Was ist wind?
In der Meteorologie ist Wind eine gerichtete Massenbewegung der Luft in der Erdatmosphäre. Wind geschwindigkeit und wind richtung sind gemessen, die sind gegeben in die folgenden einheiten:
Geschwindigkeit:
- Meter pro sekunde (m/s) ist die SI einheit für geschwindigkeit
- Kilometer pro stunde (km/h) ist die einheit der metric system
- Meilen pro stunde (mph) ist die einheit verwendet in die USA und UK
Richtung:
- Grad (°). Entscheidend für die Vorgabe der Windrichtung ist die Richtung, aus der der Wind weht., Südwind weht von Süden nach Norden (Windrichtung = 180°)
Wie wird Wind gemessen?
Da Wind eine Masse hat, kann er Objekte bewegen, die einige der Messgeräte für Windmessungen (Anemometer) nutzen. Die Windgeschwindigkeit kann somit durch die Geschwindigkeit eines Propellers bestimmt werden. Alternativ messen verschiedene Messgeräte die Windgeschwindigkeit anhand der Reflexion oder Geschwindigkeit von Wellen (Schall, Licht) (siehe Messverfahren).
Die Stundenwerte der Geschwindigkeit sind Mittelwerte von 6 bis 10 Minuten Intervallen., Diese 10-Minuten-Intervalle bestehen aus 4 Messungen pro Sekunde, die auf 10 Minuten aggregiert werden. Maximale und minimale Geschwindigkeiten werden aus 3-Sekunden-Intervallen abgeleitet, die aus 12 Einzelmessungen bestehen.
Die Richtung kann beispielsweise durch eine Windfahne bestimmt werden, die jede Sekunde einen Messwert ausgibt. Diese werden ebenfalls über 10 Minuten gemittelt und dann zu Stundenwerten aggregiert.
Abbildung 1: Wetterstation in La Brévine, Schweiz
Wie soll ein Anemometer eingerichtet werden?,
Ein Anemometer muss auf einer ebenen Fläche (optimal geschnittenes Gras) und zehn Meter über dem Boden gemäß WMO-Standards platziert werden. Keine größeren Hindernisse (Bäume, Gebäude), die die Luftzirkulation beeinflussen, dürfen in der Nähe sein. Der Abstand von einem größeren Hindernis zum Messgerät muss mindestens das 4-fache der Höhe des Objekts betragen.
Windgeschwindigkeit und Windrichtung ändern sich mit zunehmender Höhe über dem Boden. Daher haben meteorologische Masten normalerweise Windsensoren in verschiedenen Höhen (2m, 10m, 80m usw.).).
Welche Messgeräte werden verwendet?,
Abbildung 2: Becheranemometer mit Windfahne
Nationale meteorologische Dienste verwenden normalerweise eines der folgenden zwei Geräte, um Windgeschwindigkeit und-richtung zu messen:
- Ein Becheranemometer mit Windfahne (siehe Abbildung 2)
- Ein Ultraschallanemometer, das sowohl die Windgeschwindigkeit als auch die Richtung misst (siehe Abbildung 3)
Welche anderen Messmethoden stehen zur Verfügung?
Ein Becher – oder Propelleranemometer misst die Windgeschwindigkeit anhand der kreisförmigen Geschwindigkeit des Geräts., Dazu gehört eine Windfahne, die die Windrichtung misst. Diese Geräte sind die häufigsten und oft auf privaten Gebäuden gesehen. Ihre Messungen sind relativ genau, haben aber den Nachteil, dass sie durch Staub oder auf See durch Salz blockiert werden können.
Abbildung 3: Ultraschallanemometer
Andere Anemometer (SODAR / LIDAR) führen ihre Messungen mit der Doppler-Frequenzverschiebung durch., Dieser sogenannte Doppler-Effekt funktioniert wie folgt: Wenn die Schall – / Lichtwellen auf ein Teilchen in der Luft treffen, das sich in Richtung des Zählers bewegt, hat die reflektierte Welle eine höhere Frequenz als das Ausgangssignal. Mit Hilfe dieser Frequenzverschiebung können sowohl Windrichtung als auch Drehzahl berechnet und damit gemessen werden. Diese Messgeräte haben den Vorteil, dass sie ein 3D-Bild der Luftströme bis 200m Höhe erzeugen können. Dies ist besonders hilfreich bei der Beurteilung von Windparkstandorten. Die Instrumente arbeiten jedoch nur mit begrenzter Genauigkeit bei Niederschlägen (Regen, Schnee usw.,) ist vorhanden, da die Wellen auch vom Wasser reflektiert werden.
Das Ultraschallanemometer misst die Zeit, die zwischen Übertragung und Empfang des Signals zwischen zwei Rezeptoren vergeht. Wenn das Signal Rückenwind hat, wird es schneller ankommen als die Schallgeschwindigkeit, wenn es Gegenwind hat, wird es langsamer sein. Da ein Messzyklus dieses Gerätes nur etwa 5ms dauert, können bis zu 200 Messzyklen pro Sekunde durchgeführt werden. Dies ermöglicht die Messung der Mikrozirkulation. Aber dieses Instrument ist nicht zuverlässig im Niederschlag zu verwenden.,
Für sehr hohe Windgeschwindigkeiten gibt es auch Pitot-Druckanemometer (Pitot-Rohre). Diese messen die Druckdifferenz zwischen einströmender Luft und Normaldruck.
Schwierigkeiten bei der Windmessung
Das größte Problem bei Wind ist, dass jedes kleine Objekt Turbulenzen verursacht. Sogar eine Stromleitung reicht aus, um den Wind für eine bestimmte Entfernung zu wirbeln. Da Windsensoren normalerweise einen regelmäßigen und konstanten Wind benötigen, um genaue Messungen durchzuführen, ist Turbulenz nicht wünschenswert., Umso wichtiger ist es, dass die Windmessung an einem Ort erfolgt, an dem es keine Hindernisse gibt.
Bei Propeller-oder Schalenanemometern besteht auch das Problem der Verschmutzung oder Blockierung durch Staub oder in der Nähe des Meeres durch Salz. Daher müssen sie in regelmäßigen Abständen gewartet werden. Darüber hinaus haben diese Geräte eine gewisse Verzögerung bei starken Windböen, da die Schalen zuerst beschleunigen müssen und sich die Geschwindigkeit des Propellers nicht sofort ändert., Das größere Problem ist die Überdrehzahl nach einem Windstoß, da die Geräte mit so wenig Reibung wie möglich erzeugt werden (für eine schnelle Beschleunigung), die Reduzierung der Propellergeschwindigkeit bei abnehmender Windgeschwindigkeit noch mehr verzögert wird.
Wie viele Messstationen gibt es?
In der Schweiz gibt es 155 offizielle Messstationen von MeteoSwiss, die Windgeschwindigkeit und-richtung messen. Für ein bundesweites Messnetzwerk, das die Schweiz vertritt, reicht das allerdings nicht aus. Mit den Alpen gibt es in der Schweiz ein großes Hindernis für Windströmungen., Darüber hinaus gibt es viele kleine Täler, die jeweils unterschiedliche mikroklimatische Windsysteme darstellen.
Laut WMO gibt es weltweit rund 14.000 Wetterstationen, die täglich aktualisiert werden. Eine Karte, wie diese Wetterstationen verteilt sind, finden Sie im Abschnitt Temperatur. Allerdings ist die Website www.windfinder.com behauptet, mehr als 20.400 Stationen in seinem Netzwerk zu haben.