Vitesse du vent - Wind speed

Un anémomètre est couramment utilisé pour mesurer la vitesse du vent.

En météorologie , la vitesse du vent , ou vitesse d'écoulement du vent , est une quantité atmosphérique fondamentale causée par le déplacement de l'air des hautes aux basses pressions , généralement en raison de changements de température. La vitesse du vent est maintenant couramment mesurée avec un anémomètre .

La vitesse du vent affecte les prévisions météorologiques , les opérations aériennes et maritimes , les projets de construction , la croissance et le taux de métabolisme de nombreuses espèces végétales, et a d'innombrables autres implications. Notez que la direction du vent est généralement presque parallèle aux isobares (et non perpendiculaire, comme on pourrait s'y attendre), en raison de la rotation de la Terre .

Unités

Le mètre par seconde (m/s) est l' unité SI pour la vitesse et l'unité recommandée par l' Organisation météorologique mondiale pour rapporter la vitesse du vent, et est entre autres utilisée dans les prévisions météorologiques dans les pays nordiques . Depuis 2010, l' Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) recommande également des mètres par seconde pour signaler la vitesse du vent à l'approche des pistes , remplaçant leur ancienne recommandation d'utiliser des kilomètres par heure (km/h). Pour des raisons historiques, d'autres unités telles que les miles par heure (mph), les nœuds (kn) ou les pieds par seconde (ft/s) sont également parfois utilisées pour mesurer la vitesse du vent. Historiquement, les vitesses du vent ont également été classées à l'aide de l' échelle de Beaufort , qui est basée sur des observations visuelles d'effets du vent spécifiquement définis en mer ou sur terre.

Facteurs affectant la vitesse du vent

La vitesse du vent est affectée par un certain nombre de facteurs et de situations, opérant à différentes échelles (de la micro à la macro). Ceux-ci incluent le gradient de pression , les vagues et les courants-jets de Rossby , et les conditions météorologiques locales. Il existe également des liens entre la vitesse et la direction du vent , notamment avec le gradient de pression et les conditions du terrain.

Le gradient de pression est un terme décrivant la différence de pression atmosphérique entre deux points de l'atmosphère ou à la surface de la Terre. Elle est vitale pour la vitesse du vent, car plus la différence de pression est grande, plus le vent souffle rapidement (de la haute à la basse pression) pour équilibrer la variation. Le gradient de pression, lorsqu'il est combiné à l' effet Coriolis et au frottement , influence également la direction du vent .

Les vagues de Rossby sont des vents forts dans la haute troposphère . Ceux-ci opèrent à l'échelle mondiale et se déplacent d'ouest en est (d'où le nom de Westerlies ). Les vagues de Rossby sont elles-mêmes une vitesse de vent différente de celle que nous connaissons dans la basse troposphère .

Les conditions météorologiques locales jouent un rôle clé dans l'influence de la vitesse du vent, car la formation d' ouragans , de moussons et de cyclones en tant que conditions météorologiques exceptionnelles peut affecter considérablement la vitesse d'écoulement du vent.

Vitesse la plus élevée

L'anémomètre original qui a mesuré le grand vent en 1934 à l'observatoire du mont Washington

La vitesse du vent la plus rapide non liée aux tornades jamais enregistrée a été enregistrée lors du passage du cyclone tropical Olivia le 10 avril 1996 : une station météorologique automatique sur l'île de Barrow , en Australie , a enregistré une rafale de vent maximale de 113,3 m/s (408 km/h ; 253 mph ; 220,2 kn ; 372 ft/s) La rafale de vent a été évaluée par le groupe d'évaluation de l'OMM qui a constaté que l'anémomètre était mécaniquement solide et que la rafale était dans la probabilité statistique et a ratifié la mesure en 2010. L'anémomètre a été monté à 10 m au-dessus du sol (et donc à 64 m au-dessus du niveau de la mer). Pendant le cyclone, plusieurs rafales extrêmes de plus de 83 m/s (300 km/h; 190 mph; 161 kn; 270 ft/s) ont été enregistrées, avec une vitesse moyenne maximale sur 5 minutes de 49 m/s (180 km /h; 110 mph; 95 kn; 160 ft/s) le facteur de rafale extrême était de l'ordre de 2,27 à 2,75 fois la vitesse moyenne du vent. Le motif et les écailles des rafales suggèrent qu'un mésovortex était incrusté dans le mur oculaire déjà fort du cyclone.

Actuellement, la deuxième vitesse de vent de surface la plus élevée jamais enregistrée officiellement est de 103,266 m/s (371,76 km/h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 pi/s) à l' observatoire du mont Washington (New Hampshire) à 1 917 m (6 288 pi) au-dessus niveau de la mer aux États-Unis le 12 avril 1934, à l'aide d'un anémomètre à fil chaud . L'anémomètre, spécialement conçu pour être utilisé sur le mont Washington, a ensuite été testé par le National Weather Bureau des États- Unis et a confirmé son exactitude.

Les vitesses du vent au sein de certains phénomènes atmosphériques (comme les tornades ) peuvent largement dépasser ces valeurs mais n'ont jamais été mesurées avec précision. La mesure directe de ces vents tornadiques est rarement effectuée car le vent violent détruirait les instruments. Une méthode d'estimation de la vitesse consiste à utiliser le Doppler sur roues pour détecter à distance la vitesse du vent et, en utilisant cette méthode, le chiffre de 135 m/s (490 km/h ; 300 mph ; 262 kn ; 440 ft/s) pendant la 1999 La tornade Bridge Creek-Moore dans l' Oklahoma le 3 mai 1999 est souvent citée comme la vitesse de vent de surface la plus élevée enregistrée, bien qu'un autre chiffre de 142 m/s (510 km/h ; 320 mph ; 276 kn ; 470 ft/s) ait également été cité pour la même tornade. Encore un autre nombre utilisé par le Center for Severe Weather Research pour cette mesure est 135 ± 9 m/s (486 ± 32 km/h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 ft/s). Cependant, les vitesses mesurées par radar Doppler ne sont pas considérées comme des records officiels.

La vitesse du vent la plus rapide observée sur une exoplanète était HD 189733b , par des scientifiques de l'Université de Warwick en 2015, mesurée à 5 400 mph, soit 2 414 mètres par seconde. Dans un communiqué de presse, l'Université a annoncé que les méthodes utilisées pour mesurer la vitesse du vent de HD 189733b pourraient être utilisées pour mesurer la vitesse du vent sur des exoplanètes semblables à la Terre.

La mesure

Anémomètre moderne utilisé pour capturer la vitesse du vent.
Capteur de vent à résonance acoustique FT742-DM, l'un des instruments maintenant utilisés pour mesurer la vitesse du vent à l'observatoire du mont Washington

Un anémomètre est l'un des outils utilisés pour mesurer la vitesse du vent. Dispositif composé d'un pilier vertical et de trois ou quatre coupelles concaves, l'anémomètre capte le mouvement horizontal des particules d'air (vitesse du vent).

Contrairement aux anémomètres à coupelle et à ailettes traditionnels, les capteurs de vent à ultrasons n'ont pas de pièces mobiles et sont donc utilisés pour mesurer la vitesse du vent dans des applications qui nécessitent des performances sans entretien, comme sur le dessus des éoliennes. Comme son nom l'indique, les capteurs de vent à ultrasons mesurent la vitesse du vent à l'aide d'un son à haute fréquence. Un anémomètre à ultrasons possède deux ou trois paires d'émetteurs et de récepteurs sonores. Placez-le dans le vent et chaque émetteur émet en permanence un son haute fréquence vers son récepteur respectif. Les circuits électroniques à l'intérieur mesurent le temps qu'il faut au son pour faire son trajet de chaque émetteur au récepteur correspondant. Selon la façon dont le vent souffle, il affectera certains faisceaux sonores plus que d'autres, les ralentissant ou les accélérant très légèrement. Les circuits mesurent la différence de vitesse des faisceaux et l'utilisent pour calculer à quelle vitesse le vent souffle.

Les capteurs de vent à résonance acoustique sont une variante du capteur à ultrasons. Au lieu d'utiliser la mesure du temps de vol, les capteurs à résonance acoustique utilisent des ondes acoustiques résonantes dans une petite cavité spécialement conçue pour effectuer leur mesure de la vitesse du vent. Un réseau de transducteurs à ultrasons est intégré à la cavité, qui est utilisé pour créer les modèles d'ondes stationnaires séparés à des fréquences ultrasonores. Lorsque le vent traverse la cavité, un changement dans la propriété de la vague se produit (déphasage). En mesurant la quantité de déphasage dans les signaux reçus par chaque transducteur, puis en traitant mathématiquement les données, le capteur est capable de fournir une mesure horizontale précise de la vitesse et de la direction du vent.

Un autre outil utilisé pour mesurer la vitesse du vent comprend un GPS combiné à un tube de Pitot. Outil de vitesse d'écoulement des fluides, le tube de Pitot est principalement utilisé pour déterminer la vitesse de l'air d'un aéronef.

Conception de structures

Anémomètre sur une scène extérieure, pour mesurer la vitesse du vent

La vitesse du vent est un facteur commun dans la conception des structures et des bâtiments à travers le monde. C'est souvent le facteur déterminant dans la résistance latérale requise de la conception d'une structure.

Aux États-Unis, la vitesse du vent utilisée dans la conception est souvent appelée « rafale de 3 secondes » qui est la rafale soutenue la plus élevée sur une période de 3 secondes ayant une probabilité d'être dépassée par an de 1 sur 50 (ASCE 7 -05, mise à jour vers ASCE 7-16). Cette vitesse du vent de conception est acceptée par la plupart des codes du bâtiment aux États-Unis et régit souvent la conception latérale des bâtiments et des structures.

Au Canada, les pressions du vent de référence sont utilisées dans la conception et sont basées sur la vitesse du vent « horaire moyenne » ayant une probabilité d'être dépassée par an de 1 sur 50. La pression du vent de référence est calculée à l'aide de l'équation suivante : où est la densité de l'air et est la vitesse du vent.

Historiquement, les vitesses du vent ont été signalées avec une variété de temps moyens (tels que le kilomètre le plus rapide, la rafale de 3 secondes, 1 minute et la moyenne horaire) que les concepteurs peuvent devoir prendre en compte. Pour convertir les vitesses du vent d'un temps moyen à un autre, la courbe de Durst a été développée qui définit la relation entre la vitesse maximale probable du vent moyennée sur t secondes, V t , et la vitesse moyenne du vent sur une heure V 3600 .

Voir également

Les références

Liens externes