風(fēng)的測量-氣象儀器1

1、氣象儀器第七章 風(fēng)的測量2022/9/2527.1 概述7.2 風(fēng)向的測量7.3 風(fēng)速的測量7.4 EL型風(fēng)向風(fēng)速計(jì)7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)7.6 測風(fēng)儀器的安裝與檢定7.1 概述風(fēng)的定義2022/9/253 空氣的運(yùn)動(dòng)可分解成垂直的和水平的兩個(gè)分量。垂直分量稱為空氣的垂直運(yùn)動(dòng)（如對(duì)流運(yùn)動(dòng)）。風(fēng)就是空氣的水平運(yùn)動(dòng)，它是一個(gè)矢量，風(fēng)的運(yùn)動(dòng)既有速度又有方向。因此風(fēng)的觀測包括風(fēng)向和風(fēng)速兩項(xiàng)。 。 風(fēng)的測量值應(yīng)包括瞬時(shí)值和平均值兩部分。 “平均值”是指在一定時(shí)段內(nèi)的平均； “瞬時(shí)值”可認(rèn)為在一個(gè)相當(dāng)短的取樣時(shí)段內(nèi)的平均，或稱為“光滑值”。7.1 概述風(fēng)的定義2022/9/254 空氣的運(yùn)動(dòng)可分解成垂直的和水

2、平的兩個(gè)分量。垂直分量稱為空氣的垂直運(yùn)動(dòng)（如對(duì)流運(yùn)動(dòng)）。風(fēng)就是空氣的水平運(yùn)動(dòng)，它是一個(gè)矢量，風(fēng)的運(yùn)動(dòng)既有速度又有方向。因此風(fēng)的觀測包括風(fēng)向和風(fēng)速兩項(xiàng)。 ?！捌骄怠笔侵冈谝欢〞r(shí)段內(nèi)的平均“瞬時(shí)值”可認(rèn)為在一個(gè)相當(dāng)短的取樣時(shí)段內(nèi)的平均，或稱為“光滑值”風(fēng)的測量值應(yīng)包括平均值和瞬時(shí)值兩部分。7.1 概述風(fēng)的定義 2022/9/255 風(fēng)向指風(fēng)的來向指在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)頻率最多的風(fēng)向 最多風(fēng)向指在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)風(fēng)向的平均值 平均風(fēng)向 風(fēng)速指空氣質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的水平距離 最大風(fēng)速指在某個(gè)時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的平均風(fēng)速中的最大值。 瞬時(shí)風(fēng)速空氣微團(tuán)的瞬時(shí)水平移動(dòng)速度。在自動(dòng)氣象站中，瞬時(shí)風(fēng)速是指3s的平均風(fēng)

3、速 極大風(fēng)速指某個(gè)時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的瞬時(shí)風(fēng)速的最大值。 平均風(fēng)速指某個(gè)時(shí)段內(nèi)風(fēng)速的平均值。地面氣象觀測中，從給定時(shí)間段內(nèi)選取任意10min的平均風(fēng)速最大值作為該時(shí)間的最大風(fēng)速7.1 概述風(fēng)的定義2022/9/256 風(fēng)是所有氣象要素中隨時(shí)間變化最劇烈的一個(gè)要素。在觀測中為了取得具有一定代表性的風(fēng)向、風(fēng)速資料、風(fēng)的觀測一般是取某一時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。 實(shí)驗(yàn)表明：取10min時(shí)間段內(nèi)的平均值即可達(dá)到一定代表性的要求。在大多數(shù)風(fēng)的陣性漲落不大的情況下，取12min時(shí)間端內(nèi)的平均值，也可達(dá)到一定代表性的要求。氣象臺(tái)站觀測中，一般是取2min的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向，自記儀器是取10min的平均風(fēng)速和最多

4、風(fēng)向。如何取得具有代表性的風(fēng)資料？7.1 概述風(fēng)的定義 2022/9/257 陣風(fēng)（風(fēng)的陣性）是指瞬時(shí)風(fēng)向風(fēng)速在平均值附近漲落的變化和分布特征。 陣風(fēng)的定義是：在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)（10min）內(nèi)，風(fēng)速偏離其平均值的一個(gè)正的或負(fù)的偏距，其持續(xù)時(shí)間不超過2min者。 風(fēng)的陣性在航空、航海、大氣污染和放射性微塵的擴(kuò)散等方面都有廣泛的應(yīng)用。 陣風(fēng)的觀測主要有兩個(gè)變量：風(fēng)速和風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差、陣風(fēng)風(fēng)峰值。7.1 概述單位 2022/9/258 風(fēng)速的常用單位是m/s 1m/s = 3.6 km/h 記錄風(fēng)速取一位小數(shù) 風(fēng)向以10作為一個(gè)單位，用電碼01、02、36來表示，以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)向

5、儀器精度較低時(shí)，一般用16個(gè)方位表示，用英文縮寫符號(hào)記錄。7.1 概述單位2022/9/2597.1 概述單位2022/9/25107.1 概述單位2022/9/2511 零級(jí)煙柱直沖天，一級(jí)青煙隨風(fēng)偏；二級(jí)輕風(fēng)吹臉面，三級(jí)葉動(dòng)紅旗展；四級(jí)枝搖飛紙片，五級(jí)帶葉小樹搖；六級(jí)舉傘步行艱，七級(jí)迎風(fēng)走不便；八級(jí)風(fēng)吹樹枝斷，九級(jí)屋頂飛瓦片；十級(jí)拔樹又倒屋，十一二級(jí)陸上很少見。風(fēng)級(jí)歌7.1 概述2022/9/2512當(dāng)沒有測定風(fēng)向風(fēng)速的儀器，或儀器出現(xiàn)故障時(shí)，可目測風(fēng)向風(fēng)力估計(jì)風(fēng)力 根據(jù)風(fēng)對(duì)地面或海面物體的影響而引起的現(xiàn)象，按風(fēng)力等級(jí)表估計(jì)，并記錄相應(yīng)風(fēng)速的中數(shù)值目測風(fēng)向 根據(jù)炊煙、旌旗、布條展開方向及人

6、的感覺，按八個(gè)方位估計(jì)。目測風(fēng)向風(fēng)力時(shí)，觀測者應(yīng)站在空曠處，多選幾個(gè)物體認(rèn)真觀察，以盡量減少估計(jì)誤差7.1 概述風(fēng)的測量方法2022/9/2513測量風(fēng)向風(fēng)向標(biāo)測量風(fēng)速風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)、風(fēng)車風(fēng)速計(jì)、螺旋槳式風(fēng)速計(jì)、熱線風(fēng)速表、超聲波風(fēng)速表同時(shí)測量風(fēng)向和風(fēng)速 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)等測量高空風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)廓線雷達(dá)7.2 風(fēng)向的測量風(fēng)向標(biāo) 2022/9/2514尾 翼感受風(fēng)力的部件，在風(fēng)力的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，使指向桿不斷調(diào)整取向，與風(fēng)向保持一致指向桿指示風(fēng)的來向平衡錘裝在指向桿上，以使整個(gè)風(fēng)向標(biāo)對(duì)支點(diǎn)（旋轉(zhuǎn)主軸）保持重力矩平衡轉(zhuǎn)動(dòng)軸風(fēng)向標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，并通過它帶動(dòng)一些傳感元件使風(fēng)向標(biāo)指示的度數(shù)傳送到室內(nèi)的

7、指示儀表上風(fēng)向標(biāo)外形可分為尾翼、平衡錘、指向桿、轉(zhuǎn)動(dòng)軸四部分7.2 風(fēng)向的測量 風(fēng)向標(biāo) 2022/9/2515 當(dāng)風(fēng)的來向與風(fēng)向標(biāo)成某一交角時(shí)，風(fēng)對(duì)風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生壓力，這個(gè)力可以分解成平行和垂直于風(fēng)向標(biāo)的兩個(gè)風(fēng)力。由于風(fēng)向標(biāo)頭部受風(fēng)面積比較小，尾翼受風(fēng)面積比較大，因而感受的風(fēng)壓不相等，垂直于尾翼的風(fēng)壓產(chǎn)生風(fēng)壓力矩，使風(fēng)向標(biāo)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，直至風(fēng)向標(biāo)頭部正好對(duì)風(fēng)的來向時(shí)，由于翼板兩邊受力平衡，風(fēng)向標(biāo)就穩(wěn)定在某一方位。7.2 風(fēng)向的測量 風(fēng)向標(biāo) 2022/9/2516風(fēng)向標(biāo)的設(shè)計(jì)要求1.在小風(fēng)時(shí)能反應(yīng)風(fēng)向的變動(dòng)，即有良好的啟動(dòng)性能；2.具有良好的動(dòng)態(tài)特性，即能迅速準(zhǔn)確地跟蹤外界的風(fēng)向變化7.2 風(fēng)向的測

8、量 風(fēng)向標(biāo) 2022/9/2517為了使風(fēng)向標(biāo)靈敏，可以在重量一定的前提下，加大尾翼的面積，加大其壓力中心到垂直軸的距離（力臂），減小軸部摩擦等。為了使風(fēng)向標(biāo)穩(wěn)定，則需要適當(dāng)減小風(fēng)向標(biāo)的重量，減小轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和增大受風(fēng)面積，也可以改進(jìn)風(fēng)標(biāo)的形狀?？梢娺@兩個(gè)要求有時(shí)是互相矛盾的，需要設(shè)計(jì)成哪種形式，要根據(jù)測量任務(wù)來決定。7.2 風(fēng)向的測量 風(fēng)向標(biāo) 2022/9/2518 雙葉型（雙尾型）：尾部兩翼有20度的張角，增大了垂直方向上的風(fēng)壓，靈敏性較好，同時(shí)由于張角的存在，風(fēng)向標(biāo)作慣性轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受到擺回平衡位置的力也要大些，因此穩(wěn)定性高。缺陷：尾翼對(duì)氣流的破壞嚴(yán)重。 菱形風(fēng)向標(biāo)體積、重量小靈敏度好；尾翼透空

9、，氣流從尾翼通過，形成強(qiáng)氣流，使尾翼不易擺動(dòng)，并能將尾部的渦流帶走，使得氣流穩(wěn)定，-穩(wěn)定性好7.2 風(fēng)向的測量 風(fēng)向標(biāo) 2022/9/2519 流線型（翼剖面型）：具有菱形風(fēng)向標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，但是：制造上比較困難，容易變形（達(dá)因式風(fēng)速計(jì)就是采用這種風(fēng)標(biāo)） 單葉型（單尾型）：靈敏性、穩(wěn)定性不夠理想實(shí)測中應(yīng)用較少7.2 風(fēng)向的測量風(fēng)向標(biāo)的動(dòng)態(tài)特性2022/9/2520對(duì)于風(fēng)向標(biāo)，當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，它將經(jīng)過一個(gè)阻尼簡諧振動(dòng)產(chǎn)生過量指示而逐漸趨于穩(wěn)定。儀器的響應(yīng)取決于環(huán)境量、儀器的響應(yīng)速度和加速度。7.2 風(fēng)向的測量風(fēng)向信號(hào)的傳送和指示2022/9/2521 風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)的風(fēng)向必須傳遞到地面的指示儀表上，以觸點(diǎn)式

10、最為簡單，風(fēng)向標(biāo)帶動(dòng)觸點(diǎn)，接通代表風(fēng)向的燈泡或記錄筆電磁鐵，作出風(fēng)向的指示或記錄，但它的分辨只能做到一個(gè)方位22.5。7.2 風(fēng)向的測量風(fēng)向信號(hào)的傳送和指示格雷碼式2022/9/25227.2 風(fēng)向的測量風(fēng)向信號(hào)的傳送和指示格雷碼式2022/9/2523格雷碼盤由等分的同心圓組成，由內(nèi)到外分別做0、20、21、22、23、24、25、26、27等份，相鄰兩份做透光和不透光處理，（圖中涂黑的表示不透明，未涂黑的處表示透明）通過位于碼盤兩側(cè)同一半徑上的光電耦合器件對(duì)輸出相應(yīng)的格雷碼。當(dāng)光通過碼盤的透明部分時(shí)，光電耦合器件接收到的信號(hào)為“1”；當(dāng)光通過碼盤的不透明部分時(shí)，接收到的信號(hào)為“0”。常用7

11、位，分辨率為2.8度7.2 風(fēng)向的測量風(fēng)向信號(hào)的傳送和指示格雷碼式2022/9/2524 格雷碼最大的優(yōu)點(diǎn)是每進(jìn)一位只有其中的一位數(shù)發(fā)生0與1之間的變化，因?yàn)榧词拱l(fā)生誤讀也只能產(chǎn)生一位碼的誤差，這對(duì)保證測量風(fēng)向的精度是大有好處的。格雷碼盤固定在風(fēng)向標(biāo)的軸上。當(dāng)碼盤隨著風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過光電轉(zhuǎn)換線路，把光電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到指示、記錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)格雷碼與風(fēng)向標(biāo)角度的轉(zhuǎn)換。7.3 風(fēng)速的測量旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì) 旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)部分是一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的組件。常見的有風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)、螺旋槳 式風(fēng)速計(jì)。2022/9/25257.3 風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì) 目前普遍采用的測定風(fēng)速的儀器是風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)

12、，它的感應(yīng)部分是由三個(gè)或四個(gè)圓錐形或半球形的空杯組成。空心杯殼固定在互成120的三叉星形支架上或互成90的十字形支架上，杯的凹面順著一個(gè)方向排列，整個(gè)橫臂架則固定在一根垂直的旋轉(zhuǎn)軸上。2022/9/25267.3 風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)2022/9/2527 當(dāng)風(fēng)從左方吹來時(shí)，風(fēng)杯1與風(fēng)向平行，風(fēng)對(duì)風(fēng)杯1的壓力在最直于風(fēng)杯軸方向上的分力近似為零。風(fēng)杯2與3同風(fēng)向成60度角相交，對(duì)風(fēng)杯2而言，其凹面迎著風(fēng)，承受的風(fēng)壓最大;風(fēng)杯3其凸面迎風(fēng)，風(fēng)的繞流作用使其所受風(fēng)壓比風(fēng)杯2小，由于風(fēng)杯2與風(fēng)杯3在垂直于風(fēng)杯軸方向上的壓力差，而使風(fēng)杯開始順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，起始的壓力差越大，產(chǎn)生的加速度越大，

13、風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)越快。 風(fēng)杯開始轉(zhuǎn)動(dòng)后，由于杯2順著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，受風(fēng)的壓力相對(duì)減小，而杯3迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，所受風(fēng)壓相對(duì)增大，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過一段時(shí)間后（風(fēng)速不變時(shí)），作用在三個(gè)風(fēng)杯上的分壓差為零時(shí)，風(fēng)杯就變作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣根據(jù)風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速（每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)）就可以確定風(fēng)速的大小。7.3 風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)2022/9/2528 當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)同軸的多齒截光盤或磁棒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電路得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)換算后就能得出實(shí)際風(fēng)速值。7.3 風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)2022/9/2529目前新型轉(zhuǎn)杯風(fēng)速表均是采用三杯的，并且錐形杯的性能比半球形的好實(shí)驗(yàn)認(rèn)為三杯

14、優(yōu)于四杯一是三杯的旋轉(zhuǎn)力矩在整個(gè)回旋過程中分布比較均勻，轉(zhuǎn)動(dòng)比較穩(wěn)定二是同樣的材料和結(jié)構(gòu)，單位質(zhì)量所得到旋轉(zhuǎn)力矩是三杯大于四杯，因此比較靈敏7.3 風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)2022/9/2530當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)氣流速度風(fēng)速減小時(shí)，由于慣性影響，轉(zhuǎn)速卻不能立即下降旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速表在陣性風(fēng)里指示的風(fēng)速一般是偏高的成為過高效應(yīng)（產(chǎn)生的平均誤差約為10%）過高效應(yīng)還會(huì)受到垂直氣流和風(fēng)向脈動(dòng)的影響7.3 風(fēng)速的測量螺旋槳式風(fēng)速計(jì) 2022/9/2531 電扇由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)，在葉片前后產(chǎn)生一個(gè)壓力差，推動(dòng)氣流流動(dòng)。螺旋漿式風(fēng)速計(jì)的工作原理恰好與此相反，對(duì)準(zhǔn)氣流的葉片系統(tǒng)受到風(fēng)壓的

15、作用，產(chǎn)生一定的扭力矩使葉片系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。這種能量如果加以利用就是風(fēng)力發(fā)電。 螺旋槳式風(fēng)速計(jì)是由若干片槳葉按一定角度等間隔地裝置在一鉛直面內(nèi)。7.3 風(fēng)速的測量螺旋槳式風(fēng)速計(jì) 2022/9/2532 螺旋槳式風(fēng)速計(jì)的葉片旋轉(zhuǎn)平面應(yīng)始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)的來向，因此它的感應(yīng)部分需要與風(fēng)向結(jié)合在一起。風(fēng)向標(biāo)部分則制成與風(fēng)機(jī)機(jī)身相似的外形，保持良好的流線型。 在以下假設(shè)情況下，經(jīng)過計(jì)算可知螺旋槳式風(fēng)速計(jì)的轉(zhuǎn)速與外界風(fēng)速成正比。 葉片是一個(gè)扁平薄板，當(dāng)氣流的方向與葉片的基線一致時(shí)，葉片上不受力的作用不考慮機(jī)械摩擦和空氣對(duì)葉片的阻力葉片系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，沒有帶起旋轉(zhuǎn)氣流葉片系統(tǒng)正前方的氣流速度等于遠(yuǎn)處的風(fēng)速7.3 風(fēng)速的測量

16、2022/9/2533 三軸風(fēng)速計(jì)：利用三個(gè)風(fēng)車風(fēng)速計(jì)測量風(fēng)速 x，y 和 z 分量的儀器7.3 風(fēng)速的測量熱線風(fēng)速表 2022/9/2534 熱線風(fēng)速表是利用一根被加熱的金屬絲置于空氣中，散熱速率與周圍空氣的流速有關(guān)的特性來測量風(fēng)速。被加熱的金屬絲，它所產(chǎn)生的熱量為 式中I為流過熱線的電流，Rt為熱線電阻。與此同時(shí)，在速度為v的氣流中，一根垂直于氣流的金屬絲，它散失到空氣中的熱量為式中系數(shù)A代表分子的散熱作用， 代表氣流的作用。對(duì)于某一熱線風(fēng)速表，A、B均為常系數(shù)， t-為熱線與氣溫的溫差。7.3 風(fēng)速的測量熱線風(fēng)速表 2022/9/2535 當(dāng)v足夠大時(shí)，則可忽略分子散熱。當(dāng)熱量交換達(dá)到平

17、衡時(shí)，Q1=Q2。 從上式可知，若固定加熱電流I，即可確定v與t-的關(guān)系；若固定熱線與空氣的溫差t-，則可確定出v與I的關(guān)系。前者稱為恒流式，后者為恒溫式。7.3 風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表 2022/9/25367.3 風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表 2022/9/2537 聲風(fēng)速表是利用聲波在空氣中的傳播速度與風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系測量風(fēng)速的。靜止空氣中的聲音速度為：其中為質(zhì)量熱容比，Tsv為有聲絕對(duì)溫度，與氣溫絕對(duì)溫度T的關(guān)系為氣溫20時(shí)，干空氣中的聲音傳播速度是343.5m/s。7.3 風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表 2022/9/2538 假設(shè)氣流速度V的三個(gè)分量為Vx、Vy 、Vz ，聲波的某一相位面從坐標(biāo)原點(diǎn)到達(dá)(

18、x, y ,z)所需要的時(shí)間t時(shí) 設(shè)y與z為零，等相位從(0,0,0)到達(dá)點(diǎn)(d,0,0)和點(diǎn)(-d,0,0)的時(shí)間分別為t1和t27.3 風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表 2022/9/2539如果把兩個(gè)超聲波發(fā)射元件G1和G2、兩個(gè)接收元件R1和R2安置成如右圖所示。R1接收G1發(fā)射的聲波，R2接收G2發(fā)射的聲波，同時(shí)測出時(shí)間t1和t2，通過適當(dāng)?shù)碾娮泳€路得t1+ t2到和t1- t2的數(shù)值，通過公式就可計(jì)算出風(fēng)速V在x方向的分量。同理，沿y軸和z軸各裝兩對(duì)發(fā)射與接收裝置，測定風(fēng)速V在y和z方向的分量。7.3 風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表 2022/9/2540 陰影效應(yīng)：由于繞流的作用，迎風(fēng)面的探頭，在其背后會(huì)

19、產(chǎn)生一定的尾流區(qū)域，這種現(xiàn)象將導(dǎo)致聲波傳播路徑偏長，而使計(jì)算風(fēng)速值偏低，這種效應(yīng)稱之為“陰影效應(yīng)”。 陰影效應(yīng)的大小取決于探頭的外形以及風(fēng)矢量與超聲探頭軸線之間的夾角。夾角為90度時(shí)，效應(yīng)為0。7.3 風(fēng)速的測量激光風(fēng)速儀 2022/9/2541 激光風(fēng)速儀是建立在激光技術(shù)和多普勒頻移原理的基礎(chǔ)上，通過頻率測量來測定風(fēng)速的。 激光通過大氣層時(shí)，大氣層中的氣溶膠粒子對(duì)入射光有散射效應(yīng)，而運(yùn)行的氣溶膠粒子將使散射光的頻率產(chǎn)生多普勒頻移效應(yīng)。在接收器內(nèi)比較發(fā)射光的參考光和散射光的頻差，就可確定運(yùn)載氣溶膠粒子的氣流速度。 激光風(fēng)速儀測得的風(fēng)速并不是真正的大氣流動(dòng)速度，而是懸浮于氣流中的散射粒子的運(yùn)動(dòng)速

20、度。因?yàn)榱Ｗ优c流體的密度有顯著差異，粒子不可能完全跟隨流體運(yùn)動(dòng)，其速度總會(huì)有差異，這就造成了激光測量的誤差。7.3 風(fēng)速的測量輕便風(fēng)向風(fēng)速儀 2022/9/2542 輕便風(fēng)向風(fēng)速儀是測量風(fēng)向和一分鐘內(nèi)平均風(fēng)速的儀器，它用于野外考查和儀器損壞時(shí)的備份儀器。 7.3 風(fēng)速的測量海島自動(dòng)測風(fēng)系統(tǒng) 2022/9/2543 該系統(tǒng)是專門為測量海島出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng)而設(shè)計(jì)的，其特點(diǎn)是具有較好的測強(qiáng)風(fēng)能力。 系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：一個(gè)是自動(dòng)采集部分，另一個(gè)是接收部分。采集部分由風(fēng)向風(fēng)速傳感器、數(shù)據(jù)處理器、調(diào)制解調(diào)器、無線電收發(fā)訊機(jī)、太陽能板和蓄電池組成。接收部分由計(jì)算機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、無線電收發(fā)訊機(jī)和打印機(jī)組成。采集部

21、分對(duì)風(fēng)向風(fēng)速傳感器采樣，然后計(jì)算出風(fēng)向風(fēng)速的平均值。通過無線通訊實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)到接收部分的傳輸。有日照時(shí)，采集部分用太陽能電池對(duì)蓄電池充電。 7.3 風(fēng)速的測量風(fēng)速的傳送和指示2022/9/2544 傳送和指示風(fēng)速的方法有機(jī)械式、電接式、電機(jī)式、磁感式和光電式即多齒光盤等。其中最常用的是多齒光盤。 多齒光盤固定在風(fēng)杯軸上，盤上有等距的孔，光盤上面裝有發(fā)光二極管，下面裝有光敏三極管。當(dāng)風(fēng)杯帶著光盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于孔的不連續(xù)性，光敏三極管時(shí)而導(dǎo)通時(shí)而截止，形成光脈沖信號(hào)，每一個(gè)脈沖信號(hào)代表一定的風(fēng)程。這樣就能得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號(hào)。由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可得到實(shí)際的風(fēng)速。7.4 EL型電接風(fēng)向風(fēng)

22、速計(jì) 電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)是由感應(yīng)器、指示器、記錄器組成的有線遙測儀器感應(yīng)器風(fēng)速部分風(fēng)向部分指示器瞬時(shí)風(fēng)速指示部分瞬時(shí)風(fēng)向指示部分記錄器瞬時(shí)風(fēng)速記錄部分瞬時(shí)風(fēng)向記錄部分風(fēng)向部分由風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)向方位塊、導(dǎo)電環(huán)、接觸簧片等組成風(fēng)速部分由風(fēng)杯、交流發(fā)電機(jī)、蝸輪等組成 7.4 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)7.4 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)固定在底座防水罩內(nèi)的方位盤，有內(nèi)外兩環(huán)，外環(huán)是導(dǎo)電環(huán)，內(nèi)環(huán)分成八塊，互相絕緣，稱方位塊；裝在風(fēng)標(biāo)座防水罩內(nèi)的叫風(fēng)向電接簧片，簧片上有三個(gè)電接點(diǎn)。隨著風(fēng)標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)，外面的一個(gè)電接點(diǎn)在導(dǎo)電環(huán)上滑動(dòng)，靠里的兩個(gè)電接點(diǎn)在方位塊上滑動(dòng)，這兩個(gè)電接點(diǎn)的距離等于半個(gè)方位塊的寬度。隨著風(fēng)向的不同，三個(gè)電接點(diǎn)

23、就停在不同的位置上，里面的兩個(gè)電接點(diǎn)可能停在一個(gè)方位塊上，也可能停在相鄰的兩個(gè)方位塊上。這樣，當(dāng)風(fēng)標(biāo)帶動(dòng)電接簧片在方位塊上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就可指示出16個(gè)方位。7.4 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì) 當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)蝸輪，并通過撥鉤推凸輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)速電接簧片的一端在凸輪表面滑動(dòng)，當(dāng)凸輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上面一個(gè)簧片先從凸輪最高點(diǎn)跌下來，與下面一個(gè)簧片接觸，緊接著下面一個(gè)簧片也從凸輪最高點(diǎn)跌下來，于是上下簧片斷開，完成一次電接。風(fēng)速愈大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)得愈快，單位時(shí)間內(nèi)電接的次數(shù)也就愈多。由于每吹過200米風(fēng)程（風(fēng)杯轉(zhuǎn)過80圈），接點(diǎn)就接觸一次，記錄器風(fēng)速筆尖就在自記紙風(fēng)速坐標(biāo)上向上或向下移動(dòng)1/3格(三次移動(dòng)一格)。根

24、據(jù)筆尖10分鐘內(nèi)在自記紙上移動(dòng)的格數(shù)就可以求出當(dāng)時(shí)的平均風(fēng)速 。風(fēng)杯軸同時(shí)還帶動(dòng)磁鋼在定子線圈中轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈上就產(chǎn)生交流電動(dòng)勢，其數(shù)值基本上與風(fēng)速成正比例。7.4 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)風(fēng)向指示器上有一個(gè)八燈盤，用來觀測瞬時(shí)風(fēng)向。風(fēng)向標(biāo)上的八個(gè)方位塊通過電纜分別與指示器內(nèi)八個(gè)小燈泡相連接，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)所在的位置，有一個(gè)或相鄰兩個(gè)小燈泡經(jīng)過感應(yīng)器的方位塊接通負(fù)極。所以，這個(gè)或相鄰的兩個(gè)燈泡就點(diǎn)亮了，指示出相應(yīng)的風(fēng)向。7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá) 2022/9/2550 風(fēng)廓線雷達(dá)是一種遙感高空風(fēng)向、風(fēng)速分布的儀器。當(dāng)向大氣層發(fā)射一束無線電波時(shí)，由于溫度和濕度的湍流脈動(dòng)，大氣折射指數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的漲落，雷達(dá)

25、波束的電磁波信號(hào)將被散射，其中的后向散射部分將產(chǎn)生一定功率的回波信號(hào)。這種回波信號(hào)與大氣中的云雨質(zhì)點(diǎn)回波散射有所不同，稱之為晴空散射。由于散射氣團(tuán)隨風(fēng)漂移，沿雷達(dá)波束徑向的風(fēng)速分量的大小將導(dǎo)致回波信號(hào)產(chǎn)生一定量的多普勒頻移，測定回波信號(hào)的頻移值可以直接計(jì)算出某一層大氣沿雷達(dá)波束徑向的風(fēng)速分量值。7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá) 2022/9/2551 風(fēng)廓線雷達(dá)是近20多年來發(fā)展起來的新型測風(fēng)遙感設(shè)備。它以晴空大氣作為探測對(duì)象，利用大氣對(duì)電磁波的散射進(jìn)行風(fēng)場的測量。風(fēng)廓線雷達(dá)發(fā)射的電磁波在大氣的傳播過程中，因大氣折射率的不均勻分布而產(chǎn)生散射，其中，后向散射能量被風(fēng)廓線雷達(dá)所接收，根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)

26、目標(biāo)物相對(duì)雷達(dá)波束方向存在徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收信號(hào)的頻率和發(fā)射信號(hào)的頻率產(chǎn)生偏差，稱為Doppler頻移，根據(jù)Doppler頻移，再經(jīng)過一定的信號(hào)與數(shù)據(jù)處理可以得到大氣的風(fēng)場信息。另外，為了進(jìn)行距離的測量，雷達(dá)發(fā)射的是脈沖波，根據(jù)回波信號(hào)返回的時(shí)間來確定回波的位置。通過Doppler測速和無線電測距原理的結(jié)合，風(fēng)廓線雷達(dá)得到不同高度上的風(fēng)場信息，從而獲取大氣風(fēng)廓線資料。 7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá) 2022/9/2552風(fēng)廓線雷達(dá)探測具有3個(gè)突出的特點(diǎn):(1)獲取資料的時(shí)間和空間分辨率高，風(fēng)廓線雷達(dá)的測量具有很高的時(shí)間和空間分辨率。測量數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔可以短到幾分鐘，數(shù)據(jù)的空間分辨率一般在幾十

27、米的量級(jí)，可以給出較密的廓線資料。從此意義上講風(fēng)廓線雷達(dá)的測量具有連續(xù)和實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。 (2)獲取資料的種類多，風(fēng)廓線雷達(dá)能夠提供多種氣象信息。風(fēng)廓線及其隨時(shí)間的演變是風(fēng)廓線雷達(dá)提供的基本氣象資料，包括水平風(fēng)廓和垂直風(fēng)廓線等。在獲取風(fēng)場資料的同時(shí)，從連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)序列中，可以分析出切變線、大氣重力波動(dòng)和大氣穩(wěn)定度等信息。通過多波束的測量可以估算水平散度和變形量等更多的氣象信息。從Doppler譜寬可以獲取湍流信息，從雷達(dá)反射率可以得到反映湍流強(qiáng)度的湍流結(jié)構(gòu)常數(shù)。總之，風(fēng)廓線雷達(dá)在提供詳細(xì)的風(fēng)場結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間演變的同時(shí)，還能夠提供大量的可以用于大氣科學(xué)研究和天氣預(yù)報(bào)的有用信息。特別是，常規(guī)探測手段

28、很難獲取這些資料。 (3)遙感方式，風(fēng)廓線雷達(dá)屬于遙感設(shè)備，特別適合需要無球探測的場合，如機(jī)場的測風(fēng)應(yīng)用。 7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá) 2022/9/2553(2)獲取資料的種類多，風(fēng)廓線雷達(dá)能夠提供多種氣象信息。風(fēng)廓線及其隨時(shí)間的演變是風(fēng)廓線雷達(dá)提供的基本氣象資料，包括水平風(fēng)廓和垂直風(fēng)廓線等。在獲取風(fēng)場資料的同時(shí)，從連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)序列中，可以分析出切變線、大氣重力波動(dòng)和大氣穩(wěn)定度等信息。通過多波束的測量可以估算水平散度和變形量等更多的氣象信息。從Doppler譜寬可以獲取湍流信息，從雷達(dá)反射率可以得到反映湍流強(qiáng)度的湍流結(jié)構(gòu)常數(shù)?？傊?，風(fēng)廓線雷達(dá)在提供詳細(xì)的風(fēng)場結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間演變的同時(shí)，還能

29、夠提供大量的可以用于大氣科學(xué)研究和天氣預(yù)報(bào)的有用信息。特別是，常規(guī)探測手段很難獲取這些資料。 7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá) 2022/9/2554 (3)遙感方式，風(fēng)廓線雷達(dá)屬于遙感設(shè)備，特別適合需要無球探測的場合，如機(jī)場的測風(fēng)應(yīng)用。 風(fēng)廓線雷達(dá)在火箭發(fā)射保障、飛機(jī)起降，軍事射彈風(fēng)修正、空氣污染潛勢預(yù)報(bào)和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)以及城市環(huán)境氣象應(yīng)用服務(wù)等許多方面都有著廣泛的應(yīng)用前景。7.5 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá) 2022/9/2555風(fēng)廓線雷達(dá)探測具有3個(gè)突出的特點(diǎn):(1)獲取資料的時(shí)間和空間分辨率高，風(fēng)廓線雷達(dá)的測量具有很高的時(shí)間和空間分辨率。測量數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔可以短到幾分鐘，數(shù)據(jù)的空間分辨率一般在幾十米的量級(jí)，可以給出較密的廓線資料。從此意義上講風(fēng)廓線雷達(dá)的測量具有連續(xù)和實(shí)時(shí)的特