Мы измеряем скорость ветра с помощью анемометров на протяжении веков, но недавние достижения позволили создавать более надежные и точные прогнозы погоды. Звуковые анемометры измеряют скорость ветра быстро и точно по сравнению с традиционными аналогами.
В центрах атмосферных исследований эти приборы часто используются при проведении плановых измерений или детальных исследований для составления точных прогнозов погоды для различных мест. Определенные условия окружающей среды могут ограничивать возможности проведения измерений, но для преодоления этих проблем можно внести определенные корректировки.
Анемометры появились в XV веке и с тех пор постоянно совершенствуются и развиваются. Традиционные анемометры, впервые разработанные в середине XIX века, используют круговое расположение чашек для измерения скорости ветра, соединенных с регистратором данных. В 1920-х годах их количество увеличилось до трех, что обеспечило более быструю и стабильную реакцию, помогающую измерять порывы ветра. Звуковые анемометры сейчас являются следующим шагом в прогнозировании погоды, обеспечивая большую точность и разрешение.
Ультразвуковые анемометры, разработанные в 1970-х годах, используют ультразвуковые волны для мгновенного измерения скорости ветра и определения того, ускоряются или замедляются ли звуковые волны, распространяющиеся между парой датчиков, под воздействием ветра.
В настоящее время они широко коммерциализированы и используются в самых разных целях и местах. Двумерные (скорость и направление ветра) ультразвуковые анемометры широко применяются на метеостанциях, в судоходстве, ветряных турбинах, авиации и даже в океане, на плавающих метеорологических буях.
Ультразвуковые анемометры позволяют проводить измерения с очень высоким временным разрешением, обычно от 20 Гц до 100 Гц, что делает их хорошо подходящими для измерения турбулентности. Скорости и разрешение в этих диапазонах позволяют проводить более точные измерения. Ультразвуковой анемометр — один из новейших метеорологических приборов на современных метеостанциях, и он даже важнее, чем флюгер, измеряющий направление ветра.
В отличие от традиционных аналогов, ультразвуковой анемометр не требует для работы движущихся частей. Он измеряет время, необходимое для распространения звукового импульса между двумя датчиками. Время определяется расстоянием между этими датчиками, а скорость звука зависит от температуры, давления и загрязняющих веществ в воздухе, таких как загрязнения, соль, пыль или туман.
Для передачи информации о скорости полета между датчиками каждый датчик поочередно выступает в роли передатчика и приемника, поэтому импульсы передаются между ними в обоих направлениях.
Скорость полета определяется на основе времени импульса в каждом направлении; устройство регистрирует трехмерную скорость, направление и угол ветра, размещая три пары датчиков на трех разных осях.
Центр атмосферных наук располагает шестнадцатью ультразвуковыми анемометрами, один из которых способен работать на частоте 100 Гц, два — на частоте 50 Гц, а остальные, большинство из которых работают на частоте 20 Гц, достаточно быстры для большинства операций.
Два прибора оснащены системой подогрева для предотвращения обледенения, предназначенной для использования в условиях гололеда. Большинство из них имеют аналоговые входы, позволяющие подключать дополнительные датчики, такие как датчики температуры, влажности, давления и следовых газов.
Звуковые анемометры использовались в таких проектах, как NABMLEX, для измерения скорости ветра на разных высотах, а компания Cityflux проводила различные измерения в разных частях города.
Команда проекта CityFlux, изучающая загрязнение городского воздуха, заявила: «Суть CityFlux заключается в одновременном изучении обеих проблем путем измерения скорости, с которой сильные ветры уносят твердые частицы из сети городских улиц, напоминающих «каньоны». Воздух над ними — это место, где мы живем и дышим. Место, которое может быть унесено ветром».
Звуковые анемометры — это новейшая крупная разработка в области измерения скорости ветра, повышающая точность прогнозов погоды и невосприимчивая к неблагоприятным условиям, таким как сильный дождь, которые могут создавать проблемы для традиционных приборов.
Более точные данные о скорости ветра помогают нам понимать предстоящие погодные условия и готовиться к повседневной жизни и работе.
Дата публикации: 13 мая 2024 г.