierwotnego kierunku.

Podstawowe cechy charakteryzujące wiatr to kierunek i prędkość. W niektórych przypadkach wykonuje się pomiary siły i porywistości:

• kierunek wiatru - pozioma składowa wektora wiatru. Dzięki niej wiemy skąd wieje wiatr. Główne kierunki wiatru to (od pierwszych liter słów- angielskich): N (północny), E (wschodni), S (południowy), W (zachodni). Kierunki pośrednie, oznaczane dwoma lub trzema literami, np: NE, SW oraz NNE, ENE, ESE. Podczas obserwacji notuje się również przypadki ciszy (C). Wiatr oznaczony N wieje z północy, NE - z północnego wschodu itd.;

• prędkość wiatru - stosunek przyrostu drogi do czasu. Wyraża się ją w m/s lub węzłach. Węzeł to mila morska (1852,2 m) na godzinę lub 0,5 m/s. Wybrane zależności liczbowe są następujące: 1 m/s ° 60 m/min = 3,6 km/h; 1 km/h = 16,7 m/min,

• siła wiatru - wywierana przez przemieszczające się powietrze na jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku ruchu (wprost proporcjonalna do kwadratu prędkości wiatru);

• porywistość wiatru - znaczne wahania prędkości i kierunku wiatru trwające nie dłużej niż kilkanaście sekund. Powstają silne zawirowania i ruch zmienia się z laminarncgo na turbulencyjny oraz powstają lokalne różnice prędkości wiatru przekraczające 5 m/s.

Pomiar kierunku i prędkości wiatru wykonuje się na stacjach meteorologicznych w terminach: 07(08), 13(14) i 19(20). W okresach dobowych, dekadowych, miesięcznych i dłuższych oblicza się średnią prędkość wiatru. Średnią dobową prędkość wiatru oblicza się dodając wyniki pomiarów terminowych i dzieląc sumę przez liczbę obserwacji.

W celu określenia dominujących kierunków wiatru wykonuje się różę wiatru. Stanowi ona graficzną ilustrację częstości występowania wiatru z poszczególnych kierunków (w %). Różę wiatru można łączyć z informacją o prędkości wiatru, wysokości opadu lub temperatury powietrza (tabela poniżej).

Kierunek	N	NE	E	SE	S	SW	W	NW	C
Liczba obserw. (n)
Częstość (%)
Prędkość średnia (V_if)

Skala Beauforta - opracowana w 1805 r. przez angielskiego admirała skala, w której ocenia się prędkość wiatru na podstawie zjawisk wywoływanych na powierzchni morza lub na lądzie. Skala obejmuje charakterystykę prędkości w zakresie 0-12 stopni (0-36,9 m/s). Natomiast w latach 80-tych H. Saffir i B. Simpson stworzyli 5-stopniową skalę opisującą huragany z prędkościami wiatru ponad 33 m/s.

Przyrządy do pomiaru kierunku i prędkości wiatru:

Wiatroniicrz Wilda - wskazuje kierunek wiatru oraz jego prędkość, ale tylko w zakresie 1-20 m/s. Dolna część wiatromierza składa się z nieruchomej róży kierunkowej (8 poziomych prętów), nad którymi obraca się klin kierunkowy pokazujący skąd wieje wiatr (rys. 1). Powyżej znajduje się płytka prędkościowa (15x30 cm, 200 g) która wychyla się od położenia pionowego w zależności od prędkości wiatru. Obok płytki jest skala w kształcie łuku z 8 prętami. Wychylenie płytki do 8 pręta oznacza prędkość co najmniej 20 m/s. Ancmomctry ręczne:

• Anemomctr indukcyjny (rys. 2) - służy do pomiaru chwilowych prędkości wiatru (m/s). Na zmiany prędkości wiatru reaguje wirnik czaszowy połączony z małą prądnicą. Napięcie prądu zależy od szybkości obrotów wirnika, a zatem od prędkości wiatru.

• Ancmometr Robinsona - służy do pomiaru średniej prędkości wiatru. Czujnikiem jest poziomy wirnik czaszowy. Przyrząd pokazuje drogę przebytą przez powietrze (od początkowego do końcowego stanu licznika). Do obliczenia średniej prędkości wiatru (m/s) potrzebny jest jednoczesny pomiar czasu. Dzielimy drogę przez liczbę sekund okresu pomiaru.

• Ancmometr Rosenmullera - służy do pomiaru średniej prędkości wiatru z okresu 100 s (czujnik w postaci wirnika czaszowego). Po 100 s anemomctr wyłącza się samoczynnie.

Ancmomctry elektryczne (anemorumbometry) dokonują jednoczesnego pomiaru kierunku i prędkości wiatru.

Do pomiaru prędkości służą czujniki w postaci wirników łopatkowych lub czaszowych. Obroty wirnika przenoszą się na ruch magnesów, generujących w cewce prąd zmienny o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości wiatru. Inny sposób wykorzystuje przerywanie promienia podczerwonego przy rotacji wirnika. Określona liczba sygnałów (np. 14), odpowiadająca obrotowi o 360°, powoduje wytworzenie przez fototranzystor sygnału na wyjściu. Częstotliwość sygnału podzielona przez 10 daje prędkość w'iatru w m/s.

Kierunek wdatru jest określany dzięki sterowi kierunkowemu, który ustawia się w odpowiednim położeniu. Jego ustawienie przenosi się na położenie suwaka potencjometru, którego napięcie mierzone jest przetwornikiem.

Wiatroniicrz W-972 (firmy A-STER) - mierzący w sposób ciągły kierunek i prędkość wiatru. Przetwornik prędkości wiatru wyposażony jest w wirnik czaszowy (rys. 4a). Zakres pomiaru prędkości wiatru: 0,3-60 m/s, dokładność: 0,1 m/s. Przetwornik kierunku wiatru wykorzystuje typowy ster kierunkowy (rys. 4b) o dokładności pomiaru około 2,8°. Obwody elektroniczne posiadają ochronę przed skutkami wyładowań atmosferycznych. Dane wyprowadzane są przez standardowe łącze (np. RS-232).