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Vento

Cos'è il vento?

In meteorologia, il vento è il movimento di un volume d'aria nell'atmosfera terrestre. Vengono misurate la velocità del vento e la direzione del vento, che sono indicate nelle seguenti unità:

Velocità:

  • Metro al secondo (m/s) è l'unità del SI per la velocità
  • Chilometri all'ora (km/h) è l'unità del sistema metrico
  • Miglia all'ora (mph) è l'unità utilizzata negli Stati Uniti e nel Regno Unito

Direzione:

  • Grado(°) è la direzione da cui parte il vento. Un vento meridionale soffia da sud a nord (direzione del vento = 180 °)

Come viene misurato il vento?

Poiché il vento muove l'aria che ha una massa, può muovere oggetti: sfruttando questo principio sono stati creati vari strumenti che misurano la velocità del vento, detti anemometri. La velocità del vento può quindi essere determinata dalla velocità di un'elica. In alternativa, diversi dispositivi misurano la velocità del vento tramite la riflessione o la velocità delle onde (suono, luce) (vedere i metodi di misurazione).

I valori orari della velocità sono la media su campioni di 6 o 10 minuti. Questi intervalli di 10 minuti consistono in 4 misurazioni al secondo, che vengono aggregate a 10 minuti. Le velocità massime e minime derivano da intervalli di 3 secondi composti da 12 misurazioni individuali.

La direzione può essere determinata ad esempio da una banderuola, la cui direzione viene misurata ogni secondo. Viene quindi effettuata una media di 10 minuti e poi aggregati a valori orari.

Figure 1: Weather station in La Brévine, Switzerland

Come dovrebbe essere installato un anemometro?

Un anemometro deve essere posizionato su una superficie piana (l'erba tagliata in modo ottimale), dieci metri sopra il suolo secondo gli standard WMO. Non sono consentiti ostacoli di grandi dimensioni nelle vicinanze (alberi, edifici), poiché influiscono sulla circolazione dell'aria. La distanza di un ostacolo dall'anemometro deve essere almeno 4 volte l'altezza dell'oggetto.

La velocità del vento e la direzione del vento cambiano con l'aumentare dell'altitudine rispetto al suolo. Di conseguenza le torri anemometriche di solito hanno sensori del vento collegati a diverse altitudini (2m, 10m, 80m, ecc.).

Quali strumenti di misurazione sono usati?

Figure 2: Cup anemometer with <a href="http://www.peetbros.com/shop/custom.aspx?recid=14">wind vane</a>

I servizi meteorologici nazionali di solito utilizzano uno dei seguenti due dispositivi per misurare la velocità e la direzione del vento:

  • Un anemometro a coppetta con banderuola (figura 2)
  • Un anemometro ad ultrasuoni che misura sia la velocità del vento sia la direzione (figura 3)

Quali altri metodi di misurazione sono disponibili?

Un anemometro a coppa o ad elica misura la velocità del vento utilizzando la velocità circolare dell'unità. Questo include una banderuola, che misura la direzione del vento. Questi dispositivi sono i più comuni e spesso si vedono negli edifici privati. Le loro misurazioni sono relativamente accurate, ma hanno lo svantaggio di poter essere bloccate dalla polvere o in mare dal sale.

Figure 3: Ultrasonic anemometer

Altri anemometri (SODAR/LIDAR) eseguono le loro misurazioni utilizzando lo spostamento di frequenza Doppler. Questo cosiddetto effetto Doppler funziona come segue: se le onde sonore/luminose colpiscono una particella nell'aria che si muove verso il misuratore, l'onda riflessa avrà una frequenza più alta del segnale di uscita. Con l'aiuto di questo spostamento di frequenza è possibile calcolare sia la direzione del vento sia la velocità. Questi strumenti di misurazione hanno il vantaggio di poter creare un'immagine 3D delle correnti d'aria fino a 200 metri di altezza. Ciò è particolarmente utile quando si valutano le posizioni degli impianti eolici. Tuttavia, gli strumenti in caso di precipitazioni (pioggia, neve, ecc.) funzionano solo in modo limitato, in quanto le precipitazioni stesse riflettono le onde.

L'anemometro ad ultrasuoni misura il tempo che trascorre tra la trasmissione e la ricezione del segnale tra due recettori. Se il segnale ha vento favorevole, arriverà più velocemente della velocità del suono; se ha il vento contrario, sarà più lento. Poiché un ciclo di misurazione di questo dispositivo richiede solo circa 5ms, è possibile eseguire fino a 200 cicli di misurazione al secondo. Ciò rende possibile misurare le micro-circolazioni. Ma anche questo strumento non è affidabile in caso di precipitazioni.

Per velocità del vento molto elevate, ci sono anche anemometri di Pitot (tubi di Pitot). Questi misurano la differenza di pressione tra l'aria in entrata e la pressione normale.

Difficoltà di misurazione del vento

Il più grande problema con il vento è che ogni piccolo oggetto causa turbolenze. Anche una linea elettrica è sufficiente a far ruotare il vento per una certa distanza. Poiché i sensori del vento di solito richiedono un vento regolare e costante per fornire misurazioni accurate, la turbolenza non è desiderabile. Pertanto è tanto più importante che la misurazione del vento sia collocata in un luogo dove non ci siano ostacoli.

Nel caso degli anemometri a elica o a guscio, esiste anche il problema della contaminazione o del blocco da parte della polvere o vicino al mare dalla salsedine. Pertanto, devono essere sottoposti a manutenzione ad intervalli regolari. Inoltre, questi dispositivi hanno un certo ritardo nelle forti raffiche di vento, poiché i gusci devono prima accelerare e la velocità dell'elica non cambia immediatamente. Il problema più grande è la sovrastima della velocità dopo una raffica di vento, a causa del fatto che i dispositivi sono creati con il minor attrito possibile (per un'accelerazione rapida), quindi la riduzione della velocità dell'elica viene ritardata rispetto alla reale diminuzione della velocità del vento.

Quante stazioni di misurazione ci sono?

In Svizzera ci sono 155 stazioni di misurazione ufficiali di MeteoSwiss che misurano la velocità e la direzione del vento. Tuttavia, questo non è sufficiente per una rete di misurazione nazionale, dal momento che le Alpi rappresentano un grosso ostacolo alla circolazione dell'aria. Inoltre, ci sono molte piccole valli, ognuna delle quali ha un micro clima a parte che determina una circolazione del vento peculiare.

Secondo il WMO ci sono circa 14.000 stazioni meteorologiche in tutto il mondo, che vengono aggiornate quotidianamente. Una mappa di come queste stazioni meteorologiche sono distribuite può essere trovata nella sezione della Temperatura. Tuttavia, il sito web www.windfinder.com afferma di avere più di 20.400 stazioni in una rete.