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Wie wird der Wind gemessen? Anemometer und Windfahnen erklärt

Von Dietmar Kramer • Zuletzt aktualisiert am 5. April 2022

wie-misst-man-windWindgeschwindigkeit und -richtung sind zwei der vielen Variablen, die Meteorologen bei der Wetterbeobachtung im Auge behalten.

Die Geschwindigkeit und die Richtung des Windes können wichtige Anhaltspunkte für das Verständnis des Wetters liefern und sogar eine Rolle bei der Vorhersage zukünftiger Bedingungen spielen.

In der nördlichen Hemisphäre zum Beispiel bringt ein Südwind oft wärmere Luft mit sich, während Nordwinde in der Regel kühlere Luft mit sich bringen.

Die Geschwindigkeit, mit der diese Winde wehen, ist unterschiedlich. Unter dem Einfluss eines Hochdruckgebiets sind die Winde oft schwach, während ein Tiefdruckgebiet in der Regel für windigere Bedingungen sorgt.

Die Beobachtung des Windes und der darauf folgenden Wetterbedingungen kann dir helfen, das kommende Wetter vorherzusagen, indem du einfach beobachtest, wie schnell und woher der Wind weht.

Wie wird der Wind gemessen?

starker-wind-messungDie Windgeschwindigkeit ist ein Maß dafür, wie schnell sich der Wind bewegt.

In den Vereinigten Staaten und in Großbritannien wird sie in Meilen pro Stunde gemessen, in anderen Ländern in Kilometern pro Stunde. Auf See und in der Luftfahrt wird sie in Knoten gemessen. Ein Knoten entspricht einer Seemeile pro Stunde, genau 1,852 km/h (etwa 1,15078 mph).

Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Windgeschwindigkeiten, die du in deinem abendlichen Wetterbericht siehst, nicht die genaue Windgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt sind. Es handelt sich um einen Durchschnittswert der Windgeschwindigkeit der letzten zwei Minuten, der aus einer Reihe von 24 Fünf-Sekunden-Durchschnittswerten berechnet wird.

Mit anderen Worten: Die gemeldete Geschwindigkeit gibt nie genau an, wie schnell der Wind in diesem Moment weht.

Um dich noch mehr zu verwirren, sind die bei Hurrikanen vorhergesagten anhaltenden Windgeschwindigkeiten eigentlich ein einminütiger Durchschnitt.

Meteorologen interessieren sich auch für eine andere Windmessung, die so genannte Böe. Diese Messung ist die höchste momentane Windgeschwindigkeit, die innerhalb der letzten zehn Minuten gemessen wurde.

Böen werden nur dann erwähnt, wenn der Wind mindestens 10 Knoten höher ist als die niedrigste gemessene Windgeschwindigkeit (aus den einzelnen Messwerten, die zur Berechnung des Zwei-Minuten-Durchschnitts herangezogen werden).

Außerdem wird die Windspitze angegeben, d.h. die höchste Windböe, die seit der letzten Beobachtung gemessen wurde (die Beobachtungen werden einmal pro Stunde durchgeführt). Die Windspitze ist immer gleich oder größer als die Windböe, die im Rahmen der Beobachtung gemeldet wurde.

Der Deutsche Wetterdienst gibt bei besonders starkem Wind Warnungen heraus. Es gibt mehrere verschiedene Arten, darunter:

  • Windwarnung: wird herausgegeben, wenn anhaltende Winde von 50 bis 62 km/h für eine Stunde oder länger und/oder Windböen von 74 bis 91 km/h für eine beliebige Dauer erwartet werden.
  • Windwarnmeldung: Wird ausgegeben, wenn anhaltende Winde von 64 km/h oder mehr für eine Stunde oder länger oder Windböen von 93 km/h oder mehr für eine beliebige Dauer möglich sind.
  • Warnung vor starkem Wind: wird herausgegeben, wenn anhaltende Winde von 64 km/h oder mehr für eine Stunde oder länger oder Windböen von 93 km/h oder höher für eine beliebige Dauer erwartet werden oder auftreten.
  • Warnung vor extremem Wind: wird herausgegeben, wenn anhaltende Winde von 185 km/h oder mehr von nicht-tornadischen Wetterereignissen (Derechos, Hurrikans, etc.) innerhalb einer Stunde erwartet werden.

Was braucht man, um Wind zu messen?

Wie werden also Windgeschwindigkeiten gemessen?

Das Instrument, das wir verwenden, heißt Anemometer, und es gibt zwei Haupttypen.

Schalenanemometer

Schalenanemometer-Wind-messenDas Schalensternanemometer ist das traditionelle Instrument, um die Windgeschwindigkeit zu messen.

Es besteht aus drei oder vier konischen oder halbkugelförmigen Bechern, die auf der Seite liegen und an einem zentralen Mast befestigt sind, der sich frei drehen kann.

Wenn der Wind weht, drehen sich diese Schalen und die Anzahl der Umdrehungen innerhalb einer Minute wird gezählt und dann in Windgeschwindigkeit umgerechnet.

Früher mussten Meteorologen diese Zählung vornehmen, was bei windigen Verhältnissen manchmal sehr schwierig war. Heutzutage zählt ein Computer die Rotation und führt die Berechnungen für uns durch, was diesen Prozess vereinfacht.

Schallanemometer

Einige professionelle Stationen und Heim-Wetterstationen verwenden Schallanemometer, um den Wind zu messen. Sie werden oft in extremen Umgebungen eingesetzt, da sie keine beweglichen Teile haben.

Das Fehlen beweglicher Teile minimiert die Wartungskosten und macht sie bei widrigen Wetterbedingungen (z.B. salzhaltige Luft und Staub) langlebiger als herkömmliche Schalen- und Flügelradanemometer.

Ein Schallanemometer misst die Windgeschwindigkeit und -richtung, indem es misst, wie stark die Schallwellen, die zwischen zwei Schallwandlern übertragen werden, durch die Wirkung des Windes beschleunigt oder verlangsamt werden.

Im Gegensatz zum Schalenanemometer kann das Schallanemometer auch die Windrichtung messen, so dass eine Windfahne in diesen Aufbauten überflüssig ist.

Anemometer und Arten von Windmessgeräten

Manche Leute denken, dass Windkraftanlagen nicht sicher sind, weil Stürme sie gefährlich schnell drehen können.

Das stimmt nicht ganz: Alle großen Windturbinen sind mit Bremsen ausgestattet, die ihre Drehung stoppen, wenn der Wind zu stark bläst (und sie haben auch Anemometer eingebaut, um die Geschwindigkeit zu messen).

Aber es stimmt natürlich, dass sich Windturbinen umso schneller drehen und mehr Strom erzeugen, je stärker der Wind weht. Hier hast du einen Hinweis darauf, wie ein einfacher Anemometer funktionieren könnte.

Stell dir vor, du baust dir ein Miniatur-Windrad auf dem Tisch und schließt es an einen Stromgenerator an (ein Elektromotor, der rückwärts verdrahtet ist, so dass er Strom erzeugt, wenn du seine zentrale Achse drehst).

Je schneller sich die Rotorblätter drehen, desto schneller dreht sich der Generator und desto höher ist die Stromstärke, die er erzeugt.

Wenn du also den Strom misst, hast du eine einfache Möglichkeit, die Windgeschwindigkeit zu messen. Bevor du ein solches Instrument benutzt, musst du es natürlich kalibrieren.

Mit anderen Worten: Du musst wissen, wie viel Strom durch einige wenige Winde mit bekannter Geschwindigkeit erzeugt wird.

Das würde dir helfen, die mathematische Beziehung zwischen Windgeschwindigkeit und Stromstärke herauszufinden, damit du die Geschwindigkeit eines unbekannten Windes einfach durch Messen der Stromstärke ermitteln kannst.

Mechanische Anemometer

Einige der einfachsten Anemometer funktionieren genau auf diese Weise. Sie sind kaum mehr als ein Stromgenerator, der in einem abgedichteten Metallzylinder montiert ist, aus dem eine Achse nach oben ragt.

Oben auf der Achse befinden sich mehrere große Becher, die den Wind einfangen und den Generator zum Drehen bringen. Propelleranemometer funktionieren auf ähnliche Weise. Wie Miniaturwindturbinen verwenden sie kleine Propeller, um ihre Generatoren anzutreiben, anstatt sich drehende Becher.

Einige Anemometer haben anstelle der Becher oder Propeller etwas, das wie ein kleiner Ventilator aussieht. Wenn der Wind weht, dreht er die Ventilatorblätter und einen winzigen Generator, an dem sie befestigt sind und der ein bisschen wie ein Fahrraddynamo funktioniert.

Der Generator ist mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die die Windgeschwindigkeit sofort auf einem digitalen Display anzeigt.

Ultraschall-Anemometer

Ultraschall-Anemometer-WindmessgeraetDu weißt wahrscheinlich, dass sich Schall ausbreitet, indem er Luftmoleküle hin- und herbewegt. Es ist ziemlich offensichtlich, dass die Windgeschwindigkeit die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der sich der Schall ausbreitet.

Wenn du einem Freund zurufst, der windabwärts von dir steht, hörst du seine Stimme etwas früher als bei Windstille. Wenn er oder sie zurückruft, hörst du seine oder ihre Stimme etwas später, weil die Schallwellen, die er oder sie erzeugt, gegen den Wind ankämpfen müssen, um dich zu erreichen.

Die gleiche Idee wird auf geniale Weise in Ultraschallanemometern genutzt, die die Windgeschwindigkeit mit Hilfe von Hochfrequenzschall messen (normalerweise über dem Bereich, den Menschen hören können).

Ein Ultraschall-Anemometer hat zwei oder drei Paare von Schallsendern und -empfängern, die im rechten Winkel zueinander angebracht sind. Wenn du es in den Wind hältst, sendet jeder Sender ständig Hochfrequenzschall an den jeweiligen Empfänger.

Elektronische Schaltkreise im Inneren messen die Zeit, die der Schall braucht, um von jedem Sender zum entsprechenden Empfänger zu gelangen. Je nachdem, wie der Wind weht, beeinflusst er einige der Schallstrahlen stärker als die anderen und verlangsamt oder beschleunigt sie geringfügig.

Die Schaltkreise messen den Geschwindigkeitsunterschied der Strahlen und nutzen ihn, um herauszufinden, wie schnell der Wind weht.

Wie wird die Windrichtung gemessen?

Die Windrichtung ist eine wichtige Messung für Meteorologen, denn sie kann oft Hinweise auf das zukünftige Wetter geben.

Es ist wichtig zu wissen, dass die gemessene Windrichtung angibt, woher der Wind weht, und nicht, wohin er bläst.

Ein Nordwind weht also von Norden nach Süden, ein Westwind von Westen nach Osten und so weiter. Am häufigsten wird der Wind mit einer Windfahne gemessen.

Windfahne

Eine Windfahne (auch Wetterfahne genannt) ist ein Instrument, das dir die Richtung des Windes anzeigt.

Windfahnen sind einfach aufgebaut – sie bestehen aus einem Arm mit einer Flosse an einem Ende und einem Zeiger am anderen Ende. Dieser Arm sitzt auf einer Spindel, so dass er sich auf einer horizontalen Ebene mit dem Wind bewegen kann.

Bei dekorativen Windfahnen gibt es außerdem einen festen Sockel, der anzeigt, in welche Richtung Norden, Süden, Osten und Westen liegen.

Wenn der Wind weht, zeigt dir die Windfahne an, aus welcher Richtung der Wind kommt. Der Zeiger zeigt die Richtung an, aus der der Wind kommt, während die größere Flosse in die Richtung gedrückt wird, in die der Wind geht.

Bei Nordwind zeigt der Zeiger zum Beispiel auf das “N” auf einer Windfahne.

Windsack

windsack-flughafenEin weiteres Hilfsmittel, um den Wind zu messen, ist ein Windsack.

Windsäcke sind vor allem an Flughäfen zu finden, um den Piloten die Richtung und Stärke des Windes anzuzeigen. Sie werden auch in Chemiewerken und auf Bohrinseln eingesetzt, wo sie helfen, das Risiko der Luftverschmutzung zu verringern und zu überwachen.

Manche Leute mögen einfach nur ihr Aussehen, und es gibt auch Windsäcke, die rein dekorativ sind.

Ein Windsack zeigt in die Richtung, in die der Wind bläst. Wenn also das spitz zulaufende Ende des Windsacks nach Norden zeigt, deutet das auf einen Südwind hin.

Du kannst die Windgeschwindigkeit auch abschätzen, indem du dir den Winkel des Windsackes im Verhältnis zum Mast ansiehst, wenn der Wind durch ihn hindurchbläst. Jeder abwechselnde orangefarbene und weiße Streifen entspricht einer Windgeschwindigkeit von 3 Knoten, wobei ein vollständig ausgefahrener Windsack eine Windgeschwindigkeit von 15 Knoten oder mehr (28 km/h) anzeigt.

Die Windgeschwindigkeit kann in Meilen oder Kilometern pro Stunde gemessen werden. Es wurden jedoch auch andere Skalen zur Messung der Windgeschwindigkeit entwickelt.

Die Beaufort-Skala zum Beispiel wurde 1805 entwickelt. Sie kategorisiert die Windgeschwindigkeit in 12 verschiedene Stufen, die jeweils den tatsächlichen Windgeschwindigkeiten entsprechen.

Messung von Böen und Windintensität

Da Wind ein Element ist, das sich in sehr kurzen Zeiträumen schnell verändert, wird er mit hoher Frequenz (alle 0,25 Sekunden) gemessen, um die Intensität von Böen oder kurzzeitigen Geschwindigkeitsspitzen zu erfassen, die bei Stürmen den größten Schaden anrichten.

Die Böengeschwindigkeit und -richtung wird durch die maximale durchschnittliche Windgeschwindigkeit von drei Sekunden in einem beliebigen Zeitraum definiert.

Ein besseres Maß für die Gesamtwindintensität ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit und -richtung über einen Zeitraum von zehn Minuten vor dem Meldezeitpunkt. Der durchschnittliche Wind über andere Mittelungszeiträume kann ebenfalls berechnet werden.

Ein Sturm ist definiert als ein Oberflächenwind mit einer mittleren Geschwindigkeit von 34-40 Knoten, gemittelt über einen Zeitraum von zehn Minuten. Begriffe wie “schwerer Sturm”, “Sturm” usw. werden auch verwendet, um Winde von 41 Knoten oder mehr zu beschreiben.

Warum man Dinge nicht immer genau messen kann?

Das Messen von Dingen ist die Grundlage der Wissenschaft, aber es ist wichtig, es nicht zu übertreiben.

Auch mit brillant genauen wissenschaftlichen Instrumenten kannst du Messungen vornehmen, die keine wirkliche Bedeutung oder keinen Wert haben, wenn du nicht sorgfältig darüber nachdenkst, was du tust.

Ein gutes Windmessgerät zeigt die Windgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von ±0,5 m/s (±2km/h oder ±1mph) an, aber das ist oft viel genauer, als du brauchst. Denke daran, dass die Windgeschwindigkeit nicht konstant ist, sondern ständig schwankt!

Wenn du dich also nicht in einem Windkanal befindest, in dem die Geschwindigkeit konstant ist und es auf genaue Messungen ankommt, ist jede Messung, die du vornimmst, bestenfalls ein grober Richtwert dafür, wie schnell sich die Luft tatsächlich bewegt.

Du wirst feststellen, dass die Meteorologen dies bei ihren Angaben oft berücksichtigen. Sie geben eine grundlegende Windgeschwindigkeit (in Meilen oder km pro Stunde) an und sagen dir auch, wie hoch die Böen (Höchstgeschwindigkeit) sein werden.

Aber niemand kann dir genau sagen, wie schnell sich die Luft an einem bestimmten Ort bewegen wird, denn das hängt stark von der örtlichen Geografie ab – von Hügeln, Bäumen, Häusern, Tälern, die den Wind ableiten, und so weiter.

Fazit

Windgeschwindigkeit und -richtung sind eine wichtige Wettermessung, die oft übersehen wird.

Die meisten Menschen machen sich nur Gedanken darüber, ob es heiß oder kalt ist und ob es sonnig oder regnerisch ist.

Die Messung des Windes hilft Meteorologen bei der Vorhersage dieser Wetterbedingungen, denn die Bewegung der Luft bringt Temperaturveränderungen mit sich und treibt Stürme über die Erdoberfläche.

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