Vento – conversão da direção



Eu costumo dizer que o vento é o melhor exemplo de vetor na natureza. É uma grandeza, que se eu disser apenas o módulo, pode não ajudar muita coisa. Por exemplo, se eu digo que o vento em um furacão foi de 150 km/h, é possível ter uma idéia de sua força, de sua capacidade de destruição. Inclusive existe uma escala chamada Saffir-Simpson que determina a capacidade de destruição de um furacão usando como base a intensidade de sua velocidade:

Escala de Furacões Saffir-Simpson. Fonte: Wikipedia
Escala de Furacões Saffir-Simpson. Fonte: Wikipedia

Para os tornados, também existe uma escala que relaciona intensidade e capacidade de destruição. Chama-se Escala Fujita:

Escala Fujita Melhorada. Fonte: Wikimedia Commons
Escala Fujita Melhorada. Fonte: Wikimedia Commons

 

Leia aqui também sobre a Escala Fujita e sobre a Escala Fujita Melhorada.

E para aplicações menos radicais, há a Escala Beaufort. Foi provavelmente a primeira escala que relaciona velocidade do vento e destruição que pode ser causada. Foi criada no século XIX pelo almirante britânico Francis Beaufort e nesse mesmo século já era amplamente utilizada pela marinha daquele país.

Escala Beaufort. Fonte: Wikimedia Commons
Escala Beaufort. Fonte: Wikimedia Commons

Em nenhuma das escalas acima, é mencionada a direção do vento, ou seja, de onde o vento veio. Para fins de verificação se ele foi destrutivo ou não, a intensidade do vento já basta.  E para explicar de onde os ventos vem, nada mais natural do que usar a Rosa dos Ventos:

 Rosa-dos-ventos. Fonte: Wikimedia Commons
Rosa-dos-ventos. Fonte: Wikimedia Commons

É importante saber de onde os ventos vem pois isso ajuda a determinar as propriedades trazidas por ele. Por exemplo, aqui em São Paulo-SP sabemos que se o vento sopra persistentemente da direção sul (S) ou de qualquer direção próxima (SE, SSE, ..), ele é um vento que está trazendo propriedades do Sul. No inverno, sabemos que é certamente um vento que traz ar frio e faz as temperaturas ficarem menores.

Os ventos inclusive podem ter nomes locais. Lembrei de 2 exemplos que agora me ocorrem e que caracterizam ventos que trazem ar frio em duas regiões completamente diferentes:

Vento Minuano: nos Estados da Região Sul do Brasil, usam o nome vento minuano para se referir a um vento que vem de quadrante Sul e é sinal de temperaturas em queda.

Vento Mistral: na França, usa-se esse nome para caracterizar um vento NO (Noroeste). É um vento típico de outono, caracterizado por ser frio e seco. Esse vento é comum na região da Provença, Córsega e Baleares. Na Itália, chamam esse vento de maestrale.

Se você perguntar para um meteorologista qual a pior variável meteorológica para trabalhar, ele certamente dirá que é o vento. Além dos problemas das conversões de unidades (no Brasil usamos m/s ou km/h, enquanto nos EUA usam mph), também há a questão de como organizar esses dados e como fazer gráficos. Alguns colocam o módulo (intensidade) ao lado da direção (usando as abreviações da Rosa-dos-Ventos). Por exemplo:

10 km/h N

Lembre-se que o vento é um vetor! Sendo assim, podemos decompô-lo em duas componentes. Normalmente os meteorologistas usam até letras específicas para isso:

– Componente Zonal – u :  ao longo de uma linha de latitude.

– Componente Meridional – v: ao longo de uma linha de meridiano

Fica mais fácil se a gente tiver um desenho ilustrativo:

wind_vect_convs

Em vermelho, temos as direções zonal e meridional (u e v). Esse esquema permite que a gente consiga obter as equações que relacionam a direção e a intensidade com as componentes zonal e meridional. Leia mais aqui.

Sendo assim, em componentes u/v teríamos que 10 km/h N ficaria:

u=10 km/h

v=0 km/0

Se fosse 10km/g na direção S, ficaria:

u=-10 km/h

v=0 km/0

Os valores u e v (zonal e meridional) podem resultar em valores negativos, dependendo da direção do vento, conforme a convenção apresentada na figura acima.

Para chegar nesses valores, utiliza-se trigonometria básica. Não vou escrever aqui as demonstrações para chegar até as equações e já vou colocá-las aqui:

eqn_phi_met_to_uv

Onde:

vH: intensidade do vento (km/h, m/s, knot, mph…)

– ΦMET: direção do vento (°). O índice MET é para lembrar que o valor em graus não é como no círculo trigonométrico que estamos acostumados em matemática. Na verdade, 0° representa N (norte) e os valores dos graus vão aumentando no sentido horário. Abaixo, uma tabela que relaciona a direção da rosa-dos-ventos com a direção em graus:

tabela_graus

O oposto também é possível. As equações seriam:

eqn_uv_to_speed

eqn_uv_to_phi_met

Leia mais informações sobre a conversão de intensidade/módulo para zonal/meridional aqui.

Os sensores de vento (anemômetros digitais) dão o valor da velocidade em °. Normalmente, considera-se uma faixa em ° para relacionar com as direções cardinais (da rosa-dos-ventos). Por exemplo, a faixa entre 348,75° até 11,25° corresponde a direção N. Veja a tabela abaixo:

 

direcoes

Convertendo unidades:

1) Metros por segundo (m/s) para Quilômetros por hora (km/h):

1 m/s = 3,6 km/h

Conversão online.
2) Nós (knot) para Quilômetros por hora (km/h):  

1 knot  = 1,85200 km/h

Conversão online.

3) Milhas por hora (mph) para  Quilômetros por hora (km/h) –  O fator de conversão é o seguinte:

1.0 mi/h = 1,609 km/h

Conversão online.