En meteorología , la velocidad del viento , o velocidad del flujo del viento , es una cantidad atmosférica fundamental provocada por el paso del aire de alta a baja presión , generalmente debido a cambios de temperatura. La velocidad del viento ahora se mide comúnmente con un anemómetro .
La velocidad del viento afecta el pronóstico del tiempo , las operaciones marítimas y de aviación , los proyectos de construcción , las tasas de crecimiento y metabolismo de muchas especies de plantas y muchas otras implicaciones. [2] La dirección del viento suele ser casi paralela a las isobaras (y no perpendicular, como cabría esperar), debido a la rotación de la Tierra .
El metro por segundo (m/s) es la unidad SI para velocidad y la unidad recomendada por la Organización Meteorológica Mundial para informar la velocidad del viento, y se utiliza, entre otras cosas, en los pronósticos meteorológicos en los países nórdicos . [3] Desde 2010, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) también recomienda metros por segundo para informar la velocidad del viento al acercarse a las pistas , reemplazando su recomendación anterior de usar kilómetros por hora (km/h). [4]
Por razones históricas, a veces también se utilizan otras unidades como millas por hora (mph), nudos (kn), [5] y pies por segundo (ft/s) para medir la velocidad del viento. Históricamente, las velocidades del viento también se han clasificado utilizando la escala de Beaufort , que se basa en observaciones visuales de efectos del viento específicamente definidos en el mar o en tierra.
La velocidad del viento se ve afectada por una serie de factores y situaciones, que operan en diferentes escalas (desde la micro hasta la macroescala). Estos incluyen el gradiente de presión , las ondas de Rossby , las corrientes en chorro y las condiciones climáticas locales. También se pueden encontrar vínculos entre la velocidad y la dirección del viento , en particular con el gradiente de presión y las condiciones del terreno.
El gradiente de presión describe la diferencia de presión del aire entre dos puntos de la atmósfera o de la superficie de la Tierra. Es vital para la velocidad del viento, porque cuanto mayor es la diferencia de presión, más rápido fluye el viento (de la presión alta a la baja) para equilibrar la variación. El gradiente de presión, cuando se combina con el efecto Coriolis y la fricción , también influye en la dirección del viento .
Las ondas de Rossby son vientos fuertes en la troposfera superior . Estos operan a escala global y se mueven de oeste a este (de ahí que se los conozca como vientos del oeste ). Las ondas de Rossby tienen en sí mismas una velocidad del viento diferente a la que se experimenta en la troposfera inferior .
Las condiciones climáticas locales desempeñan un papel clave a la hora de influir en la velocidad del viento, ya que la formación de huracanes , monzones y ciclones como condiciones climáticas anormales pueden afectar drásticamente la velocidad del flujo del viento. [ cita necesaria ]
La velocidad del viento más rápida jamás registrada sin relación con los tornados se produjo durante el paso del ciclón tropical Olivia el 10 de abril de 1996: una estación meteorológica automática en la isla Barrow , Australia , registró una ráfaga de viento máxima de 113,3 m/s (408 km/h; 253 mph; 220,2 kn; 372 pies/s) [6] [7] La ráfaga de viento fue evaluada por el Panel de Evaluación de la OMM, quien encontró que el anemómetro estaba mecánicamente en buen estado y que la ráfaga estaba dentro de la probabilidad estadística y ratificó la medición en 2010. El anemómetro se montó a 10 m sobre el nivel del suelo (y por tanto a 64 m sobre el nivel del mar). Durante el ciclón, se registraron varias ráfagas extremas de más de 83 m/s (300 km/h; 190 mph; 161 kn; 270 ft/s), con una velocidad media máxima de 5 minutos de 49 m/s (180 km /h; 110 mph; 95 nudos; 160 pies/s); el factor de ráfaga extrema fue del orden de 2,27 a 2,75 veces la velocidad media del viento. El patrón y las escalas de las ráfagas sugieren que un mesovórtice estaba incrustado en la ya fuerte pared del ojo del ciclón. [6]
Actualmente [ a partir de? ] , la segunda velocidad del viento en superficie más alta jamás registrada oficialmente es 103,266 m/s (371,76 km/h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 pies/s) en el Observatorio Mount Washington (New Hampshire) 1.917 m (6.288 pies) arriba nivel del mar en los EE. UU. el 12 de abril de 1934, utilizando un anemómetro de hilo caliente . El anemómetro, diseñado específicamente para su uso en el Monte Washington, fue probado posteriormente por la Oficina Meteorológica Nacional de EE. UU. y confirmó su precisión. [8]
Las velocidades del viento dentro de ciertos fenómenos atmosféricos (como los tornados ) pueden exceder con creces estos valores, pero nunca se han medido con precisión. Rara vez se mide directamente estos vientos de tornado, ya que el viento violento destruiría los instrumentos. Un método para estimar la velocidad es utilizar Doppler sobre ruedas o radares Doppler móviles para medir la velocidad del viento de forma remota. [9] Usando este método, un radar móvil ( RaXPol ) propiedad y operado por la Universidad de Oklahoma registró vientos de hasta 150 metros por segundo (340 mph; 540 km/h) dentro del tornado de El Reno de 2013 , marcando los vientos más rápidos jamás vistos. observado por radar en la historia. [10] En 1999, un radar móvil midió vientos de hasta 135 m/s (490 km/h; 300 mph; 262 nudos; 440 pies/s) durante el tornado Bridge Creek-Moore de 1999 en Oklahoma el 3 de mayo, [11 ] aunque también se ha citado otra cifra de 142 m/s (510 km/h; 320 mph; 276 nudos; 470 pies/s) para el mismo tornado. [12] Otro número más utilizado por el Centro de Investigación de Condiciones Meteorológicas Severas para esa medición es 135 ± 9 m/s (486 ± 32 km/h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 nudos; 443 ± 30 pies/s). [13] Sin embargo, las velocidades medidas por el radar meteorológico Doppler no se consideran registros oficiales. [12]
Las velocidades del viento pueden ser mucho mayores en los exoplanetas . Los científicos de la Universidad de Warwick determinaron en 2015 que HD 189733b tiene vientos de 2.400 m/s (8.600 km/h; 4.700 nudos). En un comunicado de prensa, la Universidad anunció que los métodos utilizados para medir la velocidad del viento de HD 189733b podrían usarse para medir la velocidad del viento en exoplanetas similares a la Tierra. [14]
Un anemómetro es una de las herramientas utilizadas para medir la velocidad del viento. [15] El anemómetro, un dispositivo que consta de un pilar vertical y tres o cuatro copas cóncavas, capta el movimiento horizontal de las partículas de aire (velocidad del viento).
A diferencia de los anemómetros tradicionales de copa y paletas, los sensores de viento ultrasónicos no tienen partes móviles y, por lo tanto, se utilizan para medir la velocidad del viento en aplicaciones que requieren un rendimiento sin mantenimiento, como encima de turbinas eólicas. Como sugiere el nombre, los sensores de viento ultrasónicos miden la velocidad del viento mediante sonido de alta frecuencia. Un anemómetro ultrasónico tiene dos o tres pares de transmisores y receptores de sonido. Cada transmisor transmite constantemente sonido de alta frecuencia a su receptor. Los circuitos electrónicos de su interior miden el tiempo que tarda el sonido en hacer su recorrido desde cada transmisor hasta el receptor correspondiente. Dependiendo de cómo sople el viento, algunos de los haces sonoros se verán afectados más que otros, ralentizándolo o acelerándolo muy ligeramente. Los circuitos miden la diferencia de velocidades de los haces y la utilizan para calcular a qué velocidad sopla el viento. [dieciséis]
Los sensores de viento por resonancia acústica son una variante del sensor ultrasónico. En lugar de utilizar la medición del tiempo de vuelo, los sensores de resonancia acústica utilizan ondas acústicas resonantes dentro de una pequeña cavidad especialmente diseñada. Integrado en la cavidad hay una serie de transductores ultrasónicos , que se utilizan para crear patrones de ondas estacionarias separados en frecuencias ultrasónicas. A medida que el viento pasa a través de la cavidad, se produce un cambio en la propiedad de la onda (cambio de fase). Al medir la cantidad de cambio de fase en las señales recibidas por cada transductor y luego al procesar matemáticamente los datos, el sensor puede proporcionar una medición horizontal precisa de la velocidad y dirección del viento. [17]
Otra herramienta utilizada para medir la velocidad del viento incluye un GPS combinado con un tubo de Pitot . [ cita necesaria ] Una herramienta de velocidad del flujo de fluido, el tubo de Pitot se utiliza principalmente para determinar la velocidad del aire de una aeronave.
La velocidad del viento es un factor común en el diseño de estructuras y edificios en todo el mundo. A menudo es el factor que rige la resistencia lateral requerida en el diseño de una estructura.
En los Estados Unidos, la velocidad del viento utilizada en el diseño a menudo se denomina "ráfaga de 3 segundos", que es la ráfaga sostenida más alta durante un período de 3 segundos y tiene una probabilidad de ser excedida por año de 1 en 50 (ASCE 7-05, actualizado a ASCE 7-16). [18] Esta velocidad del viento de diseño es aceptada por la mayoría de los códigos de construcción en los Estados Unidos y a menudo gobierna el diseño lateral de edificios y estructuras.
En Canadá, las presiones del viento de referencia se utilizan en el diseño y se basan en la velocidad del viento "media horaria" que tiene una probabilidad de ser excedida por año de 1 en 50. La presión del viento de referencia q se calcula usando la ecuación q = ρv 2/2 , donde ρ es la densidad del aire y v es la velocidad del viento. [19]
Históricamente, las velocidades del viento se han informado con una variedad de tiempos promedio (como la milla más rápida, ráfagas de 3 segundos, 1 minuto y hora media) que los diseñadores deben tener en cuenta. Para convertir las velocidades del viento de un tiempo promedio a otro, se desarrolló la curva de Durst, que define la relación entre la velocidad máxima probable del viento promediada durante un cierto número de segundos y la velocidad media del viento durante una hora. [20]
Medios relacionados con la velocidad del viento en Wikimedia Commons