Velocidad del viento

En meteorología , la velocidad del viento , o velocidad del flujo del viento , es una magnitud atmosférica fundamental causada por el movimiento del aire desde una presión alta a una presión baja , generalmente debido a cambios en la temperatura. La velocidad del viento ahora se mide comúnmente con un anemómetro .

La velocidad del viento afecta el pronóstico del tiempo , las operaciones de aviación y marítimas , los proyectos de construcción , las tasas de crecimiento y metabolismo de muchas especies de plantas y otras innumerables implicaciones. ^[2] La dirección del viento suele ser casi paralela a las isobaras (y no perpendicular, como podría esperarse), debido a la rotación de la Tierra .

El metro por segundo (m/s) es la unidad del SI para la velocidad y la unidad recomendada por la Organización Meteorológica Mundial para informar sobre la velocidad del viento, y se utiliza, entre otros, 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 sobre la velocidad del viento al aproximarse a las pistas , reemplazando su recomendación anterior de utilizar 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 Beaufort , que se basa en observaciones visuales de efectos del viento específicamente definidos en el mar o en la tierra.

La velocidad del viento se ve afectada por diversos factores y situaciones que actúan en distintas escalas (desde la microescala hasta la macroescala). Entre ellos se incluyen el gradiente de presión , las ondas de Rossby , las corrientes en chorro y las condiciones meteorológicas 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 sea la diferencia de presión, más rápido fluirá el viento (de la zona de alta a la de baja presión) para compensar 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 vientos actúan a escala global y se desplazan de oeste a este (de ahí que se los conozca como vientos del oeste ). Las ondas de Rossby tienen una velocidad de viento diferente a la que se experimenta en la troposfera inferior .

Las condiciones climáticas locales juegan 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 requerida ]}

La velocidad del viento más rápida no relacionada con tornados jamás registrada fue 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 ft/s) ^{[6] [7]} La ​​ráfaga de viento fue evaluada por el Grupo de Evaluación de la OMM, que encontró que el anemómetro era mecánicamente sólido y que la ráfaga estaba dentro de la probabilidad estadística y ratificó la medición en 2010. El anemómetro estaba montado a 10 m sobre el nivel del suelo (y por lo 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 nudos; 270 pies/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 2,27–2,75 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 fecha de? ]} , la segunda velocidad del viento en superficie más alta jamás registrada oficialmente es de 103,266 m/s (371,76 km/h; 231,00 mph; 200,733 kn; 338,80 ft/s) en el Observatorio del Monte Washington (Nuevo Hampshire) a 1.917 m (6.288 ft) sobre el 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 los EE. UU. y se confirmó que era preciso. ^[8]

Las velocidades del viento en ciertos fenómenos atmosféricos (como los tornados ) pueden superar con creces estos valores, pero nunca se han medido con precisión. Rara vez se miden directamente estos vientos tornádicos, ya que el viento violento destruiría los instrumentos. Un método para estimar la velocidad es utilizar radares Doppler sobre ruedas o Doppler móviles para medir las velocidades del viento de forma remota. ^[9] Utilizando 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 El Reno de 2013 , lo que marca los vientos más rápidos jamás observados 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 utilizado por el Centro de Investigación de Clima Severo 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 . En 2015, los científicos de la Universidad de Warwick determinaron que HD 189733b tiene vientos de 2400 m/s (8600 km/h; 4700 nudos). En un comunicado de prensa, la Universidad anunció que los métodos utilizados para medir las velocidades del viento de HD 189733b podrían usarse para medir las velocidades del viento en exoplanetas similares a la Tierra. ^[14]

Un anemómetro es una de las herramientas utilizadas para medir la velocidad del viento. ^[15] Un dispositivo que consta de un pilar vertical y tres o cuatro copas cóncavas, el anemómetro captura el movimiento horizontal de las partículas de aire (velocidad del viento).

A diferencia de los anemómetros tradicionales de aspas y cazoletas, 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 en la parte superior de las turbinas eólicas. Como sugiere el nombre, los sensores de viento ultrasónicos miden la velocidad del viento utilizando sonido de alta frecuencia. Un anemómetro ultrasónico tiene dos o tres pares de transmisores y receptores de sonido. Cada transmisor emite constantemente sonido de alta frecuencia a su receptor. Los circuitos electrónicos en el interior miden el tiempo que tarda el sonido en hacer su viaje desde cada transmisor hasta el receptor correspondiente. Dependiendo de cómo sople el viento, algunos de los rayos de sonido se verán afectados más que los otros, ralentizándolos o acelerándolos muy ligeramente. Los circuitos miden la diferencia en las velocidades de los rayos y la utilizan para calcular la velocidad del viento. ^[16]

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 construida especialmente para este fin. En la cavidad hay una serie de transductores ultrasónicos integrados que se utilizan para crear patrones de ondas estacionarias independientes a frecuencias ultrasónicas. A medida que el viento pasa a través de la cavidad, se produce un cambio en las propiedades de la onda (desplazamiento de fase). Al medir la cantidad de desplazamiento de fase en las señales recibidas por cada transductor y luego procesar matemáticamente los datos, el sensor puede proporcionar una medición horizontal precisa de la velocidad y la dirección del viento. ^[17]

Otra herramienta utilizada para medir la velocidad del viento incluye un GPS combinado con un tubo de Pitot . ^{[ cita requerida ]} El tubo de Pitot , una herramienta de velocidad del flujo de fluido, 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 determinante en la resistencia lateral requerida para el diseño de una estructura.

En los Estados Unidos, la velocidad del viento utilizada en el diseño se conoce a menudo como "ráfaga de 3 segundos", que es la ráfaga sostenida más alta durante un período de 3 segundos que tiene una probabilidad de ser superada 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 rige el diseño lateral de edificios y estructuras.

En Canadá, las presiones de 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 utilizando 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 reportado con una variedad de tiempos promedio (como la milla más rápida, la ráfaga de 3 segundos, 1 minuto y la media por hora) que los diseñadores pueden tener que 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 una cierta cantidad de segundos y la velocidad media del viento durante una hora. ^[20]

• Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (promulgadora de la ASCE 7-05, la versión actual es la ASCE 7-16)
• Escala Beaufort
• Escala Fujita y escala Fujita mejorada
• Código Internacional de Edificación (promulgador del Código Nacional de Edificación 2005)
• Recomendaciones de la OACI – Sistema Internacional de Unidades
• Nudo (unidad)
• Viento predominante
• Escala de huracanes Saffir-Simpson
• Escala TORRO
• Dirección del viento

• Medios relacionados con Velocidad del viento en Wikimedia Commons