سرعة الرياح

في علم الأرصاد الجوية ، تُعد سرعة الرياح ، أو سرعة تدفق الرياح ، كمية جوية أساسية ناتجة عن حركة الهواء من مناطق الضغط العالي إلى مناطق الضغط المنخفض ، وعادةً ما يكون ذلك بسبب تغيرات في درجة الحرارة. ويتم قياس سرعة الرياح الآن بشكل شائع باستخدام مقياس سرعة الرياح (الأنيمومتر) .

تؤثر سرعة الرياح على التنبؤات الجوية ، وعمليات الطيران والنقل البحري ، ومشاريع البناء ، ومعدلات نمو واستقلاب العديد من أنواع النباتات، ولها آثار أخرى لا حصر لها. ^{[ 1 ]} عادةً ما يكون اتجاه الرياح موازياً تقريباً لخطوط تساوي الضغط الجوي (وليس عمودياً عليها كما قد يتوقع المرء)، وذلك بسبب دوران الأرض .

المتر في الثانية (م/ث) هي وحدة النظام الدولي للوحدات لقياس السرعة، وهي الوحدة التي توصي بها المنظمة العالمية للأرصاد الجوية للإبلاغ عن سرعات الرياح، وتُستخدم، من بين أمور أخرى، في التنبؤات الجوية في دول الشمال الأوروبي . ^{[ 2 ]} ومنذ عام 2010، توصي منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) أيضًا باستخدام المتر في الثانية للإبلاغ عن سرعة الرياح عند الاقتراب من مدارج الطائرات ، بدلاً من توصيتها السابقة باستخدام الكيلومترات في الساعة (كم/س). ^{[ 3 ]}

لأسباب تاريخية، تُستخدم أحيانًا وحدات أخرى لقياس سرعة الرياح، مثل الميل في الساعة (mph) والعقدة (kn) ^{[ 4 ]} والقدم في الثانية (ft/s). تاريخيًا، صُنفت سرعات الرياح أيضًا باستخدام مقياس بوفورت ، الذي يعتمد على الملاحظات البصرية لتأثيرات الرياح المحددة في البحر أو على اليابسة.

تتأثر سرعة الرياح بعدة عوامل وظروف، تعمل على نطاقات متفاوتة (من النطاقات الميكروية إلى النطاقات الماكروية). وتشمل هذه العوامل تدرج الضغط ، وموجات روسبي ، والتيارات النفاثة ، والظروف الجوية المحلية. كما توجد روابط بين سرعة الرياح واتجاهها ، لا سيما مع تدرج الضغط وظروف التضاريس.

يُعرّف تدرج الضغط بأنه الفرق في ضغط الهواء بين نقطتين في الغلاف الجوي أو على سطح الأرض. وهو عاملٌ حاسمٌ في سرعة الرياح، فكلما زاد الفرق في الضغط، زادت سرعة تدفق الرياح (من الضغط المرتفع إلى الضغط المنخفض) لموازنة هذا التغير. كما يؤثر تدرج الضغط، عند اقترانه بتأثير كوريوليس والاحتكاك ، على اتجاه الرياح .

موجات روسبي هي رياح قوية في طبقة التروبوسفير العليا . وتنتشر هذه الموجات على نطاق عالمي وتتحرك من الغرب إلى الشرق (ومن هنا جاءت تسميتها بالرياح الغربية ). وتختلف سرعة الرياح في موجات روسبي عن تلك الموجودة في طبقة التروبوسفير السفلى .

تلعب الظروف الجوية المحلية دورًا رئيسيًا في التأثير على سرعة الرياح، حيث أن تشكل الأعاصير والرياح الموسمية والعواصف الاستوائية كظروف جوية شاذة يمكن أن يؤثر بشكل كبير على سرعة تدفق الرياح.

يُعد مقياس سرعة الرياح أحد الأدوات المستخدمة لقياس سرعة الرياح. ^{[ 15 ]} وهو جهاز يتكون من عمود رأسي وثلاثة أو أربعة أكواب مقعرة، ويلتقط مقياس سرعة الرياح الحركة الأفقية لجزيئات الهواء (سرعة الرياح).

على عكس مقاييس سرعة الرياح التقليدية ذات الأكواب والريش، لا تحتوي مستشعرات الرياح فوق الصوتية على أجزاء متحركة، ولذلك تُستخدم لقياس سرعة الرياح في التطبيقات التي تتطلب أداءً لا يحتاج إلى صيانة، مثل تلك المثبتة على توربينات الرياح. وكما يوحي الاسم، تقيس مستشعرات الرياح فوق الصوتية سرعة الرياح باستخدام الصوت عالي التردد. يتكون مقياس سرعة الرياح فوق الصوتي من زوجين أو ثلاثة أزواج من أجهزة إرسال واستقبال الصوت. يُرسل كل جهاز إرسال باستمرار صوتًا عالي التردد إلى جهاز الاستقبال الخاص به. تقيس الدوائر الإلكترونية الداخلية الوقت الذي يستغرقه الصوت للانتقال من كل جهاز إرسال إلى جهاز الاستقبال المقابل. وبحسب اتجاه الرياح، تتأثر بعض حزم الصوت أكثر من غيرها، مما يؤدي إلى إبطائها أو تسريعها بشكل طفيف. تقيس الدوائر الفرق في سرعات الحزم وتستخدمه لحساب سرعة الرياح. ^{[ 16 ]}

تُعدّ مستشعرات الرياح بالرنين الصوتي نوعًا من مستشعرات الموجات فوق الصوتية. فبدلًا من استخدام قياس زمن انتقال الموجة، تستخدم هذه المستشعرات موجات صوتية رنانة داخل تجويف صغير مُصمّم خصيصًا لهذا الغرض. ويحتوي هذا التجويف على مجموعة من محولات الطاقة فوق الصوتية ، التي تُستخدم لإنشاء أنماط موجات مستقرة منفصلة بترددات فوق صوتية. وعندما تمر الرياح عبر التجويف، يحدث تغيير في خصائص الموجة (انزياح الطور). ومن خلال قياس مقدار انزياح الطور في الإشارات المُستقبلة بواسطة كل محول طاقة، ثم معالجة البيانات رياضيًا، يستطيع المستشعر توفير قياس أفقي دقيق لسرعة الرياح واتجاهها. ^{[ 17 ]}

من الأدوات الأخرى المستخدمة لقياس سرعة الرياح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المقترن بأنبوب بيتوت . يُستخدم أنبوب بيتوت ، وهو أداة لقياس سرعة تدفق السوائل، بشكل أساسي لتحديد سرعة الهواء في الطائرات.

تُعد سرعة الرياح عاملاً شائعاً في تصميم المنشآت والمباني حول العالم، وغالباً ما تكون العامل الحاسم في تحديد قوة التحمل الجانبية المطلوبة لتصميم المنشأة.

في الولايات المتحدة، يُشار غالبًا إلى سرعة الرياح المستخدمة في التصميم باسم "هبة رياح لمدة 3 ثوانٍ"، وهي أعلى هبة رياح مستمرة خلال فترة 3 ثوانٍ، باحتمالية تجاوزها سنويًا بنسبة 1 من 50 (ASCE 7-05، المُحدَّثة إلى ASCE 7-16). ^{[ 18 ]} وتُعتمد سرعة الرياح هذه في معظم قوانين البناء في الولايات المتحدة، وغالبًا ما تُحدِّد التصميم الجانبي للمباني والمنشآت.

في كندا، تُستخدم ضغوط الرياح المرجعية في التصميم، وتستند إلى متوسط ​​سرعة الرياح الساعية باحتمالية تجاوزها مرة واحدة من كل 50 مرة في السنة. ويتم حساب ضغط الرياح المرجعي q باستخدام المعادلة q = ρ v ² / 2 ، حيث ρ هي كثافة الهواء و v هي سرعة الرياح. ^{[ 19 ]}

تاريخياً، تم الإبلاغ عن سرعات الرياح باستخدام فترات زمنية مختلفة لحساب المتوسط ​​(مثل أسرع ميل، وهبات الرياح لمدة 3 ثوانٍ، ودقيقة واحدة، ومتوسط ​​الساعة)، وهو ما قد يتعين على المصممين مراعاته. ولتحويل سرعات الرياح من فترة زمنية إلى أخرى، تم تطوير منحنى دورست، الذي يحدد العلاقة بين أقصى سرعة رياح محتملة محسوبة على مدى عدد معين من الثواني ومتوسط ​​سرعة الرياح على مدى ساعة واحدة. ^{[ 20 ]}

• الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (الجهة التي أصدرت معيار ASCE 7-05، والإصدار الحالي هو ASCE 7-16)
• مقياس بوفورت
• مقياس فوجيتا ومقياس فوجيتا المحسن
• قانون البناء الدولي (مُصدر قانون البناء الوطني لعام 2005)
• توصيات منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) – النظام الدولي للوحدات
• عقدة (وحدة)
• الرياح السائدة
• مقياس سافير-سيمبسون للأعاصير
• مقياس TORRO
• اتجاه الرياح

• وسائط متعلقة بسرعة الرياح على ويكيميديا ​​كومنز