Beaufort-Skala

Die Beaufortskala ist eine Skala zur Klassifikation von Winden nach ihrer Geschwindigkeit. Es handelt sich um das am weitesten verbreitete System zur Definition der Windgeschwindigkeit.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Die zwölfstufige Skala wurde von Sir Francis Beaufort im Jahre 1806 während seines Kommandos auf dem Schiff Woolwich entwickelt. Die Maßeinheit dieser Skala lautet daher Beaufort, abgekürzt Bft. Als Messinstrument diente ihm dabei das Gesamtverhalten der Segel seines Schiffes bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten. Vordenker dieser Idee waren John Smeaton und Thomas Rouse [1], die 1759 das Verhalten von Windmühlenflügeln in der Smeaton-Rouse-Skala beschrieben hatten. Beauforts Leistung bestand vor allem darin, die Skalierung landunabhängig zu machen. 1835 wurde die Beaufortskala auf der Ersten Internationalen Meteorologischen Konferenz in Brüssel als allgemein gültig angenommen. Die Windgeschwindigkeit wird wegen der Herkunft aus der Seefahrt in Knoten angegeben.

1949 wurde die Skala auf Beschluss der Internationalen Meteorologischen Organisation auf 17 Stufen erweitert, im Jahre 1970 führte die Nachfolgeorganisation WMO wieder die alte 12-teilige Skala ein.

Anwendungsbereich

Zwischen Windgeschwindigkeit v und Beaufort-Stärke B (kaufmännisch gerundet) besteht dabei nach der Revision der Beaufortskala von 1946 folgender Zusammenhang[2]:


v = 0{,}8360 \mathrm{~m/s} \cdot B^{3/2}\ ,

wobei v die Windgeschwindigkeit 10 Meter über der Oberfläche ist. Für andere Einheiten gilt angenähert:


v = 1{,}625 \mathrm{~kn} \cdot B^{3/2}

bzw.


v = 3{,}010 \mathrm{~km/h} \cdot B^{3/2}

Umgekehrt kann vereinfacht gerechnet werden:


B \approx \frac{v+10 \mbox{ kn}}{6 \mbox{ kn}}

(Diese Annäherung führt nur bei Windstärken zwischen 3 und 10 Bft zu Fehlern < 0,5 Bft. Unter praktischen Bedingungen auf See ist der Fehler jedoch meist vernachlässigbar.)


Üblicherweise werden die letzten Stellen des Geschwindigkeitsbetrags auf- bzw. abgerundet, je nachdem, ob es sich um die untere oder obere Geschwindigkeitsgrenze der jeweiligen Windstärke handelt. Windstärke 9 Bft, das heißt B zwischen 8,5 und 9,4, entspricht also einer Windgeschwindigkeit zwischen 20,8 und 24,4 m/s, 10 Bft entsprechend 24,5 bis 28,4 m/s usw.

Dieses Potenzgesetz gilt jedoch nur für die Stärken 0 bis 12 (in der erweiterten Skala auch bis 16), da die Skala offiziell hier endet. In extremen Fällen oder für Stürme auf anderen Planeten, etwa dem Mars, wird die Windgeschwindigkeit direkt angegeben.

Der Winddruck steigt mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit und damit mit dem Kubus der Beaufort-Zahl. Da die Beaufort-Zahl jedoch nur die Geschwindigkeit und nicht die von der Höhe und der Temperatur abhängige Luftdichte berücksichtigt, ist die Zuordnung von Beaufort-Windstärke und Winddruck nicht eindeutig. Ein Sturm der Beaufort-Zahl 11 auf einem 6000 Meter hohen Berg entwickelt nur etwa den halben Winddruck wie ein Sturm der gleichen Beaufort-Stärke in Meereshöhe.

Die in Wetterkarten und Wetterberichten angegebenen Beaufort-Werte beziehen sich nicht auf die Spitzenböen (die leicht doppelt so stark sein können), sondern auf einen 10-minütigen Mittelwert.

Auf der Suche, was neben dem Quadrat für den Staudruck die dritte Potenz in der Formel für eine praktische Bedeutung haben könnte, stößt man auf das Widerstandsmoment im Querschnitt biegebelasteter Stäbe. Es ändert sich mit der dritten Potenz des Durchmessers bei runden bzw. des Trägheitsradius bei beliebigen Querschnitten. Das führt im Sinne von Beaufort zu der praktisch-anschaulichen und auch auf Landobjekte übertragbaren, freilich um weitere Bedingungen verkürzten, Aussage: Bei gleicher Besegelung bricht doppelte Windstärke doppelte Mastdurchmesser.

Beaufort-Skala nach phänomenologischen Kriterien

Windstärke
in Bft
Bezeichnung der Windstärke Bezeichnung des Seeganges (Windsee) Beschreibung
Wirkung an Land Wirkung auf dem Meer
0 Windstille völlig ruhige, glatte See keine Luftbewegung, Rauch steigt senkrecht empor spiegelglatte See
1 leiser Zug ruhige, gekräuselte See kaum merklich, Rauch treibt leicht ab, Windflügel und Windfahnen unbewegt leichte Kräuselwellen
2 leichte Brise schwach bewegte See Blätter rascheln, Wind im Gesicht spürbar kleine, kurze Wellen, Oberfläche glasig
3 schwache Brise Blätter und dünne Zweige bewegen sich, Wimpel werden gestreckt Anfänge der Schaumbildung
4 mäßige Brise leicht bewegte See Zweige bewegen sich, loses Papier wird vom Boden gehoben kleine, länger werdende Wellen, überall Schaumköpfe
5 frische Brise mäßig bewegte See größere Zweige und Bäume bewegen sich, Wind deutlich hörbar mäßige Wellen von großer Länge, überall Schaumköpfe
6 starker Wind grobe See dicke Äste bewegen sich, hörbares Pfeifen an Drahtseilen, in Telefonleitungen größere Wellen mit brechenden Köpfen, überall weiße Schaumflecken
7 steifer Wind sehr grobe See Bäume schwanken, Widerstand beim Gehen gegen den Wind weißer Schaum von den brechenden Wellenköpfen legt sich in Schaumstreifen in die Windrichtung
8 stürmischer Wind mäßig hohe See große Bäume werden bewegt, Fensterläden werden geöffnet, Zweige brechen von Bäumen, beim Gehen erhebliche Behinderung ziemlich hohe Wellenberge, deren Köpfe verweht werden, überall Schaumstreifen
9 Sturm hohe See Äste brechen, kleinere Schäden an Häusern, Ziegel und Rauchhauben werden von Dächern gehoben, Gartenmöbel werden umgeworfen und verweht, beim Gehen erhebliche Behinderung hohe Wellen mit verwehter Gischt, Brecher beginnen sich zu bilden
10 schwerer Sturm sehr hohe See Bäume werden entwurzelt, Baumstämme brechen, Gartenmöbel werden weggeweht, größere Schäden an Häusern; selten im Landesinneren sehr hohe Wellen, weiße Flecken auf dem Wasser, lange, überbrechende Kämme, schwere Brecher
11 orkanartiger Sturm schwere See heftige Böen, schwere Sturmschäden, schwere Schäden an Wäldern (Windbruch), Dächer werden abgedeckt, Autos werden aus der Spur geworfen, dicke Mauern werden beschädigt, Gehen ist unmöglich; sehr selten im Landesinneren brüllende See, Wasser wird waagerecht weggeweht, starke Sichtverminderung
12 Orkan außergewöhnlich schwere See schwerste Sturmschäden und Verwüstungen; sehr selten im Landesinneren See vollkommen weiß, Luft mit Schaum und Gischt gefüllt, keine Sicht mehr

Bilder

Beaufort-Skala nach Windgeschwindigkeiten und Wellenhöhen

Windstärke
in Bft
Windgeschwindigkeit Wellenhöhe (m)
m/s km/h mph kn Tiefsee (Atlantik) Flachsee (Nord- und Ostsee)
0 0,0 − <0,3 0 0 − <1,2 0 − <1
1 0,3 − <1,6 1 − 5 1,2 − <4,6 1 − <4 0,0 − 0,2 0,05
2 1,6 − <3,4 6 − 11 4,6 − <8,1 4 − <7 0,5 − 0,75 0,6
3 3,4 − <5,5 12 − 19 8,1 − <12,7 7 − <11
4 5,5 − <8,0 20 − 28 12,7 − <18,4 11 − <16 0,8 − 1,2 1,0
5 8,0 − <10,8 29 − 38 18,4 − <25,3 16 − <22 1,2 − 2,0 1,5
6 10,8 − <13,9 39 − 49 25,3 − <32,2 22 − <28 2,0 − 3,5 2,3
7 13,9 − <17,2 50 − 61 32,2 − <39,1 28 − <34 3,5 − 6,0 3,0
8 17,2 − <20,8 62 − 74 39,1 − <47,2 34 − <41 mehr als 6,0 4,0
9 20,8 − <24,5 75 − 88 47,2 − <55,2 41 − <48
10 24,5 − <28,5 89 − 102 55,2 − <64,4 48 − <56 bis 20,0 5,5
11 28,5 − <32,7 103 − 117 64,4 − <73,6 56 − <64 > 20,0
12 >32,7 >117 >73,6 >64

Quellen

  1. http://www.sizes.com/natural/beaufort.htm
  2. http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/contents.html

Weblinks


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