Прибор для измерения скорости ветра. Метеорологический прибор. Скорость ветра и как ее измерить Как измерить скорость ветра в полевых условиях

Направление и скорость ветра - одно из лучших показателей изменений погоды. Различают 16 направлений ветра (румбов), обозначенных по сторонам света. Названия этих шестнадцати румбов, или направлений, откуда дует ветер, даны в следующей таблице:

Ветер называют по той части горизнота, откуда он дует. Моряки говорят, что ветер "дует в компас". Это выражение облегчит запоминание приведённой выше таблицы.

Помимо этих названий, есть ещё и местные. Так, например, на побережье Белого моря и в районе Мурманска местные рыбаки называют северо-восточный ветер "полуночником", южный - "летником", юго-восточный - "обеденником", юго-западный - "шеловником", северо-западный - "побережником". Есть свои названия ветров также на Чёрном, Каспийском морях и на Волге. Большое значение для определения погоды имеют местные ветры, которые необходимо знать и учитывать.

Чтобы определить направление ветра, надо смочить указательный палец и поднять его вертикально вверх. На стороне его, обращённой к ветру, почувствуется холод.

Направление ветра можно определить и по вымпелу, дыму и компасу. Став лицом к ветру и держа перед собой компас, нулевое деление которого подведено под северный конец стрелки, кладут на его центр спичку или тонкую прямую палочку, направив её в ту сторону, в которую стоит лицом наблюдатель, то есть навстречу ветру.

Прижав в таком положении спичку или палочку к стеклу компаса, надо посмотреть, над каким делением шкалы она приходится. Это и будет та часть горизонта, откуда дует ветер.

Указанием направления ветра служит приземление птиц. Они приземляются всегда против ветра.

Скорость ветра измеряется расстоянием (в метрах или километрах), на которое перемещается масса воздуха в 1 сек. (час.), а также в баллах по двенадцатибалльной системе Бофорта. Скорость ветра непрерывно меняется, и поэтому чаще принимают во внимание среднее её значение за 10 мин. Скорость ветра определяется специальными приборами, но её можно достаточно точно определить и на глаз, пользуясь приведённой ниже таблицей.

Определение скорости ветра (по К.В.Покровскому):

Сила волнения моря (озера) определяется по следующей таблице (по А.Г.Комовскому):

1. Возникновение ветра. Воздух прозрачен и бесцветен, но все мы знаем, что он существует, так как чувствуем его дви­жение. Воздух всегда находится в движении. Его перемещение в горизонтальном направлении и называется ветром .

Причиной возникновения ветра является разница в атмосферном давлении над участками земной поверхности. Стоит давлению на каком-либо участке увеличить­ся или уменьшиться, как воздух устремля­ется от места большего давления в сторону меньшего. Существуют различные причины, из-за которых нарушается равно­весие атмосферного давления. Главная - не­одинаковое нагревание земной поверхности и различие температур на разных участках.

Рассмотрим это явление на примере ветра бриза, который образуется на берегу моря или крупного озера. На про­тяжении суток бриз дважды меняет свое направление. Проис­ходит это из-за разницы температуры и атмосферного давления над сушей и водной поверхностью днем и ночью. Суша, в отличие от моря, быстро нагревается днем и быстро остывает ночью. Днем на сушей пониженное давление, а над водной поверхностью повышенное, ночью – наоборот. Поэтому дневной бриз дует с моря (озера) на более теплую сушу, ночной - с более охлажденной суши на море (рис. 20). (Объясните образование ночного бриза.) Эти ветры охватывают сравнительно узкую полосу побережья.

2. Направление и скорость ветра. Сила ветра. Ветер характеризуется направлением и скоростью. Направление ветра определяется сто­роной горизонта, откуда он дует (рис. 21). (Как называется ветер, дующий на юг? на запад?) Скорость ветра зависит от атмосферного давления: чем больше разность давления, тем сильнее ветер. На этот показатель ветра влияет трение и плотность воздуха. На вершинах гор ветер усиливается. Любое препятствие (горные системы и горные хребты, здания, лесные полосы и др.) влияют на скорость и направления ветра. Обтекая препятствие, ветер перед ним ослабевает, но с боковых сторон усиливается. Значительно возрастает скорость ветра, например, между двумя близко расположенными горными хребтами. (Почему на открытой местности ветер сильнее, чем в лесу?)

Скорость ветра обычно измеряется в метрах в секунду (м/с). Силу ветра можно оценить по его воздействию на наземные предметы и море в баллах шкалы Бофорта (от 0 до 12 баллов) (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Шкала Бофорта для определения силы ветра

Вы уже знаете, что скорость и направление ветра устанавливают по флюгеру (рис. 22). Флюгер состоит из флюгарки, указателя сторон горизонта, металлической пластинки и дуги со штифтами. Флюгарка свободно вращается на вертикальной оси и устанавливается по ветру. По ней и указателю сторон горизонта определяется направление ветра. Скорость ветра устанавливается по отклонению металлической пластинки от вертикального положения до одного из штифтов дуги. Флюгер на метеорологических станциях устанавливается на высоте 10-12 м над земной поверхностью.

Для более точного измерения скорости ветра используют специальный прибор - анемометр (рис. 23).

Обычная скорость ветра у земной по­верхности составляет 4-8 м/с, и она ред­ко превышает 11 м/с (рис.24). Однако бывают ве­тры разрушительной силы - это штормы (скорость ветра более 18 м/с) и ураганы (более 29 м/с). Скорость ветра в тропиче­ских ураганах достигает 65 м/с, а при от­дельных порывах - даже до 100 м/с. Очень слабый ветер (со скоростью не более 0,5 м/с) или безветрие называется штилем. (При каких условиях наблюдается штиль?)

Скорость ветра, как и направление, постоянно меняется, как во времени, так и в пространстве. Характер движения воздуха можно увидеть, наблюдая за падением снежинок при ветре. Снежинки совершают беспорядочные движения: то взлетают вверх, то опускаются, то описывают сложные петли.

Наглядное представление о повто­ряемости ветров за определенное вре­мя (месяц, сезон, год) дает роза вет­ров (рис. 25). Строят ее следующим образом: проводят восемь главных направле­ний горизонта и на каждом по при­нятому масштабу откладывают повто­ряемость соответствующего ветра. Для этого берутся средние многолетние данные. Концы получен­ных отрезков соединяются. В центре (кружке) указывается по­вторяемость штилей.

? Проверь себя

Это интересно

Сильные ветры вызывают большое разрушение на суше и волнение на море. В мощных атмосферных вихрях (смерчах) скорость ветра достигает 100 м/с. Они поднимают и перемещают автомобили, здания, мосты. Особенно разрушительные смерчи (торнадо) наблюдаются в США (рис.26). Ежегодно отмечается от 450 до 1500 торнадо с числом жертв в среднем около 100 человек.

Ветра и определения направления его дуновения известен как обсерватор, или анемометр. Применяют такие устройство при необходимости контроля над параметрами перемещения воздушных масс.

Принцип функционирования

Несмотря на разнообразие анемометров, которые отличаются конструктивно, большинство из них работают по принципу определения характера действия воздушного потока на подвижные вращающиеся элементы.

Приборы данной категории способны определять максимальную текущую при дуновении потока в определенном направлении. Отдельные модели выдают показатели объемного расхода воздуха, температуры потока, влажности. Таким образом, функциональный прибор для измерения скорости ветра превращается в портативную метеостанцию.

Типы

Выделяют несколько отдельных разновидностей устройств, способных производить расчет скорости ветра. В настоящее время выделяют следующие типы приборов данного назначения:

• вращательные;
• вихревые;
• тепловые;
• динамометрические;
• оптические;
• ультразвуковые.

Давайте подробно рассмотрим устройства каждого типа, определим их возможности, способы эксплуатации.

Вращательные анемометры

Метеорологический прибор может быть оснащен чашками либо лопастями, которые играют роль чувствительного элемента. Последние подвижно закрепляются на вертикальном стержне и соединяются с измерителем. Перемещение воздушных потоков заставляет такие вертушки вращаться вокруг оси. По мере движения измерительный механизм фиксирует количество оборотов в течение определенного временного отрезка. Визуальную информацию выдает шкала скорости ветра либо цифровой дисплей.

Конструкции данного типа изобретены достаточно давно. Однако, несмотря на появление более совершенных приборов, вращательные анемометры до сих пор продолжают успешно эксплуатироваться метеорологами по всему миру.

Вихревые анемометры

В таких приборах измерение скорости и происходит за счет воздействия воздушных потоков на легкое лопастное колесо, расположенное в вертикальной плоскости. Как и в предыдущем случае, вращение крыльчатки посредством воздействия на систему передает данные к счетному механизму.

В настоящее время наиболее распространены ручные вихревые анемометры. Последние используются для измерения скорости воздушных потоков в вентиляционных системах и трубопроводах, устанавливаются в воздуховодах промышленных и жилых объектов.

Тепловые анемометры

Не слишком востребованы тепловые приборы. Чаще всего необходимость в их применении возникает при измерении показателей медленных воздушных потоков.

Функционирует тепловой ветра по принципу измерения температуры нити накаливания либо специальной пластины, на которую оказывается давление воздуха. При различных показателях потока выделяется определенное количество энергии, которое позволяет поддерживать ту или иную температуру теплового элемента. Таким нехитрым способом и определяется скорость ветра.

Динамометрические анемометры

Прибор для измерения скорости ветра может также функционировать благодаря определению показателей давления ветрового потока в средине запаянной с одной стороны Г-образной трубки. Данные получают на основе сравнения избыточного воздушного давления снаружи и внутри элемента.

Динамометрический прибор для измерения скорости ветра применяется не только в метеорологии. Устанавливаются подобные устройства вентиляционных системах и газоходах, где вычисляют объемный расход потоков и их скорость.

Ультразвуковые анемометры

Принцип функционирования устройств данной категории основывается на определении на приемнике в зависимости от показателей потока воздушных масс. Здесь представлены наиболее высокоточные, современные устройства, которые также позволяют фиксировать направление ветровых потоков.

Выделяют трехмерные и двухмерные ультразвуковые приборы. Первые дают возможность получать показатели направления перемещения потоков в трех компонентах. В свою очередь, двухмерный метеорологический прибор позволяет измерять направление и скорость ветра лишь в горизонтальной плоскости. Некоторые ультразвуковые системы производят вычисления температуры воздушных потоков.

Оптические анемометры

Ученые-физики, инженеры, задействованные в космических программах, часто прибегают к применению лазерных оптических приспособлений для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков. Работают подобные устройства согласно определению зависимости рассеянного либо отраженного подвижным объектом света от его скорости. Данный способ не предполагает непосредственного воздействия газообразных, твердых либо жидких веществ на элементы измерительного устройства.

Сфера применения оптических анемометров крайне широка, начиная с определения направлений перемещения веществ в живых клетках и капиллярах и заканчивая вычислением скорости движения газов в атмосфере.

Эксплуатация лазерных устройств помогает с высокой точностью рассчитывать скорость воздушных потоков вокруг подвижных объектов, в частности, автотранспорта, летательных аппаратов, космических тел. Полученные расчеты дают возможность исследователям, инженерам и механикам разрабатывать наиболее аэродинамические формы при конструировании техники.

На что следует обращать внимание при выборе прибора для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков? Определяющее значение здесь имеет перечень задач, что поставлены перед пользователем. В зависимости от этого, значение имеют такие технические характеристики прибора:

• максимальный измерительный диапазон;
• величина погрешностей;
• возможность применения в тех или иных температурных условиях;
• уровень безопасности для пользователя при воздействии на устройство агрессивных факторов окружающей среды;
• тип: стационарный либо переносной прибор;
• степень защищенности механизма от воздействий атмосферных осадков;
• характер питания устройства и способ формирования данных;
• габариты прибора;
• возможность вычисления показателей в ночное время суток (наличие подсветки).

В настоящее время для работы в условиях крайне пониженных температур возможно использование метеорологических приборов с подогревателями. Для рудников и шахт применяют специализированные анемометры, что способны исправно функционировать при высокой запыленности окружающего пространства и во взрывоопасной среде. Такие функциональные приборы переносят воздействие повышенной влажности и остаются работоспособными при значительных перепадах температур.

В итоге

Как видно, в зависимости от личных потребностей, имеется возможность выбрать наиболее подходящее устройство для фиксации показателей воздушных потоков. Однако здесь имеются свои сложности. Поскольку все анемометры являются измерительными приборами, они подлежат сертификации и аттестации в соответствующих государственных учреждениях.

Направление ветра научились измерять еще в античные времена. Для этого древние греки на крышах своих домов устанавливали башенки со шпилями и флюгерами на них. Но особенно преуспели в измерении направления и скорости ветра прибалтийские мастера. Их кормило море. И знать, что принесет тебе завтрашний день, был для них актуально как ни для кого.

Обычно флюгер делали в виде фигурки какого-нибудь животного, которая вращалась и показывала стрелкой направление ветра, а вертушка его примерную скорость.

Прибор для измерения скорости ветра.

Прибор для измерения скорости ветра — детский анемометр

Для измерения скорости ветра ещё в XVII в. ученый из Англии Роберт Гук изобрел специальный прибор - анемометр. Его название, состоящее из двух древнегреческих слов: «анемо» - «ветер» и «метр» - «измеряю» само говорило за себя. Вертушка анемометра вращалась, и по количеству ее оборотов вычисляли скорость ветра в данный момент в метрах в секунду. Зная направление и скорость ветра, можно предсказать, как в ближайшем будущем изменится погода.

Ветер - это горизонтальный поток воздуха, который отличается рядом определенных характеристик: силой, направлением и скоростью. Именно для определения скорости ветров ирландский адмирал еще в начале XIX века разработал специальную таблицу. Так называемая шкала Бофорта используется и в наши дни. Что представляет собой шкала? Как правильно нею пользоваться? И что шкала Бофорта не позволяет определить?

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:

• N (северный).
• S (южный).
• W (западный).
• E (восточный).
• C (затишье).

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.

Разработка ветровой шкалы

Фрэнсис Бофорт был на редкость трудолюбив. Каждый день он просыпался в пять часов утра и сразу же принимался за работу. Бофорт был значимым авторитетом среди военных и моряков. Однако всемирную славу он приобрел благодаря своей уникальной разработке. Будучи еще мичманом, любознательный юноша вел ежедневный дневник наблюдений за погодой. Позже все эти наблюдения помогли ему составить специальную шкалу ветров. В 1838 году она была официально утверждена британским адмиралтейством.

В честь знаменитого ученого и картографа названо одно из морей, остров в Антарктике, река и мыс в северной Канаде. А еще Фрэнсис Бофорт прославился тем, что создал полиалфавитный военный шифр, также получивший его имя.

Шкала Бофорта и ее особенности

Шкала представляет собой наиболее раннюю классификацию ветров по их силе и скорости. Она была разработана на основе метеорологических наблюдений в условиях открытого моря. Изначально классическая шкала ветров Бофорта является двенадцатибалльной. Лишь в середине ХХ века она была расширена до 17-ти уровней, чтобы можно было различать ветра ураганной силы.

Сила ветра по шкале Бофорта определяется по двум критериям:

1. По его воздействию на различные наземные предметы и объекты.
2. По степени волнения открытого моря.

Важно отметить, что шкала Бофорта не позволяет определять продолжительность и направление воздушных потоков. В ней содержится подробная классификация ветров по их силе и скорости.

Шкала Бофорта: таблица для суши

Ниже представлена таблица с подробным описанием воздействия ветра на наземные предметы и объекты. Шкала, разработанная ирландским ученым Ф. Бофортом, состоит из двенадцати уровней (баллов).

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.

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