ความเร็วลม

ในทางอุตุนิยมวิทยาความเร็วลมหรือความเร็วการไหลของลม เป็นปริมาณพื้นฐานในชั้นบรรยากาศที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอากาศจาก บริเวณความดัน สูงไปยังบริเวณความดันต่ำซึ่งโดยปกติเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ปัจจุบันความเร็วลมมักวัดด้วยเครื่องวัดความเร็วลม(anemometer )
ความเร็วลมมีผลต่อการพยากรณ์อากาศการบินและการเดินเรือ โครงการ ก่อสร้าง อัตรา การเจริญเติบโตและการเผาผลาญของพืชหลายชนิด และมีผลกระทบอื่นๆ อีกมากมาย[ 1 ]ทิศทางลมมักจะเกือบขนานกับเส้นไอโซบาร์ (และไม่ตั้งฉากอย่างที่คาดไว้) เนื่องจากการหมุนของโลก
หน่วย
เมตรต่อวินาที (m/s) เป็นหน่วย SI สำหรับความเร็วและเป็นหน่วยที่ องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกแนะนำให้ใช้ในการรายงานความเร็วลม และใช้ในการพยากรณ์อากาศในประเทศกลุ่มนอร์ดิกเป็นต้น[ 2 ]ตั้งแต่ปี 2010 องค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) ก็แนะนำให้ใช้เมตรต่อวินาทีในการรายงานความเร็วลมเมื่อเข้าใกล้ทางวิ่งโดยแทนที่คำแนะนำเดิมที่ใช้กิโลเมตรต่อชั่วโมง (km/h) [ 3 ]
ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์ บางครั้งจึงมีการใช้หน่วยอื่นๆ เช่นไมล์ต่อชั่วโมง (mph) นอต (kn) [ 4 ]และฟุตต่อวินาที (ft/s) เพื่อวัดความเร็วลม ในอดีต ความเร็วลมยังถูกจำแนกโดยใช้ มาตราโบฟอร์ตซึ่งอิงจากการสังเกตด้วยสายตาเกี่ยวกับผลกระทบของลมที่กำหนดไว้โดยเฉพาะในทะเลหรือบนบก
ปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วลม
ความเร็วลมได้รับผลกระทบจากปัจจัยและสถานการณ์หลายประการ ซึ่งทำงานในระดับที่แตกต่างกัน (ตั้งแต่ระดับจุลภาคถึงระดับมหภาค) ปัจจัยเหล่านี้ได้แก่ความแตกต่างของความดันอากาศคลื่นรอสบีกระแสลมกรดและสภาพอากาศในท้องถิ่น นอกจากนี้ยังมีความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วลมและทิศทางลมโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับความแตกต่างของความดันอากาศและสภาพภูมิประเทศ
ความชันของความดันหมายถึงความแตกต่างของความดันอากาศระหว่างสองจุดในชั้นบรรยากาศหรือบนพื้นผิวโลก ความชันของความดันมีความสำคัญต่อความเร็วลม เพราะยิ่งความแตกต่างของความดันมากเท่าใด ลมก็จะยิ่งพัดเร็วขึ้นเท่านั้น (จากบริเวณความดันสูงไปยังบริเวณความดันต่ำ) เพื่อปรับสมดุลความแปรผันนั้น ความชันของความดัน เมื่อรวมกับผลของโคริโอลิสและแรงเสียดทาน แล้ว ยังส่งผล ต่อทิศทางลมอีกด้วย
คลื่นรอสบี (Rossby waves)คือลมแรงในชั้นบรรยากาศโทรโปสเฟียร์ ตอนบน ลมเหล่านี้เกิดขึ้นในระดับโลกและเคลื่อนที่จากทิศตะวันตกไปทิศตะวันออก (จึงเรียกว่าลมตะวันตก ) ความเร็วลมของคลื่นรอสบีนั้นแตกต่างจากความเร็วลมในชั้นบรรยากาศโทรโปสเฟียร์ตอน ล่าง
สภาพอากาศในท้องถิ่นมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความเร็วลม เนื่องจากพายุเฮอริเคนมรสุมและไซโคลนซึ่งเป็นสภาพอากาศผิดปกติ สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อความเร็วลมได้
ความเร็วสูงสุด
ไม่ใช่พายุทอร์นาโด
ความเร็วลมที่เร็วที่สุดที่ไม่เกี่ยวข้องกับพายุทอร์นาโดที่เคยบันทึกไว้คือระหว่างการผ่านของพายุหมุนเขตร้อนโอลิเวียเมื่อวันที่ 10 เมษายน 1996: สถานีตรวจวัดสภาพอากาศอัตโนมัติบนเกาะแบร์โรว์ประเทศออสเตรเลียบันทึกความเร็วลมกระโชก สูงสุด ที่113.3 ม./วินาที (408 กม./ชม.; 253 ไมล์/ชม.; 220.2 นอต; 372 ฟุต/วินาที) [ 5 ] [ 6 ]ความเร็วลมกระโชกนี้ได้รับการประเมินโดยคณะประเมินผลของ WMO ซึ่งพบว่าเครื่องวัดความเร็วลมมีสภาพทางกลที่ดี และความเร็วลมกระโชกอยู่ในช่วงความน่าจะเป็นทางสถิติ และรับรองการวัดในปี 2010 เครื่องวัดความเร็วลมติดตั้งอยู่ที่ระดับ 10 เมตรเหนือพื้นดิน (และสูงกว่าระดับน้ำทะเล 64 เมตร) ระหว่างพายุไซโคลน มีการบันทึกกระแสลมกระโชกแรงหลายครั้งที่มีความเร็วมากกว่า83 ม./วินาที (300 กม./ชม.; 190 ไมล์/ชม.; 161 นอต; 270 ฟุต/วินาที) โดยมีความเร็วเฉลี่ยสูงสุด 5 นาทีที่ 49 ม./วินาที (180 กม./ชม.; 110 ไมล์/ชม.; 95 นอต; 160 ฟุต/วินาที)ปัจจัยของกระแสลมกระโชกแรงสุดขีดอยู่ที่ประมาณ 2.27–2.75 เท่าของความเร็วลมเฉลี่ย รูปแบบและขนาดของกระแสลมกระโชกแรงบ่งชี้ว่ามีเมโซเวิร์นฝังตัวอยู่ในผนังตาของพายุไซโคลน ที่แข็งแกร่งอยู่แล้ว [ 5 ]
ลมกระโชกแรงที่ไม่ก่อให้เกิดพายุทอร์นาโดที่สูงเป็นอันดับสองและสามที่วัดได้โดยไม่คำนึงถึงความสูงจากพื้นผิวโลกนั้นมาจากพายุเฮอริเคนเมลิสซาในปี 2025และพายุไต้ฝุ่นเมกีในปี 2010โดยมีความเร็วลมกระโชกแรงสูงสุดที่วัดได้252 ไมล์ต่อชั่วโมง (406 กม./ชม.)และ248 ไมล์ต่อชั่วโมง (399 กม./ชม.)ตามลำดับ[ 7 ]
ปัจจุบันความเร็วลมพื้นผิวสูงสุดอันดับสองที่บันทึกไว้อย่างเป็นทางการคือ103.266 ม./วินาที (371.76 กม./ชม.; 231.00 ไมล์/ชม.; 200.733 นอต; 338.80 ฟุต/วินาที)ที่หอดูดาวเมาท์วอชิงตัน (นิวแฮมป์เชียร์) ซึ่งอยู่สูงจากระดับน้ำทะเล 1,917 เมตร (6,288 ฟุต)ในสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2477 โดยใช้เครื่องวัดความเร็วลมแบบลวดร้อนเครื่องวัดความเร็วลมนี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับใช้บนเมาท์วอชิงตัน ต่อมาได้รับการทดสอบโดยสำนักงานอุตุนิยมวิทยาแห่งชาติ ของสหรัฐอเมริกา และได้รับการยืนยันว่ามีความแม่นยำ[ 8 ]
พายุทอร์นาเดียก
ความเร็วลมภายในปรากฏการณ์ทางบรรยากาศบางอย่าง (เช่นพายุทอร์นาโด ) อาจเกินค่าเหล่านี้มาก แต่ไม่เคยมีการวัดอย่างแม่นยำ การวัดความเร็วลมของพายุทอร์นาโดโดยตรงนั้นทำได้ยาก เนื่องจากลมที่รุนแรงจะทำลายเครื่องมือ วิธีการประมาณความเร็วคือการใช้Doppler on Wheelsหรือเรดาร์ตรวจอากาศ Doppler แบบเคลื่อนที่ เพื่อวัดความเร็วลมจากระยะไกล[ 9 ]ด้วยวิธีนี้ เรดาร์เคลื่อนที่ ( RaXPol ) ที่มหาวิทยาลัยโอคลาโฮมา เป็นเจ้าของและดำเนินการ ได้ บันทึกความเร็วลมสูงถึง150 เมตรต่อวินาที (340 ไมล์ต่อชั่วโมง; 540 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)ภายในพายุทอร์นาโดเอลเรโนในปี 2013ซึ่งถือเป็นความเร็วลมที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยสังเกตได้ด้วยเรดาร์ในประวัติศาสตร์[ 10 ]ในปี พ.ศ. 2542 เรดาร์เคลื่อนที่วัดความเร็วลมได้สูงถึง135 ม./วินาที (490 กม./ชม.; 300 ไมล์/ชม.; 262 นอต; 440 ฟุต/วินาที)ระหว่างพายุทอร์นาโดบริดจ์ครีก-มัวร์ในปี พ.ศ. 2542ในโอคลาโฮมาเมื่อวันที่ 3 พฤษภาคม[ 11 ]แม้ว่าจะมีตัวเลขอีกตัวหนึ่งที่142 ม./วินาที (510 กม./ชม.; 320 ไมล์/ชม.; 276 นอต; 470 ฟุต/วินาที)ที่ถูกอ้างถึงสำหรับพายุทอร์นาโดลูกเดียวกันนี้[ 12 ]ตัวเลขอีกตัวหนึ่งที่ศูนย์วิจัยสภาพอากาศรุนแรงใช้สำหรับการวัดนั้นคือ135 ± 9 ม./วินาที (486 ± 32 กม./ชม.; 302 ± 20 ไมล์/ชม.; 262 ± 17 นอต; 443 ± 30 ฟุต/วินาที ) [ 13 ]อย่างไรก็ตาม ความเร็วที่วัดโดยเรดาร์ตรวจอากาศแบบดอปเปลอร์ไม่ถือเป็นบันทึกอย่างเป็นทางการ[ 12 ]
บนดาวเคราะห์ดวงอื่น
ความเร็วลมบน ดาวเคราะห์นอกระบบอาจสูงกว่ามากนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยวอร์วิกในปี 2015 ระบุว่าHD 189733bมีความเร็วลม2,400 เมตร/วินาที (8,600 กิโลเมตร/ชั่วโมง; 4,700 นอต)ในข่าวประชาสัมพันธ์ มหาวิทยาลัยประกาศว่าวิธีการที่ใช้ในการวัดความเร็วลมของ HD 189733b สามารถนำมาใช้ในการวัดความเร็วลมบนดาวเคราะห์นอกระบบที่คล้ายโลกได้[ 14 ]
การวัด


เครื่องวัดความเร็วลมเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ใช้ในการวัดความเร็วลม[ 15 ]เครื่องวัดความเร็วลมประกอบด้วยเสาแนวตั้งและถ้วยเว้าสามหรือสี่ใบ โดยจะจับการเคลื่อนที่ในแนวนอนของอนุภาคอากาศ (ความเร็วลม)
แตกต่างจากเครื่องวัดความเร็วลมแบบถ้วยและใบพัดแบบดั้งเดิม เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ จึงใช้ในการวัดความเร็วลมในงานที่ต้องการประสิทธิภาพที่ไม่ต้องบำรุงรักษา เช่น บนยอดกังหันลม ดังชื่อที่บ่งบอก เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกจะวัดความเร็วลมโดยใช้เสียงความถี่สูง เครื่องวัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกมีตัวส่งและตัวรับเสียงสองหรือสามคู่ ตัวส่งแต่ละตัวจะส่งเสียงความถี่สูงไปยังตัวรับอย่างต่อเนื่อง วงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในจะวัดเวลาที่เสียงใช้ในการเดินทางจากตัวส่งแต่ละตัวไปยังตัวรับที่เกี่ยวข้อง ขึ้นอยู่กับทิศทางลม ลำแสงเสียงบางส่วนจะได้รับผลกระทบมากกว่าส่วนอื่นๆ ทำให้ความเร็วลมลดลงหรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อย วงจรจะวัดความแตกต่างของความเร็วของลำแสงและใช้ในการคำนวณความเร็วลม[ 16 ]
เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบเรโซแนนซ์อะคูสติกเป็นรูปแบบหนึ่งของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก แทนที่จะใช้การวัดเวลาในการเดินทาง เซ็นเซอร์เรโซแนนซ์อะคูสติกจะใช้คลื่นเสียงที่สั่นพ้องภายในโพรงขนาดเล็กที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะ ภายในโพรงจะมีอาร์เรย์ของ ท รานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก ซึ่งใช้ในการสร้างรูปแบบคลื่นนิ่งที่แยกจากกันที่ความถี่อัลตราโซนิก เมื่อลมพัดผ่านโพรง คุณสมบัติของคลื่นจะเปลี่ยนแปลงไป (การเปลี่ยนเฟส) โดยการวัดปริมาณการเปลี่ยนเฟสในสัญญาณที่ได้รับจากทรานสดิวเซอร์แต่ละตัว จากนั้นโดยการประมวลผลข้อมูลทางคณิตศาสตร์ เซ็นเซอร์จึงสามารถให้การวัดความเร็วและทิศทางลมในแนวนอนที่แม่นยำได้[ 17 ]
เครื่องมืออีกอย่างที่ใช้ในการวัดความเร็วลม ได้แก่ GPS ที่ใช้ร่วมกับท่อพิโทต์ท่อพิโทต์เป็นเครื่องมือวัดความเร็วการไหลของของเหลวซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการกำหนดความเร็วลมของเครื่องบิน
การออกแบบโครงสร้าง
ความเร็วลมเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบโครงสร้างและอาคารทั่วโลก โดยมักเป็นปัจจัยหลักในการกำหนดความแข็งแรงด้านข้างที่จำเป็นสำหรับการออกแบบโครงสร้าง
ในสหรัฐอเมริกา ความเร็วลมที่ใช้ในการออกแบบมักเรียกว่า "ลมกระโชก 3 วินาที" ซึ่งเป็นลมกระโชกสูงสุดที่ต่อเนื่องในช่วงเวลา 3 วินาที โดยมีโอกาสเกิน 1 ใน 50 ต่อปี (ASCE 7-05 ปรับปรุงเป็น ASCE 7-16) [ 18 ]ความเร็วลมที่ใช้ในการออกแบบนี้ได้รับการยอมรับจากรหัสอาคารส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกา และมักใช้ควบคุมการออกแบบด้านข้างของอาคารและโครงสร้าง
ในแคนาดา ความดันลมอ้างอิงจะถูกนำมาใช้ในการออกแบบโดยอิงจากความเร็วลม "เฉลี่ยรายชั่วโมง" ซึ่งมีโอกาสเกิน 1 ใน 50 ต่อปีความดันลม อ้างอิง qคำนวณโดยใช้สมการq = ρ v 2 / 2โดยที่ρคือความหนาแน่นของอากาศและvคือความเร็วลม[ 19 ]
ในอดีต ความเร็วลมได้รับการรายงานโดยใช้ช่วงเวลาเฉลี่ยที่หลากหลาย (เช่น ความเร็วลมสูงสุดในหนึ่งไมล์, ลมกระโชกใน 3 วินาที, ลมกระโชกใน 1 นาที และความเร็วลมเฉลี่ยต่อชั่วโมง) ซึ่งนักออกแบบอาจต้องนำมาพิจารณาด้วย เพื่อแปลงความเร็วลมจากช่วงเวลาเฉลี่ยหนึ่งไปยังอีกช่วงเวลาหนึ่ง จึงได้มีการพัฒนาเส้นโค้งเดอร์สต์ขึ้น ซึ่งกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วลมสูงสุดที่เป็นไปได้โดยเฉลี่ยในช่วงเวลาไม่กี่วินาทีกับความเร็วลมเฉลี่ยในหนึ่งชั่วโมง[ 20 ]
ดูเพิ่มเติม
- สมาคมวิศวกรโยธาแห่งอเมริกา (ผู้ประกาศใช้มาตรฐาน ASCE 7-05 ปัจจุบันคือ ASCE 7-16)
- มาตราโบฟอร์ต
- มาตราฟูจิตะและมาตราฟูจิตะแบบปรับปรุง
- ประมวลกฎหมายอาคารระหว่างประเทศ (ผู้ประกาศใช้ประมวลกฎหมายอาคารแห่งชาติ ค.ศ. 2005)
- ข้อแนะนำของ ICAO – ระบบหน่วยสากล
- ปม (หน่วย)
- ลมประจำถิ่น
- มาตราส่วนพายุเฮอริเคนแซฟเฟอร์-ซิมป์สัน
- มาตราส่วนทอร์โร
- ทิศทางลม
ลิงก์ภายนอก
สื่อที่เกี่ยวข้องกับความเร็วลมใน Wikimedia Commons