Προσδιορισµός της διεύθυνσης και της ταχύτητας του ανέµου. Εργαστήριο 9

Transcript

1 Προσδιορισµός της διεύθυνσης και της ταχύτητας του ανέµου Εργαστήριο 9

2 Γενικά Ο ατµοσφαιρικός αέρας που περιβάλει την γη βρίσκεται σε συνεχή κίνηση. Οι παράγοντες που διαµορφώνουν και δηµιουργούν όλες αυτές τις κινήσεις είναι: Η ηλιακή ενέργεια που προσλαµβάνει τόσο η ατµόσφαιρά όσο και η επιφάνεια του εδάφους. Ηανοµοιογένεια του ανάγλυφου του εδάφους. Η περιστροφική κίνηση της γης περί τον άξονά της

3 Άνεµος Γενικά Θεωρείται η οριζόντια συνιστώσα της ταχύτητας του ανέµου σε σχέση µε την επιφάνεια της γης. Ο άνεµος είναι αποτέλεσµα των διαφορετικών πιέσεων που επικρατούν από τόπο σε τόπο. Για τον προσδιορισµότουανέµου πρέπει να γνωρίζουµε Τη διεύθυνση- το σηµείο του ορίζοντα, από τον οποίο πνέει ο άνεµος (προσδιορίζεται µε τους ανεµοδείκτες) Την ένταση- εκφράζεται µε την ταχύτητά του ή µε την πίεση που ασκεί ο άνεµος πάνω στην επιφάνεια των διαφόρων σωµάτων (προσδιορίζεται µετα ανεµόµετρα)

4 υνάµεις Οι σπουδαιότερες δυνάµεις δηµιουργίας των ανέµων είναι: Ηδύναµη τηςβαροβαθµίδας Η οριζόντια εκτρεπτική δύναµη, που οφείλεται στην περιστροφική κίνηση της γης Η κυκλοστροφική δύναµη πουεµφανίζεται στην περίπτωση που ο άνεµος στρέφεται γύρω από ένα κέντρο χαµηλής ή υψηλής πίεσης Ηδύναµη τριβής

5 υνάµεις Οι δυνάµεις που καθορίζουν την κίνηση µιας αέριας µάζας είναι οι παρακάτω: Βαροβαθµίδα -ο ρυθµός µεταβολής της πίεσης µε την απόσταση. ύναµη βαροβαθµίδας, ονοµάζεται η δύναµη που ασκείται σε µια αέρια µάζα εξαιτίας των διαφορετικών πιέσεων που υπάρχουν σ αυτήν και η οποία ωθεί την αέρια µάζα από τις ψηλές πιέσεις προς τις χαµηλές. Η δύναµη Coriolis ασκείται σε κάθε σώµα που κινείται πάνω στη γη. Η δύναµη αυτή είναι ανάλογη της γωνιακής ταχύτητας της γης, της ταχύτητας του σώµατος (δηλαδή, της αέριας µάζας, στην περίπτωση του ανέµου) και ανάλογη του ηµιτόνου του γεωγραφικού πλάτους του τόπου στον οποίο λαµβάνει χώρα η κίνηση, είναι δηλαδή πιο µεγάλη στους πόλους (γεωγραφικό πλάτος 90 ο ) και µηδέν στον ισηµερινό, όπου το γεωγραφικό πλάτος είναι µηδέν.

6 Ισοβαρής καµπύλη Ισοβαρής καµπύλη- γραµµή σεχάρτη επιφανείας που ενώνει σηµεία µε ίδιαπίεση

7 Γεωστροφικός άνεµος 1000mb L F B (δύναµη βαροβαθµίδας) ισοβαρείς V g F c (εκτρεπτική δύναµη ήδύναµη Coriolis) 1008mb Η ισοβαρείς Υποθέτουµε ότι οι ισοβαρείς είναι ευθείες παράλληλες µε την υψηλή πίεση προς νότο. Τότε ο ατµοσφαιρικός αέρας, κάτω από την επίδραση της δύναµης βαροβαθµίδας θα κινούνταν από τις υψηλές προς τις χαµηλές πιέσεις, κάθετα στις ισοβαρείς και µε κίνηση που θα επιτυγχάνονταν προς την διεύθυνση των χαµηλών πιέσεων. Στην πραγµατικότητα ο άνεµος πνέει µε σταθερή περίπου ταχύτητα κατά µήκος των ισοβαρών έχοντας την υψηλή πίεση (Η) προς τα δεξιά στο Β ηµισφαίριο και προς τα αριστερά στο Ν ηµισφαίριο. ηλαδή µε την περιστροφή της η γη εκτρέπει τα σώµατα που κινούνται προς τα δεξιά της κίνησης στο Β ηµισφ και προς τα αριστερά στο Ν ηµιφ. Ηδύναµη αυτή λέγεται εκτρεπτική ή δύναµη Coriolis F c ). Λόγω ότι ο άνεµος πνέει κατά µήκος των ισόβαρων µε σταθερή ταχύτητα θα πρέπει η F c να έχει διεύθυνση ακριβώς αντίθετη µε τηνf Β και ένταση ίση µε αυτή. Οάνεµος που δηµιουργείται από την τέλεια ισορροπία αυτών των δυνάµεων, εξαιρώντας την δύναµη της τριβής λέγεται γεωστροφικός άνεµος V g

8 Όσο πιο πυκνές είναι οι ισοβαρείς καµπύλες σε ένα χάρτη επιφανείας, τόσο πιο µεγάλη είναι η δύναµη βαροβαθµίδας και άρα τόσο µεγαλύτερη και η ταχύτητα του ανέµου. Στην περίπτωση που οι ισοβαρείς είναι ευθείες παράλληλες, αλλά η κίνηση γίνεται κοντά στο έδαφος, τότε η δύναµη της βαροβαθµίδας (F P ) αντισταθµίζεται από τη συνισταµένη της δύναµης Coriolis (F c ) και της δύναµης της τριβής (F T ), όπως φαίνεται στο σχήµα 3. Στηνπερίπτωσηαυτήοάνεµος δεν πνέει παράλληλα προς τις ισοβαρείς, αλλά έχει στραφεί προς τις χαµηλές πιέσεις.

9 Ανεµοδείκτες Χρησιµοποιούνται για τον προσδιορισµό της διεύθυνσης του ανέµου Αποτελείται από Κατακόρυφο περιστρεφόµενο άξονα Οριζόντιο στέλεχος Στο ένα άκρο φέρει πτερύγια που σχηµατίζουν γωνία 20 ο Στο άλλο άκρο φέρει αντίβαρο συνήθως µε τη µορφή βέλους Όταν πνέει άνεµος η πίεση, που ασκείται στα πτερύγια, στρέφει τον ανεµοδείκτη προς τη διεύθυνση του ανέµου Το σύστηµα καταγραφής της διεύθυνσης του ανέµου µπορεί να είναι Μηχανικό ή Ηλεκτρικό Όταν η διεύθυνση καταγράφεται σε ταινία ο ανεµοδείκτης λέγεται αυτογραφικός Ανεµούριο: λεπτός υφασµάτινος σάκος κολουροκωνικής διατοµής, ανοιχτός στα δύο άκρα, που φουσκώνει και προσανατολίζεται προς τη διεύθυνση του ανέµου. Χρησιµοποιείται σε αεροδρόµια

10 Ανεµόµετρα Η ένταση του ανέµου προσδιορίζεται µε όργαναπου λέγονται ανεµόµετρα. ιακρίνονται σε: ΑΝΕΜΟΜΕΤΡΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΠΙΕΣΗ Περιστρεφόµενα ελικοφόρα Περιστρεφόµενα κυπελλοφόρα Τύπου Robinson Περιστρεφόµενα διανυσµατικά

11 Αρχές Η λειτουργία των ανεµόµετρων ταχύτητας στηρίζεται στην αρχή της διαφορετικής πίεσης που προκαλεί ο άνεµος στις κοίλες και στις κυρτές επιφάνειες µεταλλικών κυπέλλων. Η λειτουργία των ανεµόπτερων πίεσης στηρίζεται στην πίεση που ασκεί ο άνεµος στην µονάδα επιφάνειας που είναι κάθετη προς την διεύθυνση του ανέµου.

12 Ανεµόµετρα ταχύτητας εν µάρανε στιγµιαίες µεταβολές της ταχύτητας του ανέµου, αλλά την µέση ταχύτητα αυτού για ένα χρονικό διάστηµα και αυτό λόγω αδράνειας.

13 Ανεµόµετρα Ανεµόµετρα περιστρεφόµενα Ελικοφόρα Ηαντίδρασηµίας έλικας στον άνεµο εξαρτάται από τον προσανατολισµό της. Συνήθως η έλικα είναι προσαρµοσµένη σε ανεµοδείκτη Η αδράνεια του ανεµοδείκτη είναι µεγάλη όταν χρησιµοποιείται για την καταγραφή της µέσης ροής

14 Ανεµόµετρα Ανεµόµετρα περιστρεφόµενα Κυπελλοφόρα τύπου Robinson Κατακόρυφος άξονας µε 3 ή 4 οριζόντιες ακτίνες που φέρουν κοίλα ηµισφαίρια Μία πλήρη περιστροφή αντιστοιχεί σε ορισµένο µήκος µετατόπισης του αέρα Μηχανικό σύστηµα καταγραφής Καταµέτρηση µε στροφόµετρο του αριθµού των στροφών και απευθείας αντιστοίχιση στο διάστηµα που διανύει ο αέρας σε ορισµένη χρονική διάρκεια. Μετρώντας το χρόνο µε χρονόµετρο βρίσκουµε την ταχύτητα. Ηλεκτρικό σύστηµα καταγραφής Καταµέτρηση του αριθµού των στροφών του κατακόρυφου άξονα µε τοκλείσιµο ηλεκτρικής επαφής όταν αυτός κάνει έναν αριθµό περιστροφών Μαγνητικό σύστηµα καταγραφής Περιστροφή µαζί µε το άξονα ενός µαγνήτη µέσα σε πηνίο και πρόκληση ηλεκτρεγερτικής δύναµης από επαγωγή και µέτρηση της τάσης µε βολτόµετρο. Άµεση µέτρηση της ταχύτητας µε κατάλληλη βαθµονόµηση του βολτοµέτρου

15 Ανεµόµετρα Ανεµόµετρα περιστρεφόµενα ιανυσµατικά ανεµόµετρα Ιστός στον οποίο είναι αρθρωµένατρίαστελέχη κάθετα µεταξύ τους, δύο οριζόντια και ένα κατακόρυφο. Στα άκρα των στελεχών υπάρχουν έλικες από πολυουρεθάνη Το διανυσµατικό ανεµόµετρο καταγράφει τα µέτρα των τριών συνιστωσών της ταχύτητας του αέρα.

16 Ανεµόµετρα πίεσης Ανεµόµετρα πίεσης δίσκου ίσκος αναρτηµένος από σχοινί, ή στέλεχος, ή ελατήριο, ο οποίος αποκλίνει από την κατακόρυφο εξαιτίας της δύναµης που ασκεί ο άνεµος στο δίσκο, η οποία αντισταθµίζεται είτε από τη βαρύτητα είτε από τη δύναµη ελατηρίου ίσκος στον οποίο ο άνεµος προσπίπτει συνεχώς κάθετα και η δύναµή του µπορεί να αντισταθµιστεί από τη δύναµη συµπιεσµένου ελατηρίου Εξάρτηση της δύναµης από την ταχύτητα του ανέµου Η πίεση δίνεται από τον τύπο P=kV 2 V= ταχύτητα ανέµου Κ= σταθερά εξαρτάται από την πυκνότητα του αέρα, καθώς και από το σχήµα της επιφάνειας, αν αυτή δεν είναι επίπεδη

17 Ανεµογράφος Αποτελείται από ένα ανεµοδείκτη και ένα ανεµόµετρο και στη βάση του φέρει καταγραφικό σύστηµα ωρολογιακού µηχανισµού. Φέρει ταινία στην οποία στο γράφεται η διεύθυνση του άνεµουηέντασητου.

18 Ανεµοµετρικά όργανα Η τοποθέτηση όλων των αναµοµετρικών οργάνων (ανεµοδείκτες, ανεµόµετρα) γίνεται σε έδαφος µε ανοικτό ορίζοντα και σε ύψος 8-10m µε τρόπο ώστε να µην παρεµποδίζεταιηκίνησητουανέµου.

19 ΑΝΕΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ BEAUFORT Beaufort Χαρακτηρισµός Μέση ταχύτητα σε κόµβους Μέτρα ανά δευτερόλεπτο Χιλιόµετρα ανά ώρα Μίλια ανά ώρα Αποτελέσµατα ανέµου στη ξηρά 0 Άπνοια <1 0-0,2 <1 <1 Ο καπνός υψώνεται κατακόρυφα. 1 Υποπνέων άνεµος 1-3 0,3-1, Ηδιεύθυνσητουανέµου φαίνεται από την φoρά του καπνού. Ο ανεµοδείκτης ακίνητος. 2 Ασθενής άνεµος 4-6 1,6-3, Λεπτός άνεµος ,4-5, Μέτριος άνεµος ,5-7, Άνεµος αισθητός στο πρόσωπο. Τα φύλλα των δέντρων κινούνται. Κοινός ανεµοδείκτης τίθεται σε κίνηση. Φύλλα και κλαδιά των δέντρων σε συνεχή κίνηση. Σηµαία κυµατίζει ελαφρά. Οάνεµος σηκώνει σκόνη και ελεύθερα τεµάχια χαρτιού. Κινούνται οι µικροί κλάδοι των δέντρων. 5 Λαµπρός άνεµος ,0-10, Ισχυρός Άνεµος ,8-13, Σφοδρός Άνεµος ,9-17, Μικρά δένδρα κουνιούνται. Στην επιφάνια χερσαίων υδάτων σχηµατίζονται µικρά κύµατα µε κορυφή. Τα µεγάλακλαδιάτωνδέντρωνκινούνται. Οι οµπρέλες χρησιµοποιούνται µετά δυσκολίας. Ο άνεµος κουνάει τα δέντρα εξ ολοκλήρου. Το βάδισµα αντίθετα προς τον άνεµο καθίσταται δύσκολο. 8 Θυελλώδης άνεµος ,2-20, Οάνεµος θραύει κλώνους και παρεµποδίζει το βάδισµα. 9 Θύελλα ,8-24, Ελαφρές ζηµιές στις οικοδοµές. 10 Ισχυρά θύελλα ,5-28, Εκριζώνονται δέντρα. Σηµαντικές ζηµιές στις οικοδοµές. 11 Σφοδρά θύελλα ,5-32, Απαντάται σπανιότατα. Συνοδεύεται από ζηµιές σε µεγάλο βαθµό. 12 Τυφώνας ,7-36, ,0-41, ,5-46, ,2-50, ,0-56, ,1-61,

20 Ψηφίο κλίµακα ς Beaufort Ονοµασία Ελληνικά Αγγλικά Νηνεµία CALM Υποπνέων LIGHT AIR Ασθενής LIGHT BREEZE ΙΕΘΝΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑ ΑΝΕΜΟΥ BEAUFORT Ταχύτητα σε km/h Ταχύτητα σε κόµβους Περιγραφή αποτελεσµάτων στη ξηρά Άπνοια. Ο καπνός ανυψώνεται κατακόρυφα. Οάνεµος επηρεάζει το καπνό αλλά όχι τους ανεµοδείκτες. Αισθητός στο πρόσωπο. Κινεί συνήθη ανεµοδείκτη. Ψηφίο κλίµακας θάλασσας Πιθανό ύψος κύµατος σε m ,1 2 0,1-0,5 Ονοµασία κατάστασης θάλασσας Ελληνικά Αγγλικά Γαλήνια κατοπτρική. CALM GLASSY Γαλήνια- ρυτιδούµενη. CALM RIPPLED Ήρεµη. SMOOTH WAVELETS Περιγραφή Σχηµατίζονται αποτελεσµάτων στη θάλασσα Θάλασσα κατοπτρική. ρυτίδες σαν λέπια ψαριού, χωρίς αφρό. Μικρά κυµατάκια, οι κορυφές τους έχουν εµφάνιση υαλώδη χωρίς να σπάνε Λεπτός GENTLE BREEZE Μέτριος moderate BREEZE Λαµπρός FRESH BREEZE Τα φύλλα και τα λεπτά κλαδιά βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Τεντώνει µικρή σηµαία. Σηκώνει σκόνη και φύλλα χαρτιού. Κινεί µικρά κλαδιά δένδρων. Μικρά δένδρα µε φύλλωµα αρχίζουννα κινούνται. 3 0,5-1, ,5 4 1,25-2,5 Λίγο ταραγµένη. SLIGHT Λίγο ταραγµένη έως ταραγµένη. SMOOTH TO MODERATE Ταραγµένη. MODERATE Πολύ µικρά κύµατα. Οι κορυφές αρχίζουν να σπάνε, µερικά αφρώδη κύµατα σαν διασπαρµένα πρόβατα. Μικρά µακριά κύµατα. Λευκοί αφροί σαν αρκετά πρόβατα. Μέτρια κύµατα σαφώς επιµήκη. Σχηµατισµός πολυάριθµων αφρωδών κορυφών. 6 Ισχυρός STRONG BREEZE Κινεί µεγάλα κλαδιά δένδρων. Ακούγεται σφύριγµα απότα ηλεκτρικά σύρµατα. 5 2,5-4 Κυµατώδης. ROUGH Μεγάλα κύµατα αρχίζουν να σχηµατίζονται. Οι κορυφές λευκού αφρού είναι παντού περισσότερες (ψεκασµοί-πίτυλοι) 7 Σφοδρός NEAR GALE Τα δένδρα ταράσσονται. Το βάδισµα αντίθετα προς τον άνεµο είναιδύσκολο ,5-5,5 Κυµατώδης έως λίαν κυµατώδης. ROUGH TO VERY ROUGH. Η θάλασσα ογκώνεται. Ο λευκόςαφρός αρχίζει να παρασύρεται σε λωρίδες κατά την διεύθυνση του ανέµου. 8 θυελλώδης GALE Σπάει κλαδιά δένδρων. Το βάδισµα αντίθετα προς τον άνεµο έωςαδύνατο ,5-7,5 Λίαν κυµατώδης έως τρικυµιώδης. VERY ROUGH TO HIGH Μετρίως ψηλά κύµατα µάλλον επιµήκη. Από τις κορυφές αρχίζουν να αποσπώνται στρόβιλοι πιτύλου. 9 θύελλα STRONG GALE Προκαλεί ζηµιές σε στέγες καπνοδόχους και οικοδοµές γενικότερα Τρικυµιώδης. HIGH Ογκώδη κύµατα. Πυκνές ραβδώσεις αφρού κατά την διεύθυνση του ανέµου. 10 Ισχυρή θύελλα STORM Ξεριζώνει δένδρα και προκαλεί σηµαντικές ζηµιές. Σπάνια παρατηρείται στο εσωτερικό της ξηράς Λίαν τρικυµιώδης Πολύ ογκώδη κύµατα µε µακριές λοφώδεις ράχες. Η επιφάνεια της θάλασσας στο σύνολο της γίνεται λευκή, Η ορατότητα µειώνεται. 11 Σφοδρή θύελλα VIOLENT STORM Παρατηρείται σπανιότατα στο εσωτερικό της ξηράς. Ζηµιές σε µεγάλη κλίµακα Μαινόµενη VERY HIGH Εξαιρετικά ψηλά κύµατα. Η θάλασσα επικαλύπτεται από µεγάλες εκτάσεις αφρού. Η ορατότητα µειώνεται. >12 Τυφώνας HURRIcane >118 >64 Προκαλεί εξαιρετικά σοβαρές καταστροφές. 9 >14 Παράφορη (αγρία) PHENOMENAL Ο αέρας είναι πλήρης αφρού και πιτύλου. Η θάλασσα είναι εξ ολοκλήρου λευκή. Η ορατότητα µειώνεται σηµαντικά.

21 ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΑΝΕΜΩΝ Ελληνικά Σύµβολα ιεθνή Σύµβολα Επίσηµη Ονοµασία Κοινή Ονοµασία Β N Βορράς Τραµουντάνα ΒΒΑ NNE Μεσοβορράς Γραιγοτραµουντάνα ΒΑ NE Μέσης Γραίγος ΑΒΑ ENE Μεσαπηλιώτης Γραιγολεβάντες Α E Απηλιώτης Λεβάντες ΑΝΑ ESE Ευραπηλιώτης Σιροκολεβάντες ΝΑ SE Εύρος Σιρόκος ΝΝΑ SSE Ευρονότος Οστριασιρόκος Ν S Νότος Όστρια ΝΝ SSW Λιβανότος Οστριογάρµπης Ν SW Λιψ (Λίβας) Γαρµπής Ν WSW Λιβανοζέφυρος Πουνεντογάρµπης W Ζέφυρος Πουνέντες Β WNW Σκιρωνοζέφυρος Πουνεντοµαΐστρος Β NW Σκίρωνας Μαΐστρος ΒΒ NNW Σκιρωνοβορράς Μαϊστροτραµουντάν α

22