Wiatr - rejestracja i sposoby notowania.

Wiatrem nazywamy poziomy ruch powietrza względem powierzchni Ziemi. Wiatr charakteryzuje się kierunkiem i predkością. Za kierunek uważamy tę stronę świata, z której wieje wiatr. Prędkość wiatru jest to odleglość, jaką przebywają czasteczki powietrza w jednostce czasu.

Obserwacje wiatru polegają na pomiarze jego prędkości i kierunków. Stacje meteorologiczne dokonują tych pomiarów w każdym cogodzinnym terminie obserwacji, a ponadto w przypadkach określonych kluczem STORM oraz w celu uzyskiwania informacji o przebiegu w ciągu doby średniej prędkości i porywów silnych wiatrów. Do pomiarów służą zdalne wiatromierze elektryczne i zastępczo wiatromierz Wilda. Na niektórych stacjach czynne sa również anemografy rejestrujące przebieg wiatru.

Kierunek i prędkości wiatru ustawicznie się zmieniają podlegając pewnym wahaniom. Dlatego w terminie obserwacji notujemy ich wartości uśrednione za okres 10 min poprzedzających dany termin. Gdy jednak w tym przedziale czasu gwałtownie się zmieni kierunek lub prędkość wiatru, zmieniony element uśredniamy od nowa.

Kierunek wiatru wyrażamy w całkowitych dziesiątkach stopni kąta, o który kierunek wiatru jest odchylony od południka geograficznego (od północy geograficznej), stosując 36-kierunkowa skale. Nazywamy ją różą wiatrów.

Cisze notujemy literą C. Wyniki pomiarów zaokrąglamy następująco: gdy nadwyżka ponad pełną dziesiątkę wynosi 1-4o odrzucamy ją, gdy zaś wynosi ona 5-9o notujemy liczbę dziesiątek bezpośrednio większa od wyniku pomiaru. Gdy kierunek wiatru mierzymy wiatromierzem Wilda lub oceniamy na podstawie reakcji niektórych przedmiotów na wiatr, określamy je na podstawie 16-kierunkowej róży wiatrów.

W symbolach nazw kierunków wiatru należy ściśle zachowywać kolejność liter: w symbolach 2-literowych kierunków bliższych północy na pierwszym miejscu znajduje się litera N, bliższych południa S. Symbole 3-literowe powstają przez umieszczenie przed 2-literowymi symbolu najbliższego kierunku głównego: N, E, S, W.

Wiatr zmienny Jeżeli podczas obserwacji kierunek wiatru zmienia się tak czesto, że nie można go uśrednic, zapisujemy kierunek przeważający. Gdy nawet w przybliżeniu nie można określić kierunku przeważającego, tzn. Występuje wiatr zmienny, wtedy notujemy dwie liczby klucza oznaczające kierunek wiatru: u góry 99 i pod nią liczbę odpowiadającą kierunkowi, który wystapił podczas obserwacji jako ostatni. Liczbę 99 podajemy w depeszy synoptycznej, drugą zaś wykorzystujemy do celów wymagających podania konkretnego kierunku wiatru, np. w Miesiecznym wykazie spostrzeżeń meteorologicznych, w maszynowym przetwarzaniu danych, w opracowaniach klimatologicznych itd.

Prędkość wiatru zapisujemy ją w całkowitych metrach na sekundę. Prędkości mniejsze od 10 m/s podajemy bez zera na początku, np. 4 (nie 04), ciszę notujemy liczbą 0.

Poryw wiatru jest to nagły wzrost jego prędkości przewyższający co najmniej o 5 m/s średnia prędkość wiatru za ostatnie 10 min i trwający nie dłużej niż 2 min. Jeżeli w czasie dokonywania pomiaru prędkości wiatru wieje wiatr porywisty, to oprócz prędkości średniej zapisujemy również maksymalny poryw, tj. największa chwilowa prędkość wiatru za 10-minutowy czas trwania obserwacji, bez względu na wielkość porywu. Jeżeli w tym czasie porywy nie występują, przeznaczone dla nich miejsce pozostaje puste.

W ogródku meteorologicznym przyrządy do pomiaru wiatru ustawia się od strony północnej. Wyjątkowo, w przypadku braku warunków do lepszego rozwiązania, przyrząd można ustawić na dachu budynku, umieszczając go na wysokości co najmniej 6 m. nad dachem i z dala od kominów.

W miejscu odległym od wysokich przedmiotów co najmniej o 10-krotna ich wysokość przyrząd umieszczamy na wysokości 10 m. nad gruntem; w mniej korzystnych warunkach otoczenia - odpowiednio wyżej. Wysokość umieszczenia przyrządu zawsze powinna przewyższać pobliskie budynki i inne wysokie przedmioty przynajmniej o 6 m.

Stosuje się słupy (maszty) kratowe z metalu, żelbetowe oraz rurowe. Słupy lżejsze trzeba usztywniać odciągaczami, które powinny być stale napięte, co regulujemy skręceniem ściągaczy w okresie letnim i rozkręceniem w okresie zimowym. Do słupa powinny być przymocowane włazy. Słup i pionowa część zainstalowanego na nim przyrządu powinna stać pionowo.

Zamocowana na słupie nieruchoma część przyrządu powinna być prawidłowo zorientowana, tzn. jej pręt kierunkowy (lub odpowiadający mu znak) powinien być zwrócony ku północy. Przyrząd orientujemy podczas instalowania go, przy czym wykonamy to najdokładniej posługując się linią południka. Trzeba wyznaczyć ją osobno dla każdego wiatromierza (anemografu).

W celu wytyczenia linii południowej obliczamy na którą godzinę i minutę czasu, według którego idzie zegarek obserwatora, przypada prawdziwe południe słoneczne. Z zegarkiem i uprzednio przygotowanym palem stajemy na cieniu słupa ustawionego pionowo i w momencie prawdziwego południa wbijamy w ziemie pal pośrodku jego szerokości. Linia południkowa przechodzi przez środki cienia i pala. Na jej przedłużeniu z południowej strony słupa wbijamy drugi pal.

W celu zorientowania przyrządu stajemy na linii południkowej przy palu z południowej strony słupa. Pionowa część przyrządu powinna zasłaniać jego pręt kierunkowy.

Prowizorycznie przyrząd można zorientować posługując się polowym kompasem lub busolą i uwzględniając zbocze igły magnetycznej. Szkolne kompasy są nieprzydatne.
Przyrząd umieszczony na słupie należy uziemić w celu zabezpieczenia się przed skutkami wyładowań atmosferycznych podczas burzy. Uziemienia wykonują zakłady mające wymagane uprawnienia.

Wiatromierz Wilda Wiatromierz Wilda należy do najprostszych przyrządów służących do pomiaru kierunków i prędkości wiatru. Chwilowe położenie jego wskaźników odpowiadają chwilowym kierunkom i prędkościom wiatru. Dla uzyskania średnich wartości za przyjęty czas obserwator ustala wzrokowo średnie położenie wskaźników przyrządu.

Pomiary wiatromierzem Wilda

Kierunek wiatru. Stajemy przy słupie wiatromierza pod przeciwwagą chorągiewki i w ciągu 2 min śledzimy jej ruchy względem prętów róży wiatrów, oceniamy średnie położenie przeciwwagi i zapisujemy właściwym skrótem kierunek odpowiadający temu położeniu. Jeżeli wyjątkowo wiatromierz umieszczony jest na dachu budynku, to kierunek wiatru określamy z takiej odległości, aby przyrząd był dobrze widoczny.
Prędkość wiatru. Należy odejść kilka metrów od słupa wiatromierza w kierunku prostopadłym do chorągiewki, w ciągu 2 min śledzić wahania płytki względem zębów na luku, zauważyć średnie wychylenie płytki w czasie tych 2 min, tj. numer zęba około którego, średnio biorąc, płytka wznosiła się i opadała albo numery dwóch sąsiednich zębów, gdy średnie wychylenie płytki przypadło w pobliżu środka miedzy nimi. Gdy wiatr jest porywisty, należy zauważyć również większe wychylenie płytki w ciągu tych samych 2 min i odpowiadająca mu prędkość zanotować jako maksymalny poryw wiatru.

Posługując się wiatromierzem Wilda trzeba uważać, aby nie został zanotowany numer zęba zamiast odpowiadającej mu prędkości wiatru. Nie można przy tym podawać takich prędkości, tj. następujących: 11, 13, 15, 16, 18, 19, 21 i więcej m/s.

Wiatry lokalne.
Wiatry fenowe

Fenem meteorolodzy przyjęli nazywać ciepłe i suche wiatry rozwijające w obszarach górskich. Przy napotkaniu bariery górskiej, powietrze jest zmuszone do wznoszenia się i następuje ochładzanie adiabatyczne. Jeśli wilgotność powietrza jest wystarczająco duża, to para wodna może ulec kondensacji tworząc kropelki wody. W niektórych przypadkach, jeśli temperatura jest wystarczająco niska i występują jądra zamarzania, mogą powstać kryształki lodu. W trakcie tworzenia chmury ciepło utajone zostaje uwolnione i proces ten częściowo ogranicza adiabatyczne ochładzanie wznoszonego się powietrza. Następnie temperatura powietrza obniża się wolniej, zgodnie z wilgotno-adiabatycznym gradientem temperatury. Uwolnienie ciepła utajonego jest jednym z podstawowych procesów prowadzących później do rozwoju wiatrów fenowych. W czasie wznoszenia się powietrza w chmurze orograficznej po nawietrznej stronie góry może wystąpić opad w postaci deszczu lub śniegu.

Wypadnięcie deszczu zmniejsza wilgotność powietrza kontynuującego przepływ na górę. Ten proces jest również istotny dla odpowiedniego rozwoju wiatru fenowego.

W trakcie wznoszenia się powietrza przy barierze górskiej zachodzą więc dwa istotne procesy. Ciepło utajone wyzwolone przy tworzeniu się chmury podtrzymuje energię cieplną wznoszącego się powietrza. Wypadnięcie kropelek wody lub kryształków lodu w postaci opadu czyni powietrze bardziej suchym niż było przed rozpoczęciem wznoszenia.

Powietrze spływające po zawietrznej stronie góry ogrzewa się na skutek adiabatycznego sprężania. Niektóre kropelki wyparowują i ochładzają powietrze, częściowo przeciwdziałając adiabatycznemu ogrzewaniu. Podstawa chmur po stronie zawietrznej występuje wyżej niż po nawietrznej stronie góry. Powietrze spływające poniżej poziomu chmury ogrzewa się z “szybkością” równą gradientowi sucho-adiabatycznemu. Temperatura w trakcie przepływu powietrza od wysokości podstawy chmury do podnóża zbocza szybko wzrasta. Obecnie powietrze u podnóża zbocza ma temperaturę wyższą niż miało przed rozpoczęciem przepływu przez górę. Ponieważ chmura po nawietrznej stronie gór y miała większą grubość, wobec tego więcej ciepła utajonego się tam uwolniło niż zostało później pochłonięte w czasie krótkiego okresu parowania przy opadaniu. Powietrze jest również bardziej suche, ponieważ pewna część pary wodnej przekształciła się w opad. Dlatego też wiatry fenowe osiągające niższe zbocza po stronie zawietrznej gór są wiatrami ciepłymi i suchymi.
Zmiany temperatury w czasie wiatru fenowego.

W celu zobrazowania zmian temperatury mogących zajść w czasie rozwoju wiatru fenowego przyjmijmy, że powietrze wznosi się na wysokość 3 km. Przyjmijmy, że podstawa chmury po stronie nawietrznej znajduje się na wysokości 1 km nad powierzchnią gruntu. Przypuśćmy, że podczas wznoszenia się powietrza występuje opad, i że podstawa chmur po stronie zawietrznej jest o 1 km wyżej niż po stronie nawietrznej góry. Przyjmijmy, że początkowa temperatura powie trza wynosi 20C, gradient sucho-adiabatyczny Ya=10 Ckm-1, a gradient wilgotno-adiabatyczny Yw=6 Ckm-1. Wówczas rysunek ilustruje zachodzące zmiany temperatury.

Nie wszystkie wiatry górskie wytwarzają efekt fenu. Jeśli powietrze jest zbyt suche by powstały chmury, to wznosi się ono ochładza zgodnie z gradientem sucho-adiabatycznym. Ogrzewanie przy spływie jest równe ochładzaniu przy wznoszeniu i temperatura osiąga z powrotem tę samą wartość. Jeśli powstaną chmury, lecz nie wystąpi opad, to podstawa chmur może być taka sama z obu stron góry. Jeżeli jednak wystąpił opad przy wznoszeniu się powietrza, to zmiany temperatury będą od wrotne do tych, jakie zachodzą przy wznoszeniu się powietrza. Temperatura końcowa będzie więc taka sama jak temperatura początkowa i wiatr fenowy nie powstanie.

Wiatry lokalne różnych typów są odpowiedzialne za wiele charakterystycznych cech pogody w miejscach, gdzie powierzchnia Ziemi nie jest jednorodna. Ich wpływy są często dość znaczne, szczególnie jeśli prowadzą do zapoczątkowania procesów atmosferycznych.

Wiatry dolinne (anabatyczne) są wytwarzane przez proces odwrotny do procesu generującego wiatr górski (katabatyczny, grec. iść w górę). Wiatr dolinny jest łagodnym strumieniem wstępującym wzdłuż zboczy wzgórz w piękny, ciepły dzień. W ciepły, bezchmurny dzień zbocza wzgórz ogrzewane przez promienie słoneczne osiągają wyższą temperaturę niż powietrze. Jednak powietrze w pobliżu powierzchni zbocza, przez styczność ze zboczem staje się cieplejsze niż powietrze na tym samym poziomie w atmosferze. Równowaga powietrza ciepłego staje się chwiejna, zaczyna się ono wznosić i jest zastępowane chłodniejszym o większej gęstości powietrzem z otoczenia. W miarę ruchu w górę zbocza, powietrze rozpręża się, gdyż wyżej panuje niższe ciśnienie. Adiabatyczne ochładzanie prowadzi do powstrzymania ruchów wstępujących. Jeśli nie jest równoważone ciągłym ogrzewaniem powietrza przez kontakt z cieplejszym zboczem.

Wiatry dolinne są na ogół dość słabe. Gradienty ciśnienia wytwarzane w wyniku różnic nagrzewania w ciepły słoneczny dzień mogą być duże. Jednak ruch powietrza w górę zbocza jest skierowany przeciwnie do siły ciężkości. Ogranicza to prędkość ruchu w stępującego po zboczu wzgórza

Wiatry górskie (katabatyczne)

W bezchmurne noce, powietrze często zaczyna spływać wzdłuż zboczy gór i wzgórz. Te prądy zstępujące stają się szczególnie widoczne, gdy powietrze porusza się ku dnu dolin rzecznych. Ten typ przepływu powietrza nazywa się wiatrem górskim (katabatycznym, grec. iść w dół). Wiatr rozwija się w nocy, gdy powierzchnia lądu traci ciepło przez wypromieniowanie. Gęstość powietrza ochłodzonego przez zetknięcie się z chłodną powierzchnią lądu staje się większa niż gęstość powietrza z otoczenia. Siła grawitacji działająca na nie jest względnie większa i stacza się ono na dół na niższy poziom.

Wiatry górskie są na ogół dość słabe. Jednak w niektórych sytuacjach mogą uzyskać dość dużą prędkość, jeśli zbocze jest strome i gładkie. Przypadek ten najczęściej występuje wówczas, gdy powierzchnia zbocza jest pokryta śniegiem lub lodem. Jeśli wzgórza leżą w pobliżu wybrzeża, to wiatr górski może być wzmocniony przez nocną bryzę lądową. Może to prowadzić do dość silnych wiatrów wiejących ku morzu.