《气象仪器和观测方法指南》(第六版)第13章高空风的测量

第13章高空风的测量

13.1 概述

13.1.1定义

以下定义摘自《全球观测系统手册》（WMO1981）

测风气球的观测（Pilot-ballon observation ）：由光学经纬仪跟踪一自由浮升气球确定高空风。

无线电测风（Radio wind observation）:用电子方法跟踪一自由浮升气球确定高空风。

无线电探空测风（Raw in so nde observatio n）:—种无线电探空和无线电测风相结合的观测方法。

高空观测（Upper-air observation）: —种在自由大气中直接或间接进行的气象观测。

高空风观测（Upper-wind observation）:在大气中规定高度进行的风的观测或在大气中完整的高空风速和风向的探测结果。

本章将主要探讨光学经纬仪和无线电测风观测方法。气球技术、用特殊平台、特殊设备或间接用

遥感技术测量的方法，将在第n编的有关章节中介绍。

13.1.2高空风测量的单位

高空风的风速通常使用的单位是米/秒或节（海里/时），有时也使用千米/时。风向以气流的来向

为准，以正北起算的度表示。在陆地测站高空压、温、湿、风（TEMP报告中，风向约整至最近的5°。

报告达到这种准确度的分辨率是由最先进的测风系统完成的，特别适用于高空风非常强的时候。更准

确的风向报告，尽量使用BUFR（二进制）编码，在要求最高准确度时使用。

用来指示高空观测值垂直位置的位势单位是标准位势米，符号为m （原文如此，我国采用gpm） *,

定义为0.980655动力米。在对流层中位势高度很接近以m （几何米）表示的高度。高空风报告中的

高度是海拔高度，但在计算时用从观测站求算的高度较方便。

13.1.3气象要求

13.1.3.1 在气象业务中的使用

高空风的观测主要应用于所有尺度和所有纬度的业务气象预报，也用于质量场（温度和相对湿度）

的观测。高空风对保证飞机航行的安全和经济非常重要。高空风测定的不准确性是制约现代火炮准确

性的主要因素。因此也影响着军事行动的安全性。高空风和风的垂直切变测定是否准确，将直接危及空中运输工具和其它类型火箭施放的成功。可靠的高空风垂直切变数据对环境污染的预测十分重要。

13.1.3.2 报告程序中的改进

高空风通常以在各气层中的平均值输入数值天气预报模式。各气层的厚度依赖于同预报相关的大

气运动尺度，这些数据并非是必须在各标准气压或高度输入的，但常需转换至各标准气压高度，就像把局地气压观测值转换成海平面气压。所以，在高空风报告中准确地表明风在不同标准层之间的变化

是很重要的。这就要进行附加的转换以确保各标准层报告的风是准确的。

早些年，高空风探测的处理采用手工操作或借助于小的计算器，因此要作出垂直风结构的详细报

告是不现实的。但是，价廉的计算机系统的出现，保证了在与气象业务和科学研究有关的详细资料能够得到及时处理和报

告。高空风报告必须具有足够的信息，才能清楚地确定在质量场内跨越各气层间

译注的界面上风的垂直切变，例如穿过逆温层的风切变或是在一垂直层有明显的风切变伴随相对湿度有大的变化，这些都应尽可能的在报告中反映。

当高空风使用FM-35-X Ext. TEMP（探空报）码或FM-32-1XPILOT （测风报）码（WMQ1995）报告时，在特性层间线性内插，偏差最高可达5ms-1，具有这种拟合限的自动算法所产生的误差，要比

观测误差大得多。有时编码过程也会降低在第12 章中所要求的准确度。这种误差可使用多种方法来

-1 -1

避免。在TEMF和PILOT的电文中就使用3ms的拟合限风速来取代5ms，在TEMP或PILOT发出前还要对高空风的测量细节进行认真的目视检查，把一些偏差在编辑过程中删除。使用适合的BUFR（二

进制码），可以不必进行通常必需的特性层的选择。

13.1.3.3 准确度要求

第12章附录12.A 中提出了高空风速和风向测量值的准确度要求。用标准风矢量表示的高空风测量值的性能误差限在第12章附录12.B 表1中也有概略介绍。另外，风向的系统误差一定要控制得尽可能地小，要远小于5°，特别是在高空风较强处。事实上很多维护良好的测风系统，可以提供标准矢量误差的高空风（2c）,在对流层低层中》3ms1,在对流层高层和平流层中》5~6ms （Nash, 1994）。

第12 章附录12.B 表1 中提到了不同测点有可能遇到的风速范围。大部分的高空风系统测量范围可达0〜

100ms1。但当系统主要测量低层风时，便无需设计如此大的风速范围。

高空风的垂直分辨率在平流层为300〜400m,在对流层为600〜800m （第12章附录12.B表1）,

更高的垂直分辨率（50~150m）将对在大气边界层（从地面到2km）中的各种气象业务都有应用。但

是，如果在提高分辨率有效益的情况下，跟踪系统必须保证可以支持较高垂直分辨率测风的准确度。

第12章附录12A中提到的最严格的高空风测量值的要求，是与中尺度大气运动的观测相关联的，

另外，很高准确度的高空风观测，常用于特殊的场合，例如火箭的发射。由于观测时间表要求十分接近指定的时间和地点, 因此要有一个十分认真的观测计划和确保准确度的详细说明。以下的大气变化

特性在观测中一定要关注。在相同高度（以300m的垂直分辨率取样）上进行两次无误差的高空风观

测的均方根矢量差，如果观测在同一时间，而且水平距离小于5km,则通常会小于1.5ms-1，如果观测

在同一地点，但时间间隔小于10min，也应记录。

13.1.3.4 最大高度要求

本章考虑的是用球载设备来观测高空风，在某些测点要求达到或超过35km,这已成为全球气候

观测系统的一部分。达到这样测量高度的气球比用小的气球携带无线电探空测风仪上升到20-25km 要

昂贵得多。

理想的高空测风站网, 必须适合于在对流层和低层平流层中, 从行星尺度到中尺度对所有运动尺度取样。这种观测站网也要求辨认出明显的小尺度的风结构, 相应的可使用高时间分辨率的遥感系统。然而在平流层的中层和高层, 为气象业务需要观测到的最多的运动尺度是较大的, 主要是行星尺度和

较大的天气尺度。因此所有在国家观测站网的观测站点的间距,是对对流层观测属于最佳的,它的探测高度无须超过

25km。如果本章描述的观测系统和第n编描述的测定系统协同使用，则所有运作费用将会降低。若是这样,国家基础技术