Повторяемость ветра (%) и среднее число штилей

Практическое занятие 3. Роза ветров и температурная роза ветров

Ветром называют горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Ветер характеризуется направлением, скоростью и порывистостью. Непосредственной причиной возникновения ветра является различие атмосферного давления в разных точках земной поверхности, создающее горизонтальный барический градиент.

Ветер всегда обладает турбулентностью. В воздухе возникают многочисленные беспорядочно движущиеся вихри и струи разных размеров. Отдельные количества воздуха, увлекаемые этими вихрями и струями, так называемые элементы турбулентности, движутся по всем направлениям, в том числе перпендикулярно к среднему направлению ветра и даже против него. Эти элементы турбулентности имеют линейные размеры от нескольких сантиметров до десятков метров. Таким образом, на общий перенос воздуха в определенном направлении и с определенной скоростью налагается система хаотических, беспорядочных движений отдельных элементов турбулентности по сложным переплетающимся траекториям.
Турбулентность возникает вследствие различия скоростей ветра в смежных слоях воздуха. Особенно велика она в нижних слоях атмосферы, где скорость ветра быстро растет с высотой. Но в развитии турбулентности принимает участие также и архимедова (гидростатическая) сила. Отдельные количества воздуха, имеющие более высокую температуру, поднимаются вверх, а более холодные объемы воздуха опускаются вниз. Такое перемещение воздуха за счет различий температуры, а, следовательно, и плотности, происходит тем интенсивнее, чем быстрее падает температура с высотой. Поэтому различают динамическую турбулентность, возникающую независимо от температурных условий, и термическую турбулентность (или конвекцию), определяемую температурными условиями. В действительности турбулентность всегда имеет комплексную природу, в которой термический фактор играет большую или меньшую роль.
Порывистость ветра возрастает с увеличением его скорости. Порывы, то есть скачкообразные усиления и ослабления ветра при средней его скорости 5-10 м/с в среднем составляют 3 м/с, а при скорости 11-15 м/с возрастают до 5-7 м/с.

Скорость ветра измеряют в м/с, реже в км/ч и баллах. За направление ветра принимают то, откуда дует ветер. Направление определяют в румбах (их 16) или угловых градусах. В смтроительстве обычно ограничиваются 8-ю направлениями.

Повторяемость направлений ветра рассчитывается в процентах от общего числа случаев направлений ветра без учета штилей. Повторяемость штилей рассчитывается в процентах от общего числа случаев наблюдепний.

Для изучения повторяемости ветров различных направлений строят график, называемый розой ветров, который позволяет выявить преобладающее направление ветра в данном месте за определенный период (месяц, сезон, год).

Ранее в СНиП «Строительная климатология» [1] в таблице приводились повторяемости направления ветра для января и июля по 8 румбам. По этим данным легко было построить розы ветров для этих месяцев. В качестве примера в таблице 1 приведены повторяемости направлений ветра и штилей.

Таблица 1.

Повторяемость ветра (%) и среднее число штилей

Месяц	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Число штилей
Январь	3	7	35	11	6	10	20	8	7
Июль	9	8	13	5	6	10	33	16	9

Для построения розы ветров из центральной точки откладывают по направлению основных румбов отрезки, соответствующие повторяемости ветра данного направления и концы отрезков соединяют прямыми линиями. В центре розы ветров указывается число штилей (рис. 1).

Рисунок 1. Розы ветров для января (синий) и июля (красный)

Пользуясь построенными розами ветров можно сделать вывод, о том, с какой стороны от  населенных пунктов лучше располагать котельные и промышленные предприятия с вредными выбросами, чтобы преобладающий ветер не гнал дым на населенный пункт.
Часто при построении розы ветров учитывают средние скорости ветра для каждого направления. В таком случае можно на одном графике в определенных масштабах построить розу повторяемости направления и розу скоростей ветров (пунктир на рис. 2). Средняя скорость для каждого румба определяется путем деления суммы скоростей ветров этого румба на число наблюдений ветра данного направления розы ветров.

Рисунок 2. Роза повторяемости направлений (красный) и скорости ветра (черный)

В таблице 2 для ряда городов РФ приведены повторяемости  направлений ветра (числитель), %, средняя скорость по направлениям (знаменатель), м/с, повторяемость штилей, %, для июля по [1].

Таблица 2