Градиент ветра
Скорость увеличения силы ветра на единицу увеличения высоты

В общепринятом использовании градиент ветра , более конкретно градиент скорости ветра [1] или градиент скорости ветра [2] или, альтернативно, сдвиг ветра [3] — это вертикальная составляющая градиента средней горизонтальной скорости ветра в нижних слоях атмосферы . [4] Это скорость увеличения силы ветра с увеличением высоты над уровнем земли на единицу. [5] [6] В метрических единицах он часто измеряется в единицах скорости в метрах в секунду на километр высоты (м/с/км), что сокращает обратные миллисекунды  (мс −1 ), единицу, также используемую для скорости сдвига .

Простое объяснение

Поверхностное трение заставляет поверхностный ветер замедляться и поворачивать около поверхности Земли , дуя прямо в сторону низкого давления, по сравнению с ветрами в почти бесфрикционном потоке над поверхностью Земли. [7] Этот нижний слой, где поверхностное трение замедляет ветер и изменяет направление ветра, известен как планетарный пограничный слой . Дневной солнечный нагрев из-за инсоляции утолщает пограничный слой, поскольку воздух, нагретый при контакте с горячей поверхностью Земли, поднимается вверх и все больше смешивается с воздухом выше. Радиационное охлаждение в течение ночи постепенно отделяет ветры на поверхности от ветров над пограничным слоем, увеличивая вертикальный сдвиг ветра вблизи поверхности, также известный как градиент ветра.

Характеристика

Обычно из-за аэродинамического сопротивления в потоке ветра возникает градиент ветра, особенно в первых нескольких сотнях метров над поверхностью Земли — поверхностном слое планетарного пограничного слоя . Скорость ветра увеличивается с увеличением высоты над землей, начиная с нуля [ сомнительно — обсудим ] [6] из-за условия отсутствия скольжения . [8] Поток вблизи поверхности сталкивается с препятствиями, которые снижают скорость ветра и вносят случайные вертикальные и горизонтальные компоненты скорости под прямым углом к ​​основному направлению потока. [9] Эта турбулентность вызывает вертикальное смешивание между воздухом, движущимся горизонтально на разных уровнях, что влияет на рассеивание загрязняющих веществ , [1] пыли и взвешенных в воздухе частиц песка и почвы . [10]

Уменьшение скорости вблизи поверхности является функцией шероховатости поверхности. Профили скорости ветра совершенно различны для разных типов местности. [8] Неровная, неровная земля и искусственные препятствия на земле замедляют движение воздуха вблизи поверхности, снижая скорость ветра. [4] [11] Из-за относительно гладкой поверхности воды скорость ветра не уменьшается так сильно вблизи моря, как на суше. [12] Над городом или пересеченной местностью эффект градиента ветра может вызвать снижение геострофической скорости ветра на высоте на 40–50 %; в то время как над открытой водой или льдом снижение может составлять всего 20–30 %. [13] [14]

Для инженерных целей градиент ветра моделируется как простой сдвиг, демонстрирующий вертикальный профиль скорости, изменяющийся по степенному закону с постоянным экспоненциальным коэффициентом, основанным на типе поверхности. Высота над землей, где поверхностное трение оказывает незначительное влияние на скорость ветра, называется «высотой градиента», а скорость ветра выше этой высоты предполагается постоянной, называемой «скоростью градиентного ветра». [11] [15] [16] Например, типичные значения для прогнозируемой высоты градиента составляют 457 м для крупных городов, 366 м для пригородов, 274 м для открытой местности и 213 м для открытого моря. [17]

Хотя приближение экспоненты степенного закона удобно, оно не имеет теоретической основы. [18] Когда температурный профиль адиабатический , скорость ветра должна меняться логарифмически с высотой, [19] Измерения на открытой местности в 1961 году показали хорошее соответствие логарифмическому приближению до 100 м или около того, с почти постоянной средней скоростью ветра до 1000 м. [20]

Сдвиг ветра обычно трехмерен, [21] то есть, также происходит изменение направления между «свободным» геострофическим ветром, вызванным давлением, и ветром вблизи земли. [22] Это связано с эффектом спирали Экмана . Угол поперечной изобары отклоненного агеострофического потока вблизи поверхности колеблется от 10° над открытой водой до 30° над неровной холмистой местностью и может увеличиваться до 40°-50° над сушей ночью, когда скорость ветра очень низкая. [14]

После захода солнца градиент ветра вблизи поверхности увеличивается, с ростом стабильности. [23] Атмосферная стабильность, возникающая ночью с радиационным охлаждением, имеет тенденцию сдерживать турбулентные вихри по вертикали, увеличивая градиент ветра. [10] Величина градиента ветра в значительной степени зависит от высоты конвективного пограничного слоя, и этот эффект еще больше над морем, где нет суточного изменения высоты пограничного слоя, как над сушей. [24] В конвективном пограничном слое сильное перемешивание уменьшает вертикальный градиент ветра. [25]

Подразумеваемое

Инженерное дело

Проектирование зданий должно учитывать ветровые нагрузки, а на них влияет градиент ветра. Соответствующие уровни градиента, обычно принимаемые в строительных нормах, составляют 500 метров для городов, 400 метров для пригородов и 300 м для плоской открытой местности. [26] Для инженерных целей профиль скорости ветра по степенному закону может быть определен следующим образом: [11] [15] где: в з = в г ⋅ ( з з г ) 1 / α , 0 < з < з г {\displaystyle v_{z}=v_{g}\cdot \left({\frac {z}{z_{g}}}\right)^{1/\alpha },0<z<z_{g}}

  • в з {\displaystyle v_{z}} = скорость ветра на высоте з {\displaystyle z}
  • в г {\displaystyle v_{g}} = скорость ветра на высоте градиента з г {\displaystyle z_{g}}
  • α {\displaystyle \альфа} = экспоненциальный коэффициент

Ветровые турбины

Работа ветряной турбины зависит от градиента ветра. Вертикальные профили скорости ветра приводят к разным скоростям ветра на лопастях, ближайших к уровню земли, по сравнению со скоростями наверху хода лопасти, что приводит к асимметричной нагрузке. [27] Градиент ветра может создавать большой изгибающий момент в валу двухлопастной турбины, когда лопасти расположены вертикально. [28] Уменьшенный градиент ветра над водой означает, что в ветровых парках, которые размещаются в (мелких) морях, можно использовать более короткие и менее дорогие башни ветряных турбин. [12] Было бы предпочтительнее, чтобы ветряные турбины испытывались в аэродинамической трубе, имитирующей градиент ветра, который они в конечном итоге увидят, но это делается редко. [29]

Для ветротурбинной техники полиномиальное изменение скорости ветра с высотой можно определить относительно ветра, измеренного на опорной высоте 10 метров, как: [27] где:   в ж ( час ) = в 10 ⋅ ( час час 10 ) а {\displaystyle \ v_{w}(h)=v_{10}\cdot \left({\frac {h}{h_{10}}}\right)^{a}}

  • в ж ( час ) {\displaystyle v_{w}(h)} = скорость ветра [м/с] на высоте час {\displaystyle ч}
  • в 10 {\displaystyle v_{10}} = скорость ветра [м/с], на высоте = 10 метров час 10 {\displaystyle h_{10}}
  • а {\displaystyle а} = показатель степени Гельмана

Показатель Хеллмана зависит от расположения побережья и формы рельефа на земле, а также от устойчивости воздуха. Примеры значений показателя Хеллмана приведены в таблице ниже: [30]

Расположениеа
Нестабильный воздух над открытой водной поверхностью0,06
Нейтральный воздух над открытой водной поверхностью0.10
Неустойчивый воздух над плоским открытым побережьем0.11
Нейтральный воздух над ровным открытым побережьем0,16
Стабильный воздух над открытой водной поверхностью0,27
Нестабильный воздух над населенными пунктами0,27
Нейтральный воздух над населенными пунктами0,34
Устойчивый воздух над ровным открытым побережьем0,40
Стабильный воздух над населенными пунктами0,60

Скольжение

Эффект градиента ветра при запуске планера с земли.

В планировании градиент ветра влияет на фазы взлета и посадки планера . Градиент ветра может оказывать заметное влияние на запуски с земли . Если градиент ветра значительный или внезапный, или и то, и другое, и пилот сохраняет тот же угол тангажа, то указанная скорость полета увеличится, возможно, превысив максимальную скорость буксировки на земле. Пилот должен отрегулировать скорость полета, чтобы справиться с эффектом градиента. [31]

При посадке градиент ветра также представляет опасность, особенно при сильном ветре. [32] Когда планер снижается через градиент ветра на конечном этапе захода на посадку, скорость полета уменьшается, а скорость снижения увеличивается, и времени для ускорения до контакта с землей недостаточно. Пилот должен предвидеть градиент ветра и использовать более высокую скорость захода на посадку, чтобы компенсировать его. [33]

Градиент ветра также представляет опасность для самолетов, совершающих крутые повороты вблизи земли. Это особая проблема для планеров, которые имеют относительно большой размах крыльев , что подвергает их большей разнице скорости ветра для заданного угла крена . Различная скорость воздуха, испытываемая каждым концом крыла, может привести к аэродинамическому сваливанию на одном крыле, что приведет к аварии с потерей управления. [33] [34] Момент крена, создаваемый различным потоком воздуха над каждым крылом, может превысить полномочия управления элеронами , заставляя планер продолжать крениться в более крутой угол крена. [35]

Парусный спорт

В парусном спорте градиент ветра влияет на парусные лодки , представляя парусу различную скорость ветра на разных высотах вдоль мачты . Направление также меняется с высотой, но моряки называют это «сдвигом ветра». [36]

Показания приборов на топе мачты относительно скорости и направления кажущегося ветра отличаются от того, что видит и чувствует моряк вблизи поверхности. [37] [38] Парусники могут вводить закручивание паруса в конструкцию паруса, когда головка паруса устанавливается под другим углом атаки относительно подножия паруса, чтобы изменить распределение подъемной силы с высотой. Влияние градиента ветра может быть учтено при выборе закручивания в конструкции паруса, но это может быть трудно предсказать, поскольку градиент ветра может сильно различаться в разных погодных условиях. [38] Моряки также могут регулировать дифферент паруса, чтобы учесть градиент ветра, например, используя оттяжку гика . [38]

Согласно одному источнику, [39] градиент ветра не имеет значения для парусных лодок, когда ветер превышает 6 узлов (потому что скорость ветра 10 узлов на поверхности соответствует 15 узлам на высоте 300 метров, поэтому изменение скорости незначительно на высоте мачты парусной лодки). Согласно тому же источнику, ветер неуклонно увеличивается с высотой примерно до 10 метров при ветре в 5 узлов, но меньше, если ветер слабее. Этот источник утверждает, что при ветрах со средней скоростью шесть узлов или более изменение скорости с высотой ограничивается почти полностью одним или двумя метрами, ближайшими к поверхности. [40] Это согласуется с другим источником, который показывает, что изменение скорости ветра очень мало для высот более 2 метров [41] и с заявлением Австралийского правительственного бюро метеорологии [42], согласно которому различия могут составлять всего 5% в нестабильном воздухе. [43]

В кайтсерфинге градиент ветра еще более важен, поскольку кайт-мотор используется на стропах длиной 20–30 м [44] , и кайтсерфер может использовать кайт для прыжка с воды, поднимая кайт на еще большую высоту над поверхностью моря.

Распространение звука

Градиент ветра может оказывать выраженное влияние на распространение звука в нижних слоях атмосферы. Этот эффект важен для понимания распространения звука от удаленных источников, таких как туманные горны , гром , звуковые удары , выстрелы или другие явления, такие как туманные шумы . Он также важен для изучения шумового загрязнения , например, от дорожного шума и шума самолетов , и должен учитываться при проектировании шумозащитных экранов . [45] Когда скорость ветра увеличивается с высотой, ветер, дующий в сторону слушателя от источника, будет преломлять звуковые волны вниз, что приведет к повышению уровня шума по ветру от экрана. [46] Эти эффекты были впервые количественно оценены в области дорожного строительства для решения проблем с изменениями эффективности шумозащитных экранов в 1960-х годах. [47]

Когда солнце нагревает поверхность Земли, в атмосфере возникает отрицательный градиент температуры . Скорость звука уменьшается с уменьшением температуры, поэтому это также создает отрицательный градиент скорости звука . [48] Фронт звуковой волны движется быстрее вблизи земли, поэтому звук преломляется вверх, в сторону от слушателей на земле, создавая акустическую тень на некотором расстоянии от источника. [49] Радиус кривизны пути звука обратно пропорционален градиенту скорости. [50]

Градиент скорости ветра 4 (м/с)/км может вызвать рефракцию, равную типичному градиенту температуры 7,5 °C/км. [51] Более высокие значения градиента ветра будут преломлять звук вниз к поверхности в направлении по ветру, [52] устраняя акустическую тень на подветренной стороне. Это увеличит слышимость звуков по ветру. Этот эффект рефракции по ветру возникает из-за наличия градиента ветра; звук не переносится ветром. [53]

Обычно будут присутствовать как градиент ветра, так и градиент температуры. В этом случае эффекты обоих могут складываться или вычитаться в зависимости от ситуации и местоположения наблюдателя. [54] Градиент ветра и градиент температуры также могут иметь сложные взаимодействия. Например, туманный горн может быть слышен в месте вблизи источника и в отдаленном месте, но не в звуковой тени между ними. [55] В случае поперечного распространения звука градиенты ветра не оказывают существенного влияния на распространение звука относительно безветренного состояния; эффект градиента, по-видимому, важен только в конфигурациях против ветра и по ветру. [56]

Для распространения звука экспоненциальное изменение скорости ветра с высотой можно определить следующим образом: [46] где: У ( час ) = У ( 0 ) час ζ {\displaystyle U(h)=U(0)h^{\zeta }} г У г час = ζ У ( час ) час {\displaystyle {\frac {dU}{dh}}=\zeta {\frac {U(h)}{h}}}

  • У ( час ) {\displaystyle U(h)} = скорость ветра на высоте , и является постоянной час {\displaystyle ч} У ( 0 ) {\displaystyle U(0)}
  • ζ {\displaystyle \дзета} = экспоненциальный коэффициент, основанный на шероховатости поверхности земли, обычно от 0,08 до 0,52
  • г У г час {\displaystyle {\frac {dU}{dh}}} = ожидаемый градиент ветра на высоте час {\displaystyle ч}

В битве при Иуке во время Гражданской войны в США в 1862 году акустическая тень , предположительно усиленная северо-восточным ветром, не позволила двум дивизиям солдат Союза принять участие в битве, [57] потому что они не могли слышать звуки битвы, находясь всего в шести милях по ветру. [58]

Ученые поняли влияние градиента ветра на рефракцию звука еще с середины 1900-х годов; однако с появлением Закона США о контроле шума это явление рефракции стало широко использоваться с начала 1970-х годов, главным образом при рассмотрении распространения шума от автомагистралей и вытекающего из этого проектирования транспортных сооружений. [59]

Градиент ветра растет

Этот альбатрос — эксперт в динамическом парении с использованием градиента ветра.

Парение в градиенте ветра, также называемое динамическим парением , — это техника, используемая парящими птицами , включая альбатросов . Если градиент ветра достаточно велик, птица может подняться в градиент ветра, пожертвовав скоростью относительно земли ради высоты, сохраняя при этом скорость полета. [60] Затем, поворачивая по ветру и ныряя через градиент ветра, они также могут получить энергию. [61]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Hadlock, Charles (1998). Математическое моделирование в окружающей среде . Вашингтон: Математическая ассоциация Америки. ISBN 978-0-88385-709-0. Таким образом, при вертикальном движении у нас возникает «градиент скорости ветра», и это имеет тенденцию способствовать перемешиванию воздуха на одном уровне с воздухом на уровнях, расположенных непосредственно выше и ниже него.
  2. ^ Гордер, П. Дж.; Кауфман, К.; Грейф, Р. (1996). "Влияние градиента ветра на алгоритмы синтеза траектории системы автоматизации Center-TRACON (CTAS)". AIAA, Конференция по наведению, навигации и управлению, Сан-Диего, Калифорния . Американский институт аэронавтики и астронавтики . ...влияние изменения средней скорости ветра с высотой, градиент скорости ветра... [ постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ Сакс, Готфрид (2005-01-10). «Минимальная сила сдвигового ветра, необходимая для динамического парения альбатросов». Ibis . 147 (1): 1–10. doi : 10.1111/j.1474-919x.2004.00295.x . ...градиент сдвигового ветра довольно слаб... прирост энергии... обусловлен механизмом, отличным от эффекта градиента ветра.
  4. ^ ab Oke, T. (1987). Boundary Layer Climates . Лондон: Methuen. стр. 54. ISBN 978-0-415-04319-9. Поэтому вертикальный градиент средней скорости ветра (dū/dz) наибольший над ровной местностью и наименьший над неровной поверхностью.
  5. ^ Крокер, Дэвид (2000). Словарь авиационного английского языка. Нью-Йорк: Routledge. С. 104. ISBN 978-1-57958-201-2. градиент ветра = скорость увеличения силы ветра с увеличением высоты над уровнем земли на единицу;
  6. ^ ab Wizelius, Tore (2007). Разработка проектов ветроэнергетики . Лондон: Earthscan Publications Ltd. стр. 40. ISBN 978-1-84407-262-0. Соотношение между скоростью ветра и высотой называется профилем ветра или градиентом ветра.
  7. ^ "AMS Glossary of Meteorology, Ekman layer". Американская метеорологическая ассоциация . Получено 2015-02-15 .
  8. ^ ab Brown, G. (2001). Солнце, Ветер и Свет . Нью-Йорк: Wiley. стр. 18. ISBN 978-0-471-34877-1.
  9. ^ Dalgliesh, WA и DW Boyd (1962-04-01). "CBD-28. Ветер на здания". Canadian Building Digest . Архивировано из оригинала 2007-11-12 . Получено 2007-06-07 . Поток вблизи поверхности встречает небольшие препятствия, которые изменяют скорость ветра и вносят случайные вертикальные и горизонтальные компоненты скорости под прямым углом к ​​основному направлению потока.
  10. ^ ab Lal, R. (2005). Энциклопедия почвоведения . Нью-Йорк: Marcel Dekker. стр. 618. ISBN 978-0-8493-5053-5.
  11. ^ abc Crawley, Stanley (1993). Стальные здания . Нью-Йорк: Wiley. стр. 272. ISBN 978-0-471-84298-9.
  12. ^ ab Lubosny, Zbigniew (2003). Работа ветряных турбин в электроэнергетических системах: расширенное моделирование . Берлин: Springer. стр. 17. ISBN 978-3-540-40340-1.
  13. ^ Харрисон, Рой (1999). Понимание нашей окружающей среды . Кембридж: Королевское химическое общество. стр. 11. ISBN 978-0-85404-584-6.
  14. ^ ab Томпсон, Рассел (1998). Атмосферные процессы и системы . Нью-Йорк: Routledge. С. 102–103. ISBN 978-0-415-17145-8.
  15. ^ ab Gupta, Ajaya (1993). Руководство по проектированию малоэтажных зданий, подверженных боковым силам . Boca Raton: CRC Press. стр. 49. ISBN 978-0-8493-8969-6.
  16. ^ Столтман, Джозеф (2005). Международные перспективы стихийных бедствий: возникновение, смягчение и последствия . Берлин: Springer. стр. 73. ISBN 978-1-4020-2850-2.
  17. ^ Чен, Вай-Фа (1997). Справочник по строительной инженерии . Бока-Ратон: CRC Press. С. 12–50. ISBN 978-0-8493-2674-5.
  18. ^ Ghosal, M. (2005). "7.8.5 Вертикальный градиент скорости ветра". Возобновляемые источники энергии . Город: Alpha Science International, Ltd. стр. 378–379. ISBN 978-1-84265-125-4.
  19. ^ Stull, Roland (1997). Введение в метеорологию пограничного слоя . Бостон: Kluwer Academic Publishers. стр. 442. ISBN 978-90-277-2768-8... как градиент ветра, так и сам средний профиль ветра обычно можно диагностически описать с помощью логарифма профиля ветра.
  20. ^ Thuillier, RH; Lappe, UO (1964). "Характеристики профиля ветра и температуры по наблюдениям на башне высотой 1400 футов". Журнал прикладной метеорологии . 3 (3): 299–306. Bibcode : 1964JApMe...3..299T. doi : 10.1175/1520-0450(1964)003<0299:WATPCF>2.0.CO;2 .
  21. ^ Макилвин, Дж. (1992). Основы погоды и климата. Лондон: Chapman & Hall. С. 184. ISBN 978-0-412-41160-1.
  22. ^ Бертон, Тони (2001). Справочник по ветроэнергетике . Лондон: J. Wiley. стр. 20. ISBN 978-0-471-48997-9.
  23. ^ Köpp, F.; Schwiesow, RL; Werner, C. (январь 1984). "Дистанционные измерения профилей ветра в пограничном слое с использованием доплеровского лидара непрерывного действия". Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 23 (1): 153. Bibcode :1984JApMe..23..148K. doi : 10.1175/1520-0450(1984)023<0148:RMOBLW>2.0.CO;2 .
  24. ^ Йоханссон, К.; Уппсала, С.; Смедман, А.С. (2002). «Влияет ли высота пограничного слоя на структуру турбулентности вблизи поверхности над Балтийским морем?». 15-я конференция по пограничному слою и турбулентности . 15-я конференция по пограничному слою и турбулентности. Американское метеорологическое общество .
  25. ^ Шао, Япин (2000). Физика и моделирование ветровой эрозии . Город: Kluwer Academic. стр. 69. ISBN 978-0-7923-6657-7. В большей части конвективного пограничного слоя сильное перемешивание уменьшает вертикальный градиент ветра...
  26. ^ Аугусти, Джулиано (1984). Вероятностные методы в строительной инженерии . Лондон: Chapman and Hall. стр. 85. ISBN 978-0-412-22230-6.
  27. ^ ab Heier, Siegfried (2005). Интеграция в сеть систем преобразования энергии ветра . Чичестер: John Wiley & Sons. стр. 45. ISBN 978-0-470-86899-7.
  28. ^ Харрисон, Роберт (2001). Большие ветровые турбины . Чичестер: John Wiley & Sons. стр. 30. ISBN 978-0-471-49456-0.
  29. ^ Барлоу, Джуэл (1999). Испытания в аэродинамической трубе на малых скоростях . Нью-Йорк: Wiley. стр. 42. ISBN 978-0-471-55774-6. Было бы предпочтительнее оценивать ветряные мельницы по градиенту ветра, который они в конечном итоге увидят, но это делается редко.
  30. ^ «Возобновляемая энергия: технологии, экономика и окружающая среда» Мартина Кальчмитта, Вольфганга Штрайхера, Андреаса Визе, (Springer, 2007, ISBN 3-540-70947-9 , ISBN 978-3-540-70947-3 ), стр. 55  
  31. ↑ Справочник по полетам на планере. Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: Федеральное управление гражданской авиации США. 2003. С. 7–16. FAA-8083-13_GFH.
  32. ^ Лонгленд, Стивен (2001). Планеризм . Город: Crowood Press, Limited, The. С. 125. ISBN 978-1-86126-414-5Причина увеличения заключается в том, что скорость ветра увеличивается с высотой («градиент ветра») .
  33. ^ ab Piggott, Derek (1997). Планирование: Справочник по парящему полету . Knauff & Grove. С. 85–86, 130–132. ISBN 978-0-9605676-4-5Градиент ветра считается крутым или выраженным, когда изменение скорости ветра с высотой происходит очень быстро, и именно в этих условиях необходимо проявлять особую осторожность при взлете или посадке на планере .
  34. ^ Кнауфф, Томас (1984). Основы планера от первого полета до сольного полета . Томас Кнауфф. ISBN 978-0-9605676-3-8.
  35. ^ Конвей, Карл (1989). Радость парения . Город: Soaring Society of America, Incorporated. ISBN 978-1-883813-02-4.Если пилот попадает в градиент ветра при повороте против ветра, то, очевидно, ветер на нижнем крыле будет слабее, чем на верхнем.
  36. ^ Джобсон, Гэри (2004). Чемпионат Гэри Джобсона по парусному спорту . Город: International Marine/Ragged Mountain Press. стр. 180. ISBN 978-0-07-142381-6Сдвиг ветра — это разница в направлении на разных высотах над водой; градиент ветра — это разница в силе ветра на разных высотах над водой.
  37. ^ Джобсон, Гэри (1990). Тактика чемпионата: как любой может плыть быстрее, умнее и выигрывать гонки. Нью-Йорк: St. Martin's Press. С. 323. ISBN 978-0-312-04278-3. Вы не распознаете сдвиг ветра, если угол вымпельного ветра на одном галсе меньше, чем на другом, потому что направление вымпельного ветра представляет собой комбинацию скорости лодки и скорости ветра, а скорость плавания может больше определяться водными условиями в одном направлении, чем в другом. Это означает, что чем быстрее идет лодка, тем больше «вперед» становится вымпельный ветер. Вот почему направление «близкого расстояния» является самым быстрым направлением плавания — просто потому, что по мере того, как лодка ускоряется, вымпельный ветер идет все дальше и дальше вперед, не останавливая паруса, а скорость вымпельного ветра также увеличивается, тем самым увеличивая скорость лодки еще больше. Этот конкретный фактор в полной мере используется в песчаном яхтинге, в котором песчаная яхта обычно превышает скорость ветра, измеренную неподвижным наблюдателем. Сдвиг ветра, безусловно, ощущается, потому что скорость ветра на топе мачты будет выше, чем на уровне палубы. Таким образом, порывы ветра могут легко опрокинуть небольшую парусную лодку, если команда недостаточно осторожна.
  38. ^ abc Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта. Dobbs Ferry: Sheridan House. стр. 97–99, 108. ISBN 978-1-57409-000-0Скорость и направление ветра обычно измеряются на вершине мачты , поэтому для определения средней скорости ветра, падающего на парус, необходимо знать градиент ветра.
  39. ^ Бетуэйт, Фрэнк (2007) [1993]. Высокопроизводительное парусное судно . Переиздано. Waterline (1993), Thomas Reed Publications (1996, 1998 и 2001), и Adlard Coles Nautical (2003 и 2007). ISBN 978-0-7136-6704-2.См. разделы 3.2 и 3.3.
  40. ^ См. стр. 11 цитируемой книги Бетуэйта.
  41. ^ "Градиент ветра" . Получено 2023-10-06 .
  42. ^ "Сдвиг ветра". Архивировано из оригинала 2007-09-04 . Получено 2023-10-06 .
  43. ^ Как объясняется в книге Бетуэйта, воздух становится турбулентным вблизи поверхности, если скорость ветра превышает 6 узлов.
  44. ^ Каррер, Ян (2002). Кайтсерфинг . Город: Озера Парапланеризм. п. 27. ISBN 978-0-9542896-0-7.
  45. ^ Фосс, Рене Н. (июнь 1978 г.). «Взаимодействие сдвига ветра на плоскости земли с акустической передачей». WA-RD 033.1. Департамент транспорта штата Вашингтон . Получено 30 мая 2007 г.
  46. ^ ab Bies, David (2003). Инженерный контроль шума; Теория и практика . Лондон: Spon Press. стр. 235. ISBN 978-0-415-26713-7Поскольку скорость ветра обычно увеличивается с высотой, ветер, дующий от источника к слушателю, будет преломлять звуковые волны вниз, что приведет к повышению уровня шума.
  47. ^ Хоган, К. Майкл (1973). «Анализ шума на шоссе». Загрязнение воды, воздуха и почвы . 2 (3): 387–392. Bibcode : 1973WASP....2..387H. doi : 10.1007/BF00159677. S2CID  109914430.
  48. ^ Анерт, Вольфганг (1999). Звукоусиление . Тейлор и Фрэнсис. стр. 40. ISBN 978-0-419-21810-4.
  49. ^ Эверест, Ф. (2001). Главный справочник по акустике . Нью-Йорк: McGraw-Hill. С. 262–263. ISBN 978-0-07-136097-5.
  50. ^ Lamancusa, JS (2000). "10. Распространение звука на открытом воздухе" (PDF) . Борьба с шумом . ME 458: Инженерная борьба с шумом. Государственный колледж, Пенсильвания: Университет штата Пенсильвания . С. 10.6–10.7.
  51. ^ Уман, Мартин (1984). Молния. Нью-Йорк: Dover Publications. С. 196. ISBN 978-0-486-64575-9.
  52. ^ Volland, Hans (1995). Справочник по атмосферной электродинамике . Boca Raton: CRC Press. стр. 22. ISBN 978-0-8493-8647-3.
  53. ^ Сингал, С. (2005). Шумовое загрязнение и стратегия контроля . Alpha Science International, Ltd. стр. 7. ISBN 978-1-84265-237-4. Можно заметить, что эффекты рефракции возникают только из-за градиента ветра, а не из-за конвекции звука под действием ветра.
  54. ^ N01-N07 Sound Ranging (PDF) . Раздел фундаментальной науки и технологий. Королевская артиллерийская школа. 2002-12-19. стр. N–12. ...обычно будет присутствовать как градиент ветра, так и градиент температуры.
  55. ^ Маллок, А. (1914-11-02). «Туманные сигналы: области тишины и наибольшего диапазона звука». Труды Лондонского королевского общества. Серия A, содержащая статьи математического и физического характера . 91 (623): 71–75. Bibcode :1914RSPSA..91...71M. doi : 10.1098/rspa.1914.0103 .
  56. ^ Malbequi, P.; Delrieux, Y.; Canard-Caruana, S. (1993). "Исследование распространения звука в трехмерной аэродинамической трубе в присутствии холма и градиента ветра". ONERA, TP No. 111 : 5. Bibcode :1993ONERA....R....M.
  57. ^ Корнуолл, сэр (1996). Грант как военный командующий . Barnes & Noble Inc. стр. 92. ISBN 978-1-56619-913-1.
  58. ^ Коззенс, Питер (2006). Самые темные дни войны: битвы при Иуке и Коринфе . Чапел-Хилл: Издательство Университета Северной Каролины. ISBN 978-0-8078-5783-0.
  59. ^ Хоган, К. Майкл и Гэри Л. Латшоу, «Взаимосвязь между планированием автомагистралей и городским шумом», Труды ASCE, специализированной конференции отдела городского транспорта, 21/23 мая 1973 г., Чикаго, Иллинойс, Американское общество инженеров-строителей
  60. ^ Александр, Р. (2002). Принципы передвижения животных . Принстон: Princeton University Press. стр. 206. ISBN 978-0-691-08678-1.
  61. ^ Алерстам, Томас (1990). Миграция птиц . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. стр. 275. ISBN 978-0-521-44822-2.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wind_gradient&oldid=1211054134"