Способы определить скорость ветра

Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты.

Скорость ветра и как ее измерить

Основной величиной, характеризующей силу ветра, является его скорость. Величина скорости ветра определяется расстоянием в метрах, проходимым им в течение 1 сек. Например, если за 20 сек. ветер прошел расстояние 160 м, то его скорость v за данный промежуток времени была равна:

Скорость ветра отличается большим непостоянством: она изменяется не только за продолжительное время, но и за короткие промежутки времени (в течение часа, минуты и даже секунды) на большую величину. На фиг. 1 дана кривая, показывающая изменение скорости ветра в течение 6 мин. Из этой кривой можно заключить, что ветер движется с пульсирующей скоростью.

Скорости ветра, наблюдаемые за короткие промежутки времени от нескольких секунд до 5 мин, называют мгновенными или действительными. Скорости же ветра, полученные как средние арифметические из мгновенных скоростей, называют средними скоростями ветра. Если сложить замеренные скорости ветра в течение суток и разделить на число замеров, то получится среднесуточная скорость ветра. Если же сложить среднесуточные скорости ветра за весь месяц и разделить эту сумму на число дней месяца, то получим среднемесячную скорость ветра. Сложив среднемесячные скорости и разделив сумму на двенадцать месяцев, получим среднегодовую скорость ветра. Интересный студенческий проект. Известные люди России. Очень большая база фамилий и все бесплатно.

Скорости ветра замеряют с помощью приборов, называемых анемометрами. Простейший анемометр, позволяющий определять мгновенные скорости ветра и называемый простейшим флюгером-анемометром, показан на фиг. 2.

Он состоит из металлической доски, качающейся около горизонтальной оси а, закрепленной на вертикальной стойке б. Сбоку доски на той же оси а закреплен сектор в, с восемью штифтами. На стойке б ниже сектора закреплен флюгер г, который все время устанавливает доску плоскостью к ветру. При действии последнего доска отклоняется и проходит мимо штифтов, каждый из которых указывает при этом на определенную скорость ветра. Стойка б с флюгером г поворачивается ео втулке д, в которой закреплены в горизонтальной плоскости 4 длинных стержня, указывающих главные страны света: север, юг, восток и запад, и между ними 4 коротких, указывающих на северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Таким образом, с помощью флюгера-анемометра можно определять одновременно и скорость и направление ветра.

Значения скоростей ветра, соответствующих каждому штифту сектора в, приведены в табл. 1.

Средние скорости ветра за короткие и продолжительные промежутки времени удобно определять анемометром завода «Метрприбор» (фиг. 3). Он состоит из крестовины с полушариями, надетой на ось, которая находится в зацеплении с зубчатой передачей, помещенной в коробке с циферблатом.

Оси шестерен выведены на циферблат и на своих концах имеют стрелки, показывающие на шкале путь, пройденный ветром за данный промежуток времени. Разделив число, показываемое стрелками на циферблате, на число секунд, в течение которых вращался анемометр, получим скорость ветра в секунду за наблюдаемый период. Например, перед началом наблюдения стрелки на циферблате показывали 7170 м, a no истечении 2 мин., равных 120 сек., стрелки показали 7650 м. Следовательно, средняя скорость ветра за промежуток вре мени в 2 мин. была равна:

Если нет указанных выше приборов, то скорость ветра можно определить приблизительно по внешним признакам, наблюдаемым в природе (см. табл. 2).

Источник

Шкала Бофорта

Измерение скорости ветра производится по шкале Бофорта.
Шкала Бо́форта — это условная двенадцатибалльная шкала, для визуального определения силы и скорости ветра по его воздействию на наземные объекты и на водную поверхность моря, озера, крупного водохранилища.

Шкала Бофорта принята Всемирной метеорологической организацией для приближенной оценки скорости ветра по его воздействию на наземные предметы или по волнению в открытом море.

Погода без границ

Шкала Бофорта — условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море. Была разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 году и сначала применялась только им самим. В 1874 году Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в международной синоптической практике. В последующие годы шкала менялась и уточнялась. Шкалой Бофорта широко пользуются в морской навигации.

Баллы Бофорта	Словесное определение силы ветра	Средняя скорость ветра, м/с (км/ч)	Средняя скорость ветра (узлов)	Действие ветра
0	Штиль	0—0,2 ( 32,6 (> 117)	> 56	Серьёзные разрушения капитальных строений

© Razrazond 2013 — 2021 Правовое соглашение

Что такое ветер?

Научное определение данного понятия следующее: ветер – это воздушный поток, который движется параллельно земной поверхности из области высокого в область низкого атмосферного давления. Это явление характерно не только для нашей планеты. Так, самые сильные в Солнечной системе ветра дуют на Нептуне и Сатурне. И земные ветра, по сравнению с ними, могут показаться легким и весьма приятным бризом.

Ветер всегда играл немаловажную роль в жизни человека. Он вдохновлял древних писателей на создание мифических сюжетов, легенд и сказок. Именно благодаря ветру у человека появилась возможность преодолевать значительные расстояния по морю (с помощью парусников) и по воздуху (посредством воздушных шаров). Ветер задействован и в «построении» многих земных ландшафтов. Так, он переносит с места на место миллионы песчинок, формируя тем самым уникальные эоловые формы рельефа: дюны, барханы и песчаные гряды.

В то же время, ветра способны не только созидать, но и разрушать. Их градиентные колебания способны спровоцировать потерю контроля над самолетом. Сильный ветер существенно расширяет масштабы лесных пожаров, а на крупных водоемах рождает огромные волны, которые разрушают дома и уносят жизни людей. Вот почему так важно изучать и измерять ветер.

Основные параметры ветра

Принято выделять четыре основных параметра ветра: сила, скорость, направление и продолжительность. Все они измеряются посредством специальных приспособлений. Силу и скорость ветра определяют при помощи так называемого анемометра, направление – с помощью флюгера.

Исходя из параметра продолжительности, метеорологи выделяют шквалы, бризы, штормы, ураганы, тайфуны и прочие типы ветров. Направление ветра определяется по той стороне горизонта, откуда он дует. Для удобства их сокращают следующими латинскими буквами:

Наконец, скорость ветра измеряется на высоте 10 метров при помощи анемометров или специальных радаров. Причем продолжительность таких измерений в разных странах мира неодинакова. Например, на американских метеорологических станциях учитывается усредненная скорость воздушных потоков за 1 минуту, в Индии – за 3 минуты, а во многих европейских странах – за 10 минут. Классический инструмент представления данных по скорости и силе ветра – это так называемая шкала Бофорта. Как и когда она появилась?

Кто такой Фрэнсис Бофорт?

Фрэнсис Бофорт (1774-1857) – ирландский моряк, военный адмирал и картограф. Он родился в небольшом городке Ан-Уавь в Ирландии. Окончив школу, 12-летний мальчик продолжил свое обучение под предводительством известного профессора Ушера. В этот период он впервые проявил незаурядные способности к изучению «морских наук». В подростковом возрасте он поступил на службу в восточно-индийскую компанию и принял активное участие в съемке Яванского моря.

Следует отметить, что Фрэнсис Бофорт рос довольно смелым и отважным парнем. Так, во время крушения судна в 1789 году юноша проявил огромную самоотверженность. Растеряв всю свою еду и личные вещи, он сумел спасти ценные инструменты команды. В 1794 году Бофорт участвовал в морском сражении против французов и героически буксировал подбитое вражеским огнем судно.

История шкалы Бофорта

Принято считать, что разработчиком шкалы силы ветра является Френсис Бофорт (Francis Beaufort), офицер военно-морского флота Великобритании, который разработал эту шкалу к началу XIX столетия. Однако он не был первооткрывателем в этой области. Похожие шкалы уже использовались мореплавателями еще за столетие до Бофорта, а возможно и еще раньше.

Знаменитый Даниель Дефо в своих записях «Коллекция самых значительных жертв и катастроф, которые случились в конце ужасной бури как на море, так и на суше» о свирепой буре, накрывшей Британские острова 26-27 ноября 1703 года, для описания ветра оперирует 12-ти бальной шкалой, названной им «Таблица степеней» («table of degrees»). Эта «Таблица степеней» включала в себя термины, которыми пользовались в то время британские моряки:

• Stark calm — Полный штиль
• Calm weather — Тихая погода
• Little wind — Небольшой ветер
• A fine breeze — Прекрасный бриз
• A small gale — Небольшой штормовой бриз
• A fresh gale — Свежий штормовой бриз
• A topsail gale – «Топсельный» шторм, т.е. ветер, когда убирают верхние паруса
• Blows fresh – Свежий «ветродуй»
• A hard gale of wind – Сильный штормовой ветер
• A fret of wind – «срезающий» ветер
• A storm – шторм
• A tempest – буря

В начале XIX века уже была разработана количественная шкала оценки силы ветра. Некто Колонел Каппер (Colonel Capper), сотрудник Ост Индийской компании, в своей работе «Наблюдения ветра и муссонов» («Observations on the winds and monsoons») в 1801 году опубликовал «Таблицу различных скоростей и сил ветра, разработанную мистером Роузом с большой тщательностью на основании значительного числа фактов и экспериментов» («A table of the different velocities and forces of the winds, constructed by Mr Rous, with great care, from a considerable number of facts and experiments2). В этой таблице словесному описанию сопоставлялась величина скорости ветра. Баллов в ней не было.

Таблица Роуза

Начиная с 1660 годов, ведение погодных записей было весьма популярным занятием у жителей Британии, так что в 1723 году Джеймс Джурин (James Jurin), в последствие секретарь Королевского научного общества, разработал рекомендации по наблюдению и регистрации ветра для любителей.

Шестьдесят лет спустя, в 1780 году, в астрономическом ежегоднике, выпущенном метеорологическим обществом «Palatine Meteorological Society of Mannheim», была приведена своя шкала для оценки силы ветра. В ней можно увидеть некие числа и соответствующие им краткие характеристики силы ветра.

Шкала ветра 1780 года

Тем не менее, общепринятой, стандартизированной шкалы для оценки силы ветра по-прежнему не было. Несмотря на все рекомендации, наблюдатели использовали собственные, очень субъективные описания, что существенно затрудняло обобщение и анализ наблюдений.

Френсис Бофорт занялся ведением наблюдений ещё в 1793 году. Изначально им давалась общая оценка погоды, но затем она стала регулярной — через каждые 2 часа. Он стремился дать наиболее определённое представление о погоде и ветре, поскольку это могло бы позволить давать более точные прогнозы. Как и другие наблюдатели, для оценки силы ветра, он использовал свою собственную шкалу. Первая версия его шкалы была разработана ещё на заре его командирской карьеры. Это произошло в 1805 году, когда он был командиром английского линейного корабля «Woolwich». Эта шкала впервые упоминается в его личном дневнике в записи от 13 января 1806 года.

Страница дневника Френсиса Бофорта от 13 января 1806 года

Те заметки, что были сделаны в этот период, Бофорт использовал и дальше. Его систему нельзя назвать принципиально новой, но именно Френсис Бофорт привёл существующие оценки к единому стандарту и, что немаловажно, этот стандарт стал общепринятым.

В 1807 году Бофорт модифицировал свою шкалу, объединив первые две ступени, и таким образом, шкала стала представлять собой градацию от 0 до 12 баллов. В этом же году, Бофорт дополнил шкалу самым главным описанием — описанием парусов, которые несет корабль с полным парусным вооружением при том или ином ветре. Это описание, по мнению автора, дало возможность оценивать силу ветра с максимально возможной точностью и стало универсальным средством для объективной оценки.

Френсис Бофорт разрабатывал свою шкалу для личного использования. Будучи командиром линейного корабля «Woolwich», он использовал ее исключительно для отражения погодных наблюдений в своем дневнике. Только в 1832 году, в Морском журнале появляется первое упоминание способа оценки силы ветра, предложенного Бофортом. Эта публикация обязана своему появлению знаменитому путешествию Чарльза Дарвина на корабле «Бигль» (Beagle) в 1831 году. Именно в этом плавании погодные наблюдения впервые официально документировались с использованием шкалы Бофорта.

Но прошло еще несколько лет, прежде чем Британское адмиралтейство своим меморандумом от 28 декабря 1838 года официально приняло шкалу Бофорта в качестве инструмента для оценки силы ветра в Британском флоте.

Шкала Бофорта 1832 года

В основу своих критериев оценки Бофорт положил описание состояния парусов линейного корабля, которые он несет при том или ином ветре. Но в 1874 году, в связи со значительными изменениями самого парусного вооружения, шкала Бофорта подверглась пересмотру. Описание было расширено и дополнено.

Только к началу XX века, когда оценка, основанная на описании парусного вооружения, стала не актуальной, британским метеорологом Георгом Симпсоном (George Simpson) было предложено оценивать силу ветра не по парусам, а по состоянию моря. И такое описание было разработано в 1906 году и стало применяться метеорологами и моряками. Однако официальное признание это описание получило только в 1939 году, когда Международной метеорологической организацией (International Meteorological Organization) был выпущен соответствующий документ.

В том же 1906 году, было подготовлено соответствующее описание для береговых наблюдений с тем, чтобы унифицировать оценку силы ветра как на море, так и на суше.

Незадолго до разработки нового метода визуальной оценки, в 1903 году шкалу дополнили таблицей скорости ветра. В основу метода была предложена эмпирическая формула пересчета баллов Бофорта в метры в секунду:

Здесь V – это скорость ветра в м/с, B – баллы по шкале Бофорта. Например, сила ветра в 6 баллов по Бофорту будет соответствовать 12,3 м/с.

Пересчитать баллы Бофорта в узлы можно по несложной формуле «Пять на пять минус пять»:
5 * 5 — 5 = 25 — 5 = 20, что означает — 5 баллов умножить на 5 — 5 получим 20 узлов.

Таблица Бофорта по состоянию моря

В океанографии существует такое понятие, как состояние моря. Оно включает в себя высоту, периодичность и силу морских волн. Ниже представлена шкала Бофорта (таблица), которая поможет определить силу и скорость ветра, исходя из этих признаков.

Шкала Ф.Бофорта для открытого океана

Воздействие ветра на море
0	0-1	Поверхность водного зеркала идеально ровная и гладкая
1	1-3	На поверхности воды появляется мелкое волнение, рябь
2	4-6	Появляются короткие волны до 30 см в высоту
3	7-10	Волны короткие, но отчетливо выраженные, с пеной и «барашками»
4	11-16	Появляются удлиненные волны до 1,5 м в высоту
5	17-21	Волны длинные с повсеместным распространением «барашков»
6	22-27	Образуются крупные волны с брызгами и пенистыми гребнями
7	28-33	Большие волны до 5 м в высоту, пена ложится полосами
8	34-40	Высокие и длинные волны с мощными брызгами (до 7,5 м)
9	41-47	Образуются высокие (до десяти метров) волны, гребни которых опрокидываются и рассыпаются брызгами
10	48-55	Очень высокие волны, которые опрокидываются с сильным грохотом. Вся поверхность моря покрыта белой пеной
11	56-63	Вся водная поверхность покрывается длинными белесыми хлопьями пены. Видимость существенно ограничена
12	свыше 64	Ураган. Видимость объектов очень плохая. Воздух перенасыщен брызгами и пеной

Таким образом, благодаря шкале Бофорта люди могут наблюдать за ветром и оценивать его силу. Это дает возможность составлять максимально точные прогнозы погоды.

Источник