Uniwersytet Zielonogórski

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Sprawozdanie z meteorologii nr.5

Temat: Anemometr Robinsona

Wykonał:

Łukasz Ochotny

Inżynieria Środowiska

Gr. 16 B

Masy powietrza

Na kuli ziemskiej występuje znaczne zróżnicowanie poszczególnych fragmentów powierzchni ze względu na bilans promieniowania, związany przede wszystkim z szerokością geograficzną oraz rodzajem podłoża. Dolne warstwy troposfery, stykające się z określoną powierzchnią czynną, biorą udział w procesach wymiany ciepła i wody pomiędzy powietrzem i podłożem. Masa powietrza zalegająca lub przesuwająca się nad obszarami o zbliżonych cechach fizycznych przejmuje określone właściwości podłoża, kształtujące jej temperaturę, wilgotność i zapylenie. Ze względu na rodzaj obszaru źródłowego, dzielimy je na kontynentalne i morskie, zaś ze względu na położenie obszaru wyróżniamy masy arktyczne

(na półkuli północnej), polarne, zwrotnikowe i równikowe.

Powietrze arktyczno - kontynentalne (Pak) tworzy się nad podbiegunowymi obszarami okolic Grenlandii. Następuje tam bardzo silne ochładzanie dzięki wymianie cieplnej z powierzchnia o ujemnych wartościach bilansu promieniowania (niewielkie kąty padania promieni słonecznych podczas lata, kilkumiesięczne okresy polarnej nocy) oraz wysokie wartości albedo pokrywy śnieżnej i lodów. Powietrze ma bardzo niską temperaturę, niewielką zawartość pary wodnej. Charakteryzuję się znaczna przezroczystością, gdyż rodzaj podłoża i brak konwekcji nie sprzyjają pyleniu.

Powietrze arktyczno - morskie (Pam) tworzy się nad północnym Atlantykiem w pasie szerokości geograficznych 65÷85°.Charakteryzuje się nieco wyższą temperaturą i wilgotnością w porównaniu z Pak.

Powietrze polarno - kontynentalne (PPk) powstaje nad północnymi rejonami ZSRR. W zimie jest oziębione od podłoża i dość suche, w lecie wykazuje wysokie temperatury, niską wilgotność i znaczną zawartość pyłów.

Powietrze polarno - morskie (PPm) tworzy się nad północnym Atlantykiem w pasie szerokości geograficznych 45÷65° (Islandia, Spitsbergen). Zawiera duze ilości pary wodnej. W porównaniu z PPk jest znacznie cieplejsze w zimie i o wiele chłodniejsze w lecie ze względu na specyfikę bilansu cieplnego wód oceanicznych.

Powietrze zwrotnikowo - kontynentalne (PZk) powstaje nad obszarami pustyń Iranu, Turcji

i północnej Afryki. Charakteryzuje się bardzo wysoką temperaturą, znikomą zawartością pary wodnej i bardzo dużą ilością pyłów.

Powietrze zwrotnikowo - morskie (PZm) tworzy się w rejonie wysp Azorskich. Ponad silnie ogrzanymi obszarami Atlantyku powstaje ciepła masa atmosferyczna, zawierająca bardzo duże ilości pary wodnej.

Rodzaje ruchów powietrza

W atmosferze występuje kilka rodzajów ruchu powietrza. Do najważniejszych można zaliczyć następujące ich rodzaje:

a) poziomy

b) pionowy (konwekcyjny, a także cyklonalny i antycyklonalny), w którym rozróżniamy ruchy wstępujące i zstępujące,

c) pionowy o charakterze ślizgowym (wślizgowy i ześlizgowy) wzdłuż zboczy górskich i powierzchni frontalnych,

d) falowy, powstający pod wpływem rzeźby terenu lub wstępujący wzdłuż powierzchni frontalnych

Poziomy ruch powietrza nazywamy wiatrem. Ruchy poziome powietrza należą do najbardziej intensywnych w atmosferze, mimo że pionowy spadek ciśnienia jest wielokrotnie większy od poziomego. Wpływa na to siła ciężkości, która niejako przytrzymuje cząstki powietrza przy Ziemi, nie pozwalając im odpływać w górę, w kierunku niższych ciśnień.

Siły warunkujące wiatr

Należą do nich: siła gradientu ciśnienia, siła Coriolisa, siła tarcia i siła odśrodkowa.

Siła gradientu ciśnienia. Przy nierównomiernym rozkładzie ciśnienia atmosferycznego zagęszczenie izobar na mapie synoptycznej jest w jednym miejscu większe, a w innym mniejsze. Im bliżej one siebie leżą, tym zmiany poziome ciśnienia są większe i większa jest prędkość wiatru. Poziome zmiany ciśnienia można wyrazić za pomocą tzw. poziomego gradientu ciśnienia nazywanego krótko gradientem ciśnienia. W meteorologii za jednostkę odległości określająca poziome różnice ciśnienia przyjmuje się 111km (to jest odległość 1° długości geograficznej na równiku) lub 100 km.

Spadek ciśnienia powietrza na 111 km w kierunku prostopadłym do izobary nazwano właśnie gradientem ciśnienia. Powietrze zmierza od wyższego do niższego ciśnienia najkrótsza drogą, zgodnie z kierunkiem gradientu.

Siła Coriolisa. Siła ta powstaje wskutek dobowego obrotu Ziemi i działa na każde ciało poruszające się po powierzchni Ziemi lub w jej pobliżu, a więc i na przemieszczające się cząstki powietrza. Wartość tej siły rośnie ku biegunom i w miarę wzrostu prędkości wiatru. Siła Coriolisa powoduje zmianę kierunku ruchu cząsteczek powietrza, ale nie zmienia jej prędkości.

W wyniku siły tarcia powietrza o powierzchnię Ziemi i tarcia wewnątrz masy powietrza

(ruchy turbulencyjne) następuje zmniejszanie prędkości powietrza i zmiany kierunku jego ruchu. W miarę oddalanie się od powierzchni Ziemi siła tarcia jest coraz mniejsza i zanika na wysokości około 1000m.

Przy ruchu krzywoliniowym na poruszające się cząstki powietrza działa także siła odśrodkowa. Siła ta wraca proporcjonalnie do kwadratu prędkości wiatru i jest tym większa, im mniejszy jest promień krzywizny toru, po którym odbywa się ruch.

Wielkości charakteryzujące wiatr

Prędkość wiatru to droga, jaka przebywają cząsteczki powietrza w jednostce czasu. Prędkość określa się w metrach na sekundę, kilometrach na godzinę (1 m ⋅ s^-1 = 3,6 km ⋅ h^-1) lub w węzłach (milach morskich na godzinę).

Obok prędkości wiatru często używa się pojęcia siły wiatru, która oznacza parcie przemieszczających się cząsteczek powietrza na napotkana przeszkodę i wyrażona jest

w kg ⋅ m^-2. Siła wiatru jest proporcjonalna do prędkości wiatru i wysokości ciśnienia powietrza, dlatego nad morzem siła wiatru przy tej samej prędkości jest znacznie większa niż w górach, gdzie powietrze jest rzadsze.

Kierunek wiatru. W meteorologii kierunek wiatru (kierunek ruchu powietrza w płaszczyźnie poziomej) określa się przez podanie strony świata z której on wieje.

Kierunek wiatru oznacza się symbolami (skrótami) utworzonymi z pierwsztch liter nazw angielskich: N - north (północ), E - east (wschód), S - south (południe), W - west (zachód).

Kierunek wiatru podaje się niekiedy według kierunków kompasowych w rumbach

(1 rumb - 1/32 kąta pełnego = 11°25′) albo w stopniach, przyjmując N za 0° (360°),

E - 90°, S - 180° i W - 270°.

Rodzaje wiatrów

Monsuny. Są to wiatry charakteryzujące się tym, że zmieniają kierunek na przełomie lata i zimy oraz zimy i lata. W półroczu letnim monsuny wieją z morza na ląd, w zimie z lądu na morze. Powstają w wyniku dużych różnic temperatur, a w związku ciśnienia między lądem a morzem. W okresie letnim ląd nagrzewa się bardziej niż morze. Nad lądem powstaje wskutek tego obszar obniżonego ciśnienia, powodujący spływ powietrza dołem z oceanu na ląd. Górą natomiast powietrze przemieszcza się w tym czasie w przeciwnym kierunku - z lądu na ocean. Wiatr wiejący w ciepłej porze roku z oceanu na ląd jest to monsun letni. W chłodnej porze roku ocean jest cieplejszy od lądu. Dlatego wiatr wieje w przeciwnym kierunku - z lądu na ocean. Jest to monsun zimowy. Wiatr tan jest zwykle słabszy od monsunu letniego. Monsuny najsilniej rozwijają się w strefie południowych wybrzeży Azji.

Wiatry miejscowe. Powstają one pod wpływem oddziaływania lokalnych warunków fizjograficznych. Przyczyny powstawania tych wiatrów mogą mieć charakter termiczny lub dynamiczny. Do wiatrów miejscowych można min. zaliczyć bryzy, wiatry dolin i gór, fen (wiatr halny), wiatr bora.

Bryzy. Są to wiatry występujące na wybrzeżach mórz i wielkich jezior, zmieniając kierunek dwa razy na dobę. Wiatr wiejący w ciągu dnia (od ok. 10 rano do zachodu Słońca), z morza na ląd, jest bryzą morską, a wiejący w nocy, z lądu na morze, bryzą lądową. Wiatry te powstają w związku z dobowym przebiegiem temperatury powierzchni lądu.

Wiatry dolin i gór. Występują one w dolinach i w kotlinach górskich, głównie w ciepłej porze roku, podczas bezchmurnych dni i przy małych ruchach atmosfery. Wiatr dolinny wieje w ciągu dnia od ujścia dolin w kierunku zboczy, a dalej wzdłuż zboczy w górę ku szczytom, a wiatr górski - w dół zboczy i od zboczy ku równinom i dolinom. Są to na ogół wiatry słabe, czasem jednak osiągają prędkość 10 m/s i większą.

Fen. Fenem nazwano suchy, ciepły i zwykle porywisty wiatr, wiejący (spadający) z gór.

Wiatr o cechach i warunkach powstawania podobnych do tych, jakimi charakteryzuje się fen, występują w górach różnych części świata, gdzie mają nazwy lokalne.

W Polsce (Karpaty, Karkonosze) typowym wiatrem fenowym jest wiatr halny. Wywołują go czynniki natury dynamicznej. Powstaje przy ruchu powietrza skierowanym do zboczy, gdy wskutek różnic ciśnienia między jedną a drugą stroną grzbietu gór powietrze przepływa przez dostatecznie wysoki łańcuch górski zgodnie z kierunkiem gradientu barycznego.

Przyrządy pomiarowe

W pomiarach prędkości wiatru są wykorzystywane ręczne anemometry czaszowe Robinsona i Rosenmulera, w których zasada działania jest taka sama jak w anemometrach czaszowych. Od tamtych różnią się tylko sposobem przekazywania liczby obrotów; w tych pracuje licznik mechaniczny. Częścią takich anemometrów jest wirnik czaszowy. Wirnik ten, zaopatrzony zwykle w cztery lekkie czasze zwrócone powierzchniami wklęsłymi w jedna stronę, obraca się swobodnie pod wpływem wiatru na odpowiednio ułożyskowanej osi. Liczba obrotów wirnika rośnie ze wzrostem prędkości wiatru. Ruch ten przekazywany jest poprzez zespół przekładni zębatych mechanizmu licznikowego na odpowiednie wskazówki, pozwalające odczytywać na tarczy wartości w metrach. Dzieląc liczbę metrów uzyskanych w czasie pomiaru przez liczbę sekund trwanie pomiaru, otrzymuje się średnią prędkość wiatru w m/s.

W przypadku anemometru Robinsona stan licznika odczytuje się 2-krotnie: przed i po pomiarze; równocześnie z uruchomieniem dźwigni należy włączyć stoper, a po upływie

np. 100 s licznik trzeba wyłączyć i ponownie odczytać jego stan. Z różnicy tych stanów, podzielonych przez liczbę sekund, wyznacza się liczbę obrotów na sekundę; prędkość wiatru

odczytuje się później z dołączonego do danego przyrządu świadectwa.

Prędkość wiatru można też wyznaczyć przy użyciu katatermometru - przyrządu służącego przede wszystkim do pomiaru wielkości ochładzającej powietrza. Prędkość wiatru oblicza się ze wzoru:

gdzie: v - prędkość wiatru w m/s,

H - wielkość ochładzająca powietrza w mcal/cm²⋅s,

Δt - różnica między temperaturą 36,5°C i aktualna temperaturą powietrza,

a b - współczynniki zależne od ilorazu H/Δt

jeżeli <0,493, to a = 0,108, b = 0,385

jeżeli ≥ 0,493, to a = 0,008, b = 0,485

Przyrządy do pomiaru kierunku i prędkości wiatru przeważnie umieszcza się w ogródku meteorologicznym od strony północnej. Instaluje się na maszcie drewnianym, metalowym lub żelbetowym, w miejscu odległym od wysokich przedmiotów o co najmniej ich 10-krotną wysokość. Wyjątkowo umieszcza się je na dachu budynku (ponad 6 m nad dachem i z dala od komina).

Opracowanie obserwacji

Pomiary kierunku i prędkości wiatru na stacjach klimatologicznych wykonuje się

o godz. 07/08, 13/14 i 19/20 i wpisuje się do odpowiednich rubryk w dzienniku obserwacyjnym. Po ostatnim pomiarze oblicz się średnią dobową prędkość wiatru według wzoru:

Do miesięcznego wykazu spostrzeżeń meteorologicznych przepisuje się wyniki pomiarów kierunku i prędkości wiatrów z każdej obserwacji, następnie oblicza się sumę dekadową i miesięczną prędkość wiatru o godz. 07/08, 13/14 i 19/20 oraz średnią miesięczną prędkość wiatru w tych godzinach dzieląc sumę prędkości przez liczbę obserwacji w danym miesiącu (28,29,30,31). Średnia miesięczna prędkość wiatru jest średnią ze średnich terminowych.

---