Velocidade do vento - Wind speed

Um anemômetro é comumente usado para medir a velocidade do vento.

Em meteorologia , a velocidade do vento , ou velocidade do fluxo do vento , é uma quantidade atmosférica fundamental causada pelo movimento do ar de alta para baixa pressão , geralmente devido a mudanças de temperatura. A velocidade do vento agora é comumente medida com um anemômetro .

A velocidade do vento afeta a previsão do tempo , as operações aéreas e marítimas , os projetos de construção , o crescimento e a taxa de metabolismo de muitas espécies de plantas e tem inúmeras outras implicações. Observe que a direção do vento é geralmente quase paralela às isóbaras (e não perpendicular, como se poderia esperar), devido à rotação da Terra .

Unidades

Metros por segundo (m / s) é a unidade SI para velocidade e a unidade recomendada pela Organização Meteorológica Mundial para relatar a velocidade do vento, e é usada, entre outras, em previsões do tempo nos países nórdicos . Desde 2010, a Organização da Aviação Civil Internacional (ICAO) também recomenda metros por segundo para relatar a velocidade do vento na aproximação das pistas , substituindo a recomendação anterior de uso de quilômetros por hora (km / h). Por razões históricas, outras unidades como milhas por hora (mph), nós (kn) ou pés por segundo (ft / s) também são usadas às vezes para medir a velocidade do vento. Historicamente, as velocidades do vento também foram classificadas usando a escala Beaufort , que se baseia em observações visuais de efeitos do vento especificamente definidos no mar ou na terra.

Fatores que afetam a velocidade do vento

A velocidade do vento é afetada por uma série de fatores e situações, operando em escalas variadas (de micro a macro escalas). Isso inclui o gradiente de pressão , ondas de Rossby e correntes de jato e as condições climáticas locais. Também podem ser encontrados links entre a velocidade do vento e a direção do vento , principalmente com o gradiente de pressão e as condições do terreno.

Gradiente de pressão é um termo para descrever a diferença na pressão do ar entre dois pontos na atmosfera ou na superfície da Terra. É vital para a velocidade do vento, porque quanto maior a diferença de pressão, mais rápido o vento flui (da alta para a baixa pressão) para equilibrar a variação. O gradiente de pressão, quando combinado com o efeito Coriolis e o atrito , também influencia a direção do vento .

As ondas de Rossby são ventos fortes na alta troposfera . Eles operam em uma escala global e se movem do oeste para o leste (sendo, portanto, conhecidos como Westerlies ). As ondas de Rossby têm uma velocidade de vento diferente da que experimentamos na baixa troposfera .

As condições climáticas locais desempenham um papel fundamental na influência da velocidade do vento, já que a formação de furacões , monções e ciclones como condições climáticas estranhas pode afetar drasticamente a velocidade do fluxo do vento.

Velocidade mais alta

O anemômetro original que mediu o Big Wind em 1934 no Mount Washington Observatory

A velocidade de vento mais rápida não relacionada a tornados já registrada foi durante a passagem do ciclone tropical Olivia em 10 de abril de 1996: uma estação meteorológica automática em Barrow Island , Austrália , registrou uma rajada de vento máxima de 113,3 m / s (408 km / h; 253 mph; 220,2 kn; 372 pés / s) A rajada de vento foi avaliada pelo Painel de Avaliação da OMM que descobriu que o anemômetro estava mecanicamente correto e a rajada estava dentro da probabilidade estatística e ratificou a medição em 2010. O anemômetro foi montado 10 m acima do solo nível (e, portanto, 64 m acima do nível do mar). Durante o ciclone, várias rajadas extremas de mais de 83 m / s (300 km / h; 190 mph; 161 kn; 270 pés / s) foram registradas, com uma velocidade média máxima de 5 minutos de 49 m / s (180 km / h; 110 mph; 95 kn; 160 ft / s), o fator de rajada extremo foi da ordem de 2,27–2,75 vezes a velocidade média do vento. O padrão e as escalas das rajadas sugerem que um mesovórtex estava embutido na já forte parede do olho do ciclone.

Atualmente, a segunda maior velocidade do vento de superfície já registrada oficialmente é 103,266 m / s (371,76 km / h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 pés / s) no Observatório Mount Washington (New Hampshire) 1.917 m (6.288 pés) acima nível do mar nos EUA em 12 de abril de 1934, usando um anemômetro de fio quente . O anemômetro, projetado especificamente para uso no Monte Washington, foi posteriormente testado pelo US National Weather Bureau e foi confirmado como sendo preciso.

A velocidade do vento em certos fenômenos atmosféricos (como tornados ) pode exceder muito esses valores, mas nunca foram medidos com precisão. A medição direta desses ventos de tornado raramente é feita, pois o vento violento destruiria os instrumentos. Um método para estimar a velocidade é usar Doppler sobre rodas para detectar as velocidades do vento remotamente e, usando este método, a figura de 135 m / s (490 km / h; 300 mph; 262 kn; 440 pés / s) durante o 1999 O tornado Bridge Creek – Moore em Oklahoma em 3 de maio de 1999 é frequentemente citado como a velocidade do vento de superfície mais alta registrada, embora outro número de 142 m / s (510 km / h; 320 mph; 276 kn; 470 pés / s) tenha também foi citado para o mesmo tornado. Ainda outro número usado pelo Center for Severe Weather Research para essa medição é 135 ± 9 m / s (486 ± 32 km / h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 pés / s). No entanto, as velocidades medidas pelo radar Doppler não são consideradas registros oficiais.

A velocidade do vento mais rápida observada em um exoplaneta foi HD 189733b , por cientistas da Universidade de Warwick em 2015, medida a 5.400 mph, ou 2.414 metros por segundo. Em um comunicado à imprensa, a Universidade anunciou que os métodos usados ​​para medir a velocidade do vento em HD 189733b poderiam ser usados ​​para medir a velocidade do vento em exoplanetas semelhantes à Terra.

Medição

Anemômetro moderno usado para capturar a velocidade do vento.
Sensor de ressonância acústica de vento FT742-DM, um dos instrumentos agora usados ​​para medir a velocidade do vento no Observatório Mount Washington

Um anemômetro é uma das ferramentas usadas para medir a velocidade do vento. Dispositivo constituído por um pilar vertical e três ou quatro xícaras côncavas, o anemômetro capta o movimento horizontal das partículas de ar (velocidade do vento).

Ao contrário dos anemômetros de copo e palheta tradicionais, os sensores ultrassônicos de vento não têm partes móveis e, portanto, são usados ​​para medir a velocidade do vento em aplicações que requerem desempenho livre de manutenção, como no topo de turbinas eólicas. Como o nome sugere, os sensores ultrassônicos de vento medem a velocidade do vento usando som de alta frequência. Um anemômetro ultrassônico possui dois ou três pares de transmissores e receptores de som. Coloque-o contra o vento e cada transmissor enviará sons de alta frequência constantemente para seu respectivo receptor. Os circuitos eletrônicos internos medem o tempo que o som leva para fazer sua jornada de cada transmissor ao receptor correspondente. Dependendo de como o vento sopra, ele afetará alguns dos feixes de som mais do que outros, desacelerando ou acelerando ligeiramente. Os circuitos medem a diferença nas velocidades dos feixes e usam isso para calcular a velocidade com que o vento está soprando.

Sensores de vento de ressonância acústica são uma variante do sensor ultrassônico. Em vez de usar a medição do tempo de voo, os sensores de ressonância acústica usam ondas acústicas ressonantes dentro de uma pequena cavidade construída especialmente para realizar a medição da velocidade do vento. Construído na cavidade está um conjunto de transdutores ultrassônicos, que são usados ​​para criar os padrões de ondas estacionárias separados em frequências ultrassônicas. Conforme o vento passa pela cavidade, ocorre uma mudança na propriedade da onda (mudança de fase). Medindo a quantidade de mudança de fase nos sinais recebidos por cada transdutor e, em seguida, processando matematicamente os dados, o sensor é capaz de fornecer uma medição horizontal precisa da velocidade e direção do vento.

Outra ferramenta usada para medir a velocidade do vento inclui um GPS combinado com tubo pitot. Uma ferramenta de velocidade de fluxo de fluido, o tubo de Pitot é usado principalmente para determinar a velocidade do ar de uma aeronave.

Projeto de estruturas

Anemômetro em cenário externo para medir a velocidade do vento

A velocidade do vento é um fator comum no projeto de estruturas e edifícios em todo o mundo. Freqüentemente, é o fator determinante na resistência lateral necessária do projeto de uma estrutura.

Nos Estados Unidos, a velocidade do vento usada no projeto é muitas vezes referida como uma "rajada de 3 segundos", que é a maior rajada sustentada em um período de 3 segundos com uma probabilidade de ser excedida por ano de 1 em 50 (ASCE 7 -05, atualizado para ASCE 7-16). Este projeto de velocidade do vento é aceito pela maioria dos códigos de construção nos Estados Unidos e geralmente governa o projeto lateral de edifícios e estruturas.

No Canadá, as pressões do vento de referência são usadas no projeto e são baseadas na velocidade do vento "média por hora" com uma probabilidade de ser excedida por ano de 1 em 50. A pressão do vento de referência é calculada usando a seguinte equação: onde está a densidade do ar e é a velocidade do vento.

Historicamente, as velocidades do vento foram relatadas com uma variedade de tempos médios (como milha mais rápida, rajada de 3 segundos, 1 minuto e hora média) que os projetistas podem ter que levar em consideração. Para converter as velocidades do vento de um tempo médio para outro, a Curva Durst foi desenvolvida, que define a relação entre a velocidade máxima provável do vento em t segundos, V t , e a velocidade média do vento em uma hora V 3600 .

Veja também

Referências

links externos