Cisaillement du vent

Le cisaillement du vent , parfois désigné sous le nom du le gradient windshear de vent de ou de , est une différence dans la vitesse du vent et la direction au-dessus d'une distance relativement courte dans l'atmosphère . Le cisaillement du vent peut être décomposé en les composants verticaux et horizontaux, avec le cisaillement du vent horizontal vu à travers les avants de temps de et s'approcher de la côte, et cisaillement vertical typiquement près de la surface, cependant aussi à des niveaux plus élevés dans l'atmosphère près des gicleurs de niveau supérieur et des zones frontales en haut.

Le cisaillement du vent lui-même est un phénomène météorologique de la micro-échelle se produisant au-dessus d'une distance très petite, mais il peut être associé au Mesoscale ou aux configurations synoptiques de temps de la balance telles que des lignes de rafale et des avants froids. On l'observe généralement près du Microbursts et le Downbursts provoqué par les avants de temps des orages , secteurs des vents de bas niveau localement plus hauts désignés sous le nom des gicleurs de bas niveau, près des inversions de rayonnement des montagnes qui se produisent en raison des cieux clairs et les vents, les bâtiments, les turbines de vent, et les bateaux à voiles calmes. Le cisaillement du vent a un effet significatif pendant le décollage et l'atterrissage des avions dus à leurs effets sur la direction des avions, et était une cause significative des accidents d'avions impliquant de grandes pertes humaines dans le Etats-Unis .

Le mouvement sain par l'atmosphère est affecté par le cisaillement du vent, qui peut plier le front d'onde, causant retentit pour être entendu où ils pas normalement, ou vice versa. Le cisaillement du vent vertical fort dans la troposphère empêche également le développement tropical du cyclone , mais aide à organiser différents orages en cycles de plus longue vie vivants qui peuvent alors produire le temps grave . Le concept du vent thermique explique avec la façon dont les différences dans la vitesse du vent avec la taille dépendent des différences horizontales de la température, et explique l'existence du jet de gicleur .

Définition

Le cisaillement du vent se rapporte à la variation du vent au-dessus des distances horizontales ou verticales. Les pilotes d'avion considèrent généralement windshear significatif pour être un changement horizontal de la vitesse anémométrique de 30 noeuds (15 de ; m/s) pour les avions légers, et s'approchent de 45 noeuds (22 de ; m/s) pour des avions de ligne. La vitesse verticale change plus grand que 4.5 ; m/s) qualifient également en tant que cisaillement du vent significatif pour des avions. Le cisaillement du vent de bas niveau peut affecter la vitesse anémométrique d'avions pendant décollent et atterrissage des manières désastreuses. C'est également un facteur clé dans la création des orages graves. Le risque additionnel de la turbulence est souvent associé au cisaillement du vent.

Là où et quand on l'observe fortement

Les situations de temps où on observe le cisaillement incluent :
Le temps de affronte . On observe le cisaillement significatif quand la différence de la température à travers l'avant est 5 ; °C (9 ; ˚F) ou plus, et les mouvements avant 30 au kt ou plus rapidement. Puisque les avants sont des phénomènes tridimensionnels, le cisaillement frontal peut être observé à n'importe quelle altitude entre la surface et le Tropopause , et donc soit vu horizontalement et verticalement. Le cisaillement du vent vertical au-dessus des avants chauds est plus d'un souci d'aviation que près et derrière des avants froids dus à leur plus grande durée.
Gicleurs de bas niveau. Quand un gicleur de bas niveau nocturne forme durant la nuit au-dessus de la surface terrestre en avant d'un avant froid, le cisaillement du vent vertical de bas niveau significatif peut se développer près de la partie inférieure du gicleur de bas niveau. Ceci est également connu en tant que cisaillement du vent nonconvective puisqu'il n'est pas dû aux orages voisins. Quand une nuit claire et calme, une inversion de rayonnement est formée près de la terre, le frottement n'affecte pas le vent au-dessus de la couche d'inversion. Le changement du vent peut être 90 ; degrés dans la direction et le 40 ; kt dans la vitesse. Même on peut parfois observer un gicleur de bas niveau (durant la nuit) nocturne. Il tend à être le plus fort vers le lever de soleil. Les différences de densité posent des problèmes additionnels à l'aviation.

Composant horizontal

Avants de temps

voient également : Le temps de affronte le

Les avants de temps sont des frontières entre les deux masses d'air des différentes densités , ou de différentes propriétés de la température et d'humidité, qui normalement sont les zones de convergence de dans le domaine de vent et sont la cause principale du temps significatif. Dans les analyses extérieures de temps, ils sont dépeints using de divers discriminations raciales et symboles. Les masses d'air habituellement diffèrent dans la température et peuvent également différer dans l'humidité . Le cisaillement du vent dans l'horizontal se produit près de ces frontières. Des bandes d'étroit de dispositif des avants froids des orages et du temps grave , et peuvent être précédées par les lignes de rafale et les lignes sèches avants froids de sont des frontières extérieures plus pointues avec un cisaillement du vent horizontal plus significatif que les avants chauds. Quand un avant devient le stationnaire, il peut se dégénérer dans une ligne qui sépare des régions de la vitesse du vent différente, connues sous le nom de ligne de cisaillement de , cependant la direction de vent à travers le dispositif reste normalement constante. Dans les tropiques , le mouvement tropical des vagues d'est-ouest à travers le les bassins Pacifiques de atlantique et de oriental directionnels et cisaillement de vitesse peuvent se produire à travers l'axe des vagues tropicales plus fortes, car les vents nordiques précèdent l'axe de vague et des vents du sud-est sont vus derrière l'axe de vague. Le cisaillement du vent horizontal peut également se produire le long des frontières locales de brise de terre et de brise marine .

Littoraux proches

L'importance de vents en mer sont la la vitesse du vent presque double observée onshore. Ceci est attribué aux différences dans le frottement entre les masses de terre et les eaux en mer. Parfois, il y a même des différences directionnelles, en particulier si les brises marines locales changent le vent sur le rivage pendant des heures de jour.

Composant vertical

Vent thermique

voient également :

du vent thermique Le vent thermique est une limite météorologique ne se rapportant pas à un vent réel , mais une différence de dans le vent géostrophique entre deux niveaux $p_1$ de pression de et $p_0$ , avec $p_1< p_0$ ; essentiellement, cisaillement du vent. Il est seulement présent dans une atmosphère avec les changements horizontaux de la température (ou dans un océan avec des gradients horizontaux de densité ), c. Dans une atmosphère de Barotropic , où la température est uniforme, le vent géostrophique est indépendant de taille. Le nom provient du fait que ce vent coule autour des secteurs de la basse (et élevée) température de la même manière pendant que le vent géostrophique coule autour des secteurs de la basse (et le haut ) pression du .

L'équation de vent thermique de est = de _T de $f \ mathbf de {v} \ mathbf {k} \ périodes \ nabla (\ phi_1 - \ phi_0)$ ,

là où le $\ phi_x$ sont la taille de géopotentiel de met en place avec le $\ phi_1 > \ phi_0$ , $f$ est le paramètre de Coriolis de , et le $\ mathbf {k}$ est le vecteur d'unité de vers le haut-pointage dans la direction verticale . L'équation de vent thermique ne détermine pas le vent dans les tropiques . Puisque $f$ est petit ou zéro, comme près de l'équateur, l'équation réduit à déclarer que le $\ nabla (\ phi_1 - \ phi_0)$ est petit.

Effets sur les orages et le temps grave

voient également :

grave de l'orage Les orages graves, qui peuvent engendrer les tornades et les hailstorms, exigent du cisaillement du vent d'organiser l'orage de façon à maintenir l'orage pendant une plus longue période. Ceci se produit pendant que l'apport de l'orage devient séparé de sa sortie pluie-refroidie. Une augmentation nocturne, ou le gicleur durant la nuit et de bas niveau peuvent augmenter le potentiel de temps grave en augmentant le cisaillement du vent vertical par la troposphère. Les orages dans une atmosphère avec pratiquement aucun cisaillement du vent vertical s'affaiblissent dès qu'ils enverront une frontière de sortie dans toutes les directions, qui alors a rapidement découpé son apport d'air relativement chaud et moite et de mises à mort l'orage.

La couche limite planétaire

voient également : Couche , Ekman en spirale, la couche limite planétaire ,

d'Ekman de de la couche extérieure L'effet atmosphérique du frottement extérieur avec des vents en haut forcent les vents extérieurs pour ralentir et soutenir dans le sens contraire des aiguilles d'une montre près de la surface de l'intérieur de soufflement de la terre à travers les isobares (lignes de pression égale), une fois comparé aux vents dans l'écoulement sans friction bien au-dessus de la surface terrestre. Cette couche où le frottement ralentit et des changements le vent est connus comme couche limite planétaire, parfois la couche d'Ekman, et lui est la plus épaisse pendant le jour et la plus mince la nuit. Le chauffage de jour épaissit la couche limite pendant que les vents sur la surface deviennent de plus en plus mélangés avec des vents en haut dus à l'insolation , ou le chauffage solaire. Le refroidissement radiatif augmente durant la nuit plus loin le vent découplant entre les vents sur la surface et les vents au-dessus de la couche limite en calmant le vent extérieur qui augmente le cisaillement du vent. Ceux-ci enroulent le cisaillement du vent de force de changements entre la couche limite et le vent en haut, et sont plus soulignés la nuit.

Effets sur le vol

Glissement

Dans le glissement, les gradients de vent juste au-dessus de l'affect extérieur le décollage et les phases de débarquement du vol d'un planeur . Le gradient de vent peut avoir un effet apparent sur les lancements rectifiés par également connus sous le nom de le treuil lance ou le fil lance. Si le gradient de vent est significatif ou soudain, ou tous les deux, et le pilote maintient la même attitude de lancement, la vitesse anémométrique indiquée augmentera, dépassant probablement la vitesse au sol maximum de remorquage de lancement. Le pilote doit ajuster la vitesse anémométrique pour traiter l'effet du gradient.

En débarquant, le cisaillement du vent est également un risque, en particulier quand les vents sont forts. Pendant que le planeur descend par le gradient de vent sur l'approche d'atterrissage finale, la vitesse anémométrique diminue tandis que la vitesse descensionnelle augmente, et il y a trop peu de temps d'accélérer avant le contact au sol. Le pilote doit prévoir le gradient de vent et employer une vitesse d'approche plus élevée pour la compenser.

Le cisaillement du vent est également un risque pour des avions faisant des tours raides près de la terre. C'est un problème particulier pour les planeurs qui ont une envergure relativement longue , qui les expose à une plus grande différence de vitesse du vent pour un angle donné de la banque . La vitesse anémométrique différente éprouvée par chaque saumon peut avoir comme conséquence une stalle aérodynamique sur une aile, causant une perte d'accident de commande.

Montée

Connexe montant au cisaillement du vent, également appelé le le montant dynamique, est une technique employée par les oiseaux montants , comme les albatros qui peuvent maintenir le vol sans battement d'aile. Si le cisaillement du vent est de la grandeur suffisante, un oiseau peut s'élever dans le gradient de vent, exploitant la vitesse-sol la taille, tout en maintenant la vitesse anémométrique. D'ici là tournant vent arrière, et plongeant par le gradient de vent, ils peuvent également gagner l'énergie.

Impact sur des avions de transport de passagers

sortie des changements de rapid de causes d'orages de la vitesse tridimensionnelle de vent juste au-dessus du niveau du sol. Au commencement, cette sortie cause un vent contraire qui augmente la vitesse anémométrique, qui fait normalement réduire un pilote la puissance de moteur si elles sont ignorantes du cisaillement du vent. Pendant que l'avion passe dans la région du courant descendant, le vent contraire localisé diminue, réduisant la vitesse anémométrique de l'avion et augmentant sa vitesse descensionnelle. Puis, quand l'avion traverse l'autre côté du courant descendant, le vent contraire devient un tailwind, réduisant la vitesse anémométrique plus loin, laissant les avions dans une descente de basse puissance et à vitesse réduite. Ceci peut mener à un accident si l'avion est si bas pour effectuer un rétablissement avant le contact au sol. Comme résultat des accidents dans les années 70 et les années 80, dans 1988 l'Administration Fédérale d'Aviation des États-Unis a exigé que tous les avions commerciaux ont les systèmes de détection windshear à bord d'ici 1993. Entre 1964 et 1985, cisaillement du vent directement causés ou contribués à 26 accidents d'avions civils importants de transport aux États-Unis que cela a mené aux 620 décès et à 200 dommages. Depuis 1995, le nombre d'accidents d'avions civils importants provoqués par le cisaillement du vent a chuté à approximativement un tous les dix ans, de dû à la détection à bord exigée aussi bien que l'addition des unités du radar Doppler De au sol. ( NEXRAD )

Navigation

Le cisaillement du vent affecte les bateaux à voiles dans le mouvement en présentant une vitesse du vent et une direction différentes à différentes tailles le long du mât . L'effet du cisaillement du vent de bas niveau peut être factorisé dans le choix de la torsion de voile de dans la conception de voile, mais il peut être difficile prévoir ceci puisque le cisaillement du vent peut varier considérablement dans différentes conditions atmosphériques. Les marins peuvent également ajuster l'équilibre de la voile pour expliquer le cisaillement du vent de bas niveau, par exemple using un vang de perche de .

Propagation saine

voient également : Vitesse du bruit Le cisaillement du vent peut avoir un effet prononcé sur la propagation saine dans l'atmosphère inférieure. L'audibilité des bruits des sources éloignées, telles que le tonnerre ou les coups de fusil dépend très de la quantité de cisaillement. Le cisaillement peut avoir un effet prononcé sur la propagation saine dans l'atmosphère inférieure, où les vagues peuvent être " ; bent" ; par phénomène de la réfraction . Le résultat de ces niveaux sonores différents est (pollution acoustique ) des considérations, par exemple du bruit de chaussée de et du bruit des avions , et doit être considéré dans la conception des barrières de bruit de que ce phénomène a été appliqué la première fois au champ de l'étude de la pollution acoustique dans les années 60, contribuant à la conception des routes urbaines aussi bien que les barrières de bruit de

La vitesse de du bruit varie avec la température. Puisque la température et la vitesse de son diminuent normalement avec l'augmentation de l'altitude, le bruit est réfracté par vers le haut, à partir des auditeurs au sol, créant une ombre acoustique à une certaine distance de la source. Dans le 1862, pendant la bataille américaine de de la guerre civile d'Iuka , une ombre acoustique, censée pour avoir été augmenté par un vent du nord-est, maintenu deux divisions des soldats des syndicats hors de la bataille, parce qu'ils ne pourraient pas entendre les bruits de la bataille seulement six milles de vent arrière.

Effets sur l'architecture

La technologie de vent de est un champ de la technologie consacrée à l'analyse des effets du vent sur l'environnement normal et par établi . Elle inclut les vents violents qui peuvent causer le malaise aussi bien que les vents extrêmes tels que les tornades , les ouragans et les orages qui peuvent causer la destruction répandue. La technologie de vent utilise la météorologie , l'aérodynamique et un certain nombre de disciplines de la technologie de spécialiste. Les outils utilisés incluent des modèles de climat, des souffleries atmosphériques de la couche limite et des modèles numériques. Il implique, entre d'autres matières, comment des bâtiments effectuants de vent doivent être expliqués dans la technologie.

< ! -- Supprimé image enlevée : --> Les turbines de vent sont affectées par le cisaillement du vent. Les profils verticaux de vent-vitesse ont comme conséquence différentes vitesses du vent aux lames le plus près au niveau du sol comparé à ceux au dessus du voyage de lame, et ceci affecte alternativement l'opération de turbine. Ce cisaillement du vent de bas niveau peut créer un grand moment de flexion dans l'axe d'une turbine bipale quand les lames sont verticales. Le cisaillement du vent réduit au-dessus des moyens de l'eau plus courts et des tours moins chères de turbine de vent peut être employé dans les mers peu profondes.

Voir également

Sécurité aérienne
Système d'alerte windshear de bas niveau ( LLWAS ) de
Navigation

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