Какой ветер дует в моём дворе: постройка флюгера и месячные наблюдения

Почему ветер во дворе не совпадает с прогнозом погоды

Официальные метеостанции устанавливают приборы на открытых площадках на высоте десяти метров от земли. На этой высоте на движение воздуха почти не влияют отдельные постройки и кроны деревьев, поэтому синоптики фиксируют общий перенос воздушных масс, вызванный циклонами и антициклонами.

В жилой застройке нижний слой атмосферы толщиной в несколько десятков метров ведет себя совершенно иначе. Земная поверхность обладает шероховатостью, которая тормозит воздушный поток за счет механического трения. Городские кварталы и частные дворы создают эффект сложного лабиринта. Набегающий поток разбивается о стены зданий, закручивается в нисходящие и восходящие вихри, а также протискивается сквозь узкие проезды.

Физика этого процесса подчиняется уравнению неразрывности струи. Когда масса воздуха попадает в узкое пространство между двумя параллельными многоэтажками или между глухим забором и стеной дома, площадь сечения потока резко падает. Скорость ветра при этом заметно возрастает, создавая локальный сквозняк. В то же время с подветренной стороны любого высокого здания образуется обширная зона аэродинамической тени, где скорость воздуха падает практически до нуля даже во время сильной бури на открытом пространстве.

Как собрать надежный флюгер своими руками

Для школьного или студенческого географического исследования не требуется сложная электроника. Классический флюгер Вильда решает сразу две задачи. Он указывает румб, откуда дует ветер, и показывает его относительную силу с помощью отклоняющейся металлической пластины.

Материалы и инструменты

• Отрезок металлической трубки или деревянный брусок длиной около пятидесяти сантиметров для вертикальной несущей мачты
• Металлический стержень диаметром пять или шесть миллиметров, например гладкая шпилька или длинный гвоздь без шляпки, который послужит осью вращения
• Небольшой шариковый подшипник или стеклянная бусина для легкого вращения оси при слабом ветре
• Легкая деревянная рейка или алюминиевая трубка длиной сорок сантиметров для горизонтальной стрелы
• Лист тонкого пластика или жести толщиной около одного миллиметра для вырезания стрелки-указателя и хвостового оперения
• Прямоугольная металлическая пластина размером десять на пятнадцать сантиметров весом около двухсот граммов для измерения силы ветра
• Крестовина из двух металлических прутков с буквенными обозначениями сторон света

Сборка механизма

Сначала изготавливается подвижная стрела. На один конец рейки крепится заостренная стрелка, а на противоположный монтируется широкое хвостовое оперение в форме трапеции. Площадь хвоста должна превышать площадь наконечника минимум в четыре раза, чтобы флюгарка четко разворачивалась хвостом по ветру, а острием навстречу потоку.

Центр тяжести стрелы с готовым хвостом и стрелкой находится путем балансировки на пальце. Точно в этой точке сверлится вертикальное сквозное отверстие под центральную ось. Сверху над осью на подвижной части стрелы свободно подвешивается металлическая пластина на шарнире или двух проволочных кольцах. Рядом крепится дуга с делениями от нуля до восьми, по которой фиксируется угол отклонения пластины.

Неподвижная часть состоит из мачты и жестко закрепленной на ней крестовины румбов. При монтаже крестовины используют обычный магнитный компас или картографическое приложение смартфона, ориентируя указатель N строго на север с учетом магнитного склонения твоей местности.

Методика проведения месячных наблюдений

Точность исследования держится на соблюдении регламента. Единичные замеры не показывают климатической картины двора, поэтому наблюдения проводят каждый день в течение тридцати дней подряд.

Выбор места для установки

Главная ошибка подобных проектов заключается в монтаже флюгера прямо на балконные перила или под свес крыши. В таких местах возникают локальные завихрения от стен, искажающие реальную картину. Прибор следует вынести на открытое пространство двора на шесте высотой не менее двух-трех метров либо закрепить на коньке крыши хозпостройки, если двор частный.

График и параметры фиксации

• Замеры производятся строго в фиксированные часы дважды в день, например в девять часов утра и в двадцать один час вечера
• Направление ветра определяют по положению стрелки относительно неподвижной крестовины, записывая один из восьми основных румбов
• При штиле, когда флюгер неподвижен, в журнале ставится прочерк или буква Ш
• Силу ветра фиксируют по отклонению подвесной пластины и дублируют визуальной оценкой по шкале Бофорта
• Параллельно в отдельную графу выписывают официальные данные с ближайшей метеорологической станции для последующего сопоставления

Шкала Бофорта помогает перепроверить показания пластины по окружающим предметам. Ноль баллов означает полный штиль и неподвижный дым. При двух баллах шелестят листья и чувствуется легкое движение воздуха кожей лица. Четыре балла поднимают пыль и раскачивают мелкие ветки. Шесть баллов начинают качать толстые сучья деревьев и затрудняют движение человека против ветра.

Обработка данных и построение розы ветров

По истечении тридцати дней табличные записи переводят в графическую форму. Роза ветров представляет собой восьмилучевую круговую диаграмму, наглядно отражающую режим перемещения воздуха над конкретной территорией за исследуемый период.

Порядок построения графика включает несколько последовательных шагов.

1. На листе миллиметровой бумаги чертят две перпендикулярные оси, соответствующие направлениям север-юг и восток-запад
2. Через центральную точку проводят две диагональные линии, обозначающие северо-восток, юго-восток, юго-запад и северо-запад
3. Выбирают масштаб, например один сантиметр отрезка равен двум дням с данным направлением ветра
4. Подсчитывают общее количество дней для каждого из восьми румбов по записям утренних или вечерних наблюдений
5. Откладывают полученные отрезки от центра наружу по соответствующим лучам и соединяют концы прямыми линиями в замкнутый многоугольник
6. Количество дней полного штиля записывают цифрой внутри центрального кружка

Для научной полноты проекта строят сразу две розы ветров на одном листе. Одну вычерчивают по собственным замерам во дворе, а вторую пунктирной линией по данным официального метеоцентра города за этот же месяц. Сравнение этих двух фигур наглядно показывает микроклиматические особенности двора, обусловленные рельефом и плотностью застройки.