现代大气探测学第七讲地面风观测方法
地面风的测量
精确的方法有自整角机和光电码盘。 实际风向角——二进制码——格雷码
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用光电转换方 法把风向角度 转换成二进制 的角度编码
单位-米/秒 记录-定时观测取整数，自记记
录取一位小数
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▪ 1805年英国人F·蒲福根据风对地面（或海面） 物体的影响，提出风力等级表，几经修改后 得出蒲福风力等级表。
▪ 目测风时，根据风力等级表中各级风的特征， 即可估计出相应的风速。
▪ 地面风指离地平面10-12米高的风。
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11
等名 级称
气象台站观测中，一般是取两分钟的平均 风速和最多风向，自记仪器是取十分钟的平均风 速和最多风向
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风速风向平均
风速 算术平均法
计算平均风向时存在的问题：
▪ 在处理风向平均时需要特别注意风向过北 （即风向变化跨0º）时导致结果失真的问 题
▪ 四种方法： ▪ 算术平均法、标量平均法、矢量平均法以
及单位矢量法 14
陆上地物征象
0 静风 1 软风 2 轻风 3 微风 4 和风 5 劲风
6 强风
7 疾风 8 大风 9 烈风 10 狂风 11 暴风 12 飓风
静，烟直上 烟能表示风向，树叶略有摇动 人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动，旗飘动 树叶及小枝摇动不息，旗展开，高的草摇动不息 能吹起地面灰尘和纸张，树枝动摇。高的草呈波浪起伏 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。高的草波浪起伏明显
偏差衰减到初始值的 1/e， （e = 2.71828) 2. 0.3 < ζ < 1.0 (阻尼比) 3. 风速范围为 0.5 ~ 60 m/s 4. 线性度和分辨率为 ±2°~ ±5°
地面气象观测方法PPT课件
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主要内容
一、地面气象观测的组织工作 二、观测场的场地要求和仪器布局 三、常规地面气象要素的观测 四、自动气象观测系统 五、地面气象观测中可能存在的误
差分析 六、加密区域自动站简介
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一、地面气象观测的组织工作
（一）地面气象观测的作用
仪器安装要求：所有的观测仪器和设备 安装严格按照《地面气象观测规范》进行 安装，误差在允许的范围内。
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观 测 场 仪 器 布 局 图
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测量要素 气温
测量范围 -50～+50℃
相对湿度
0～100％
气压 风向
500～1100hPa（任 意200hPa）
0～360°
风速
0～60m/s
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干湿球温度表：通过在同一环境条件下的干球、湿球两支温度示值差
异，计算出湿度要素：水汽压、露点温度、相对湿度。属于间接测量
湿度的方法。
毛发湿度表：主要用于高原、高寒地区，利用不同湿度条件下，毛发
的伸缩量变化测量湿度，直接测量. 相对湿度。
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自动站采用铂电阻作为测温元件，根据铂电阻
的电阻值随温度变化的原理来测定温度的。铂电阻 丝烧制在细小的玻璃棒或磁板上，外面有金属保护 管。铂电阻在0 ℃时的电阻值R0为100Ω，以0℃作 为基点温度，在温度t时的电阻值Rt为
三、常规气象要素的观测
(二） 器测项目（7）
➢ 7. 冻土
冻土是指含有水分的土壤因温度下降到 0℃或以下而呈冻结的状态。
承担冻土观测的气象站，应根据埋入土中 的冻土器内水结冰的部位和长度，来测定冻 结层次及其上限和下限深度。
大气探测知识要点
第一章：总论大气探测：又称之为气象观测，是指对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行个别或系统的、连续的观察和测定，并对获得的记录进行整理的过程和方法。
大气探测的发展历史：世界地面气象探测网的建立是大气探测史上的第一次革命。
高空气象要素探测系统的发展是大气探测发展的第二次革命。
1960年美国发射第一颗气象卫星泰罗斯-1号，是遥感技术发展的标志，是大气探测的第三次革命。
随着科学与技术的发展，大气探测取得了显著的发展，主要表现在探测能力显著增强，自动化水平迅速提高，观测方法、观测网的设计和观测工具的配合得到重视，直接探测和遥感技术并存，各取所长，综合利用。
观测站的分类：（1）国家基准气候站（基准站）：是国家气候站的骨干；一般300-400公里设一站，每天观测24次。
（2）国家基本气象站（基本站）：是国家天气气候网中的主体；一般不大于150公里设一站，每天观测8次。
（3）国家一般气象站（一般站）：是国家天气气候站的补充；一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。
（4）无人值守气象站（无人站）：用于天气气候站网的空间加密；观测项目和发报时次可根据需要而定。
（5）高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。
时制：人工器测日照采用真太阳时，日界：人工器测日照以日落为日界，对时：台站观测时钟采用北京时。
未使用自动气象站的台站，观测用钟表要每日19时对时，保证误差在30秒之内。
地面气象观测场设置：观测场一般为25m×25m的平整场地。
仪器设施布置：要注意互不影响，便于观测操作。
大气探测资料必须具有代表性、准确性、比较性。
“三性”是大气探测工作的基本要求。
“三性”的联系：互相联系、互相制约。
观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。
第二章云的观测云是由大气中水汽凝结（凝华）而形成的微小水滴、过冷水滴、冰晶、雪晶，由它们单一或混合组成的，形状各异飘浮在天空中可见的聚合体。
其底部不接触地面我国地面气象观测规范中，按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类。
大气探测第七章：地面风观测
大气探测第七章：地面风观测
7.1 概 述
8．风的测量有什么意义？
（1）在天气预报方面，天气形势分析时需要风资 料。另外，大风多具灾害性，对航运、渔业生产及 军事活动的影响甚大，所以大风预报是风的预报的 重点。 （2）在城市规划方面，为了尽可能地减少工厂排 放的烟尘、废气对居住区的污染，城市规划尤其要 考虑风的影响。各地都可根据该地的风频统计进行 布局规划。
➢测风原理：
当风从左方吹来时，风杯（1）与风向平行，风对风 杯（1）的压力在垂直于风杯轴方向上的分力近似为 零。风杯（2）与（3）同风向成60·角相交，对风杯 （2）而言，其凹面迎着风，承受的风压最大;风杯 （3）其凸面迎风，风的绕流作用使其所受风压比风 杯（2）小，由于风杯（2）与风杯（3）在垂直于风 杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋 转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度 越大，风杯转动越快。
7.1 概 述
5．阵风：
➢阵风（风的阵性）：是指瞬时风向风速在 平均值附近涨落的变化和分布特性。WMO关 于“阵风”的定义是：在规定时间间隔（指十 分钟）内，风速偏离其平均值的一个正的或 负的偏距，其持续时间不超过两分钟者。 ➢阵风观测：主要有两个变量，风速和风向 的标准偏差、阵风峰值。
大气探测第七章：地面风观测
7.2 风的传感器
(2)菱型：是比较理想的风向标，体积和重 量都较小。尾翼透空，气流从尾翼透空部分 通过，形成一股强气流，使得尾翼不易摆动， 并将尾部形成的涡流带走，使空气稳定。所 以其灵敏性和稳定性都较好。
(3)流线型：具有菱型风向标的优点，但是 制造上较难，容易变形。
大气探测第七章：地面风观测
现在使用的分级标准是由1946年以来风力等级又做 了扩充，增到18个等级（0～17级）。 我国自2006年6月15日起实施新的热带气旋等级划 分，与过去不同的是：
地面气象观测(详细学习)
地面气象观测[详细学习]提到“地面气象观测”，人们一般会想到四四方方的气象观测场，洁白的百叶箱、温度计、风向标等，并把这些理解为地面的观测。
不过这样理解并不全面，因为天上的云、大气中的声、光、电等天气现象，也都属于地面气象观测的范围。
所以地面气象观测的定义应为：利用气象仪器和目力，对靠近地面的大气层的气象要素值，以及对自由大气中的一些现象进行观测。
地面气象观测的内容很多，包括气温、气压、空气湿度、风向风速、云、能见度、天气现象、降水、蒸发、日照、雪深、地温、冻土、电线结冻等。
在大气馆中我们会向气象爱好者介绍一些基本的观测项目。
地面气象观测的许多项目都是通过固定在观测场内的各种仪器进行的，所以气象站的站址和观测场地的选择以及维护，仪器的安装是否正确，都对资料的代表性、准确性和比较性有极大的影响。
一般说来，气象台站的地址应选在能代表其周围大部分地区天气、气候特点的地方，并且尽量避免小范围和局部环境的影响，同时应当选在当地最多风向的上风方，不要选在山谷、洼地、陡坡、绝壁上。
观测场要求四周平坦空旷并能代表周围的地形，观测场附近不应有任何物体。
孤立、不高的个别障碍物离观测场的距离，至少要在障碍物高度的三倍以上；宽大、密集、成片的障碍物，距离要在障碍物高度的十倍以上。
观测场周围十米范围内不能种植高杆作物，以保证气流畅通。
气象台站的房屋一般应建在观测场的北面。
另外，一个气象台站建成之后，要长期稳定，不要轻易搬家，因为轻易搬家不仅会影响观测资料的连续性，影响使用，还会造成很大浪费。
观测场内仪器安装的原则可以用以下二十四个字表示：保持距离，互不影响；北高南低，东西成行；靠近小路，便于观测。
地面气象观测分为定时观测和不定时观测两类。
定时观测是气象台站的基本观测，主要目的是为天气预报提供依据，积累资料，了解一个地方的气候变化规律，为经济建设服务。
一般地说，一天内观测次数越多，越能反映一个地方气象要素的变化。
但为了节约人力、物力，可以在一天中选择适当的有代表性的时间来进行。
地面气象观测基础知识
相关性分析
研究不同气象要素之间的相互关系。
模式识别
利用人工智能和机器学习方法识别气 象模式和事件。
06 观测误差与注意事项
观测误差来源
仪器误差
观测仪器本身存在的误差，如温度计、湿度 计等。
观测方法误差
由于观测方法不规范、不统一所引起的误差， 如云高观测、能见度观测等。
外界环境影响
如风、雨、雪、雾等天气现象对观测仪器的 影响。
02 观测项目与分类
观测项目
气温
观测气温的变化，包 括最高气温、最低气 温、平均气温等。
降水
观测降水的类型、强 度、频率和总量等。
风向风速
观测风的方向和速度， 包括风向标和风速计 的测量。
云和天气现象
观测云的类型和天气 现象，如晴朗、阴天、 雨、雪等。
气压
观测气压的变化，包 括最高气压、最低气 压和平均气压等。
04
观测仪器的使用与维护
01
使用前应检查仪器是否完好，确保没有损坏或误差。
02
使用时应按照仪器说明书进行操作，避免误操作导致数据失 真。
03
使用后应及时清洁仪器，并定期进行校准和维护，以确保其 准确性和可靠性。
04 观测方法与技术
云观测
01
云状分类
根据云的外形特征和结构特点， 将云分为积云、层云、卷云等不 同类型。
观测场地应设置明显的标志和边界，并保持场地整洁，以方便观测和数据 收集。
观测仪器介绍
01
温度计
用于测量气温，常用的有水银温度 计和酒精温度计。
气压计
用于测量大气压力，常用的有水银 气压计和数字气压计。
03
02
湿度计
用于测量空气湿度，常用的有干湿 球湿度计和毛发湿度计。
大气探测学 天气现象的观测
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双翻斗雨量传感器装在室外，主要由承水器 (常用口径为20cm)、上翻斗、汇集漏斗、计 量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。采集器或 记录器在室内，二者用导线连接，用来遥测并 连续采集液体降水量。
•双翻斗雨量传感器与记录器连接作为连续测量降水量的
仪器称为双翻斗雨量计。
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光学雨量计
工作原理：
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飑
突然发作的强风，持续时间短促。 出现时瞬间风速突增，风向突变，气象要素 随之亦有剧烈变化，常伴随雷雨出现。 瞬时风速达8m/s以上维持1小时，然后突然 减小，维持时间平均风速达11m/s。
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天气现象的自动识别
降水类型的自动识别 多采用光学、声波、雷达电磁波等探测技 术。 降水粒子的大小、形状、降落速度和浓度 导致了光信号的强度、频率等变化，基于 此判别降水类型。
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21.
龙卷
一种小范围的强烈旋 风，从外观看，是从 积雨云(或发展很盛的 浓积云)底盘旋下垂的 一个漏斗状云体。 有时稍伸即隐或悬挂 空中，有时触及地面 或水面，旋风过境， 对树木、建筑物、船 舶等均可能造成严重 破坏。
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22.
积雪
雪(包括霰、米雪、冰粒)覆盖地面达到台站 四周能见面积一半以上时，称为积雪。
14.
轻雾
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15.
露
水汽在地面及近地面 物体上凝结而成的水 珠. (霜融化成的水珠，不 记露)。
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16.
霜
水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白色 松脆的冰晶； 或由露冻结而成的冰珠。 易在晴朗风小的夜间生成。
大气工程中的风力参数测量与分析
大气工程中的风力参数测量与分析引言：大气工程是指研究大气运动规律、气象现象及其变化，以及大气对地球表面的影响的一门学科。
而其中一个重要的研究领域就是风力参数的测量与分析。
风力参数是指描述风的强度和方向的参数，对于大气工程设计和规划、风能利用等领域具有重要的意义。
本文将探讨大气工程中风力参数的测量方法和分析手段。
一、风速的测量方法风速是指风的运动速度，是风力参数中最基本的一个指标。
在大气工程中，准确测量风速尤为重要。
目前常用的风速测量方法有以下几种：1.1 风筝测风法：这是一种简单且常用的测风方法。
通过将风筝悬浮在空中，利用风对风筝的牵引力，推算出风速。
这种方法适用于低空气流的测量，但因受到地面阻力的影响，精度较低。
1.2 风杆测风法：风杆是指一种具有标准形状和尺寸的垂直标尺，用于测量风速和风向。
根据风杆上的风向旗帜的摆动情况，可以推断出风速和风向。
这种方法适用于地面上风速较大的情况，但对风向的测量精度较低。
1.3 风速计测风法：风速计是一种专门测量风速的仪器。
目前常用的风速计有热线式、旋翼式等多种类型。
热线式风速计通过测量热线受风速影响时的冷却程度来推算出风速，而旋翼式风速计则通过风轮的旋转速度来测量风速。
这两种方法都具有较高的测量精度和稳定性，被广泛应用于大气工程中的风速测量。
二、风向的测量方法风向是指风的吹向，对于风能利用和空气动力学建模等方面的研究具有重要意义。
在大气工程中，常用的风向测量方法有以下几种：2.1 风向计测风法：风向计是一种专门测量风向的仪器。
目前常用的风向计有短翼式、矢量式等多种类型。
短翼式风向计通过测量受风时的转向角度来推算出风向，而矢量式风向计则通过测量风向标的指向情况来测量风向。
这两种方法都具有较高的测量精度和稳定性，适用于大气工程中的风向测量。
2.2 水平回转法：这是一种传统而常用的测风方法。
具体操作时，人们可以用一个简易风向仪标定一些固定的物体或地标，然后通过观察这些物体或地标的方向变化来推算风向。
地面气象观测规范总结
云云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、冰粒和雪晶。
其底部不接触地面。
云的观测主要包括：判定云状、估计云量、测定云高和选定云码。
云的观测应尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台进行，云的观测应注意它的连续演变。
观测时，如阳光较强，须戴黑色(或暗色)眼镜。
按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类云量是指云遮蔽天空视野的成数。
估计云量的地点应尽可能见到全部天空，当天空部分为障碍物（如山、房屋等）所遮蔽时，云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看待。
云量观测包括总云量、低云量。
总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的总成数，低云量是指天空被低云族的云总云量的记录全天无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10—；云占全天十分之一，总云量记1；云占全天十分之二，总云量记2，其余依次类推。
天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量记0。
低云量的记录低云量的记录方法，与总云量同。
云高指云底距测站的垂直距离，以米（m）为单位，记录取整数云幕球测云高激光测云仪测云高云幕灯测云高人工观测能见度，一般指有效水平能见度。
有效水平能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。
天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象。
它包括降水现象、地面凝结现象、视程障碍现象、雷电现象和其他现象等，这些现象都是在一定的天气条件下产生的。
气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。
气压以百帕（hPa）为单位，取1位小数。
空气温度（简称气温，下同）是表示空气冷热程度的物理量。
空气湿度（简称湿度，下同）是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。
地面观测中测定的是离地面1.50米高度处的气温和湿度。
地面气象观测规范
云量观测
根据天空被云覆盖的程度 ，确定云量多少并进行记 录。
云高观测
通过仪器或目视观测，获 取云的高度数据。
能见度观测
仪器测量
使用能见度仪等仪器，测量大气透明度，获取能见度数据。
目视观测
通过肉眼观察，评估大气透明度和能见度，进行记录。
天气现象观测
降水现象观测
记录降雨、降雪等降水现 象，以及其强度、持续时 间等。
观测时间
根据气象变化的特点和观测任务的要求，确定合理的观测时间，以保证观测数据的连续性和完整性。
观测频率
根据气象变化的速Байду номын сангаас和观测任务的重要性，确定适当的观测频率，以保证观测数据的实时性和准确性 。
03 观测方法与技术
云观测
01
02
03
云状观测
根据云的特征，包括形状 、大小、结构等，进行云 状的观测和记录。
提高观测人员素质
加强观测人员的培训和教育，提高他们的专业素质和技术水平，以保 证观测数据的准确性。
THANKS 感谢观看
风现象观测
记录风向、风速等风的现 象，以及其变化过程。
其他天气现象观测
如雷电、冰雹、雾等其他 天气现象的观测和记录。
气压观测
气压仪器选择
根据观测要求，选择合适的气压 仪器并进行安装。
气压观测时间
按照规定的时间间隔，进行气压观 测和记录。
气压记录分析
对气压记录进行分析，获取气压变 化情况。
温度观测
VS
修订方法
修订过程中需要广泛征求意见，结合实际 观测经验，进行科学验证，最终形成新的 观测规范。
对未来观测规范的建议与展望
完善观测规范体系
建立更加完善的观测规范体系，包括观测内容、观测标准、观测方 法等，以提高观测数据的综合利用价值。
现代大气探测学-第七讲-地面风的测量
风向标应满足 在小风速或风向改变不大的情况下 能很快地反映出风向变化来
2021/3/18
当风向改变时，由风向标本身惯性 作用引起的摆动要小
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▪ 风向标起动风速
▪ 一般风向标 0.5 m/s ▪ 较好的风向标 <0.3m/s
风速资料处理注意要点？
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常见的风向标
它 们 各 有 什 么 优
5 测风仪器的安装
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风的传感器
4 其他测风仪器
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气象应用
2021/3/18
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§8.1 概述
2021/3/18
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１.什么是风
风-空气的水平运动，矢量 风向 风速
2021/3/18
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2.风向
风向-风的 来向 十六方位
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3.风速
风速-空气质点在单位时间内所 移动的水平距离
2021/3/18
双叶型风向标
菱形风向标 流线型风向标
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§8.2 风的传感器
风速感应器
风杯风速器
2021/3/18
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风速感应器
测 风 原 理
2021/3/18
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过高效应？
▪ 1）惯性 2） 垂直气流 3） 风向脉动 ▪ 一般的风杯风速表 过高效应 10%
2021/3/18
WMO定义-在规定时间间隔（指十分钟） 内，风速偏离其平均值的一个正的或负 的偏距，其持续时间不超过两分钟者。
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测平均风速时，仪器要有优良的积分 性能（即自动平均能力）；
成信工大气探测学实验指导07地面风的观测
实验七地面风的观测一、实验目的了解测风仪器的原理，并掌握风向，风速的观测方法。
二、实验仪器风杯风速传感器、便携式风速风向表三、实验概述空气的运动分解成垂直的和水平的两个分量，垂直分量称为空气的垂直运动（如对流运动），水平分量即是风，风的运动既有速度又有方向，因此风的观测包括风向和风速。
风向是指风的来向。
自动观测：以度（°）为单位，以最靠近的整十度用01……36为电码作报告。
风速以米/秒（m/s）为单位，最大风速：是指在某个时段内出现的最大10min平均风速值。
极大风速（阵风）：是指某个时段内出现的最大瞬时风速值。
瞬时风速：是指3s的平均风速。
气象台站上用的最多的是观测前后2分钟的平均值。
还有3秒、1分、10分钟的平均值。
阵风是在规定时间间隔（10分）内，风速偏离其平均值的一个正的或负的偏距，其持续时间不超过2分钟许多应用方面需要风的阵性的资料。
这些应用方面是：飞机的起飞与降落、风载荷气候学、空气污染扩散问题等。
风的预报服务及日常应用使用风力等级来代表风速的大小，18个等级（0~17）。
测量方法：地面风用风标和风杯（或螺旋桨）测风表来测量。
1、风向标：是用以指示风向的最主要的部件。
分为头部（维持平衡也称平衡锤）、水平杆与尾翼三部分。
整个风向标可绕垂直轴旋转。
它的重心正好在转动轴的轴心上。
原理：当风的来向与风向标成某一个交角时，风对风向标产生压力，这个力可分解成平行和垂直于风向标的两个分力。
由于风向标头部受风面积较小，尾翼受风面积较大，因而感受的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好对着风的来向时，由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位置。
风向标都应满足：（1）灵敏性：在小风速或风向改变不大的情况下，能很快地反映出风向变化来（可在重量一定的前提下，加大尾翼的面积，加大其压力中心到垂直轴的距离，减小轴部摩擦等）；（2）稳定性：当风向改变时，由风向标本身惯性作用引起的摆动要小（适当减小风向标的重量，减小转动半径和增大受风面积）。
大气探测学复习 第七章 地面风
大气探测学复习第七章地面风地面风的观测内容风向风速。
风就是指空气的水平运动风向是指风的来向风速单位时光内气流走过的速度瞬时风速3S内的平均风速最大风速在某个时光段浮现的10min平均最大风速值极大风速某个时光段内浮现的最大风速值（3S）测量仪器风杯风速计，风向标，超声风速仪，热线风速仪，皮托管测风仪器的安装高度最好在10～20米之间安装地点要求尽量开阔空旷，远离障碍物，风向传感器传送和指示风向的办法有哪些？有机械传送、电接式传送、电位计式传送、光电转换即格雷码盘等，其中最常用的是格雷码盘。
风速传感器传送和指示风速的办法有哪些？传送和指示风速的办法有机械式、电接式、电机式、磁感式和光电式即多齿光盘等，其中最常用的风速传感器是多齿光盘试述风向标测定风向的原理。
各种风标各有什么优点？当风的来向与风向标成某一个交角时，风对风向标产生压力，这个力可分解成平行和垂直于风向标的两个分力。
因为风向标头部受风面积较小，尾翼受风面积较大，因而感触的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正巧对着风的来向时，因为翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位置。
特点：双叶型、菱型、流线型等。
双叶型风向标稳定性也较好，但是尾翼对气流的破坏较严峻，引起了尾翼后的涡流。
菱型风向标是比较抱负的风向标，它的体积和分量都较小，敏捷性、稳定性都很好。
流线性风向标具有菱型风向标的优点，但是创造上较难，简单变形。
从风标响应的观点来说，对风标应有怎样的要求？敏捷性：在小风速或风向转变不大的状况下，能很快地反映出风向变化来稳定性：当风向转变时，由风向标本身惯性作用引起的摆动要小为什么现在常见的风杯形风速器均采纳三杯圆锥形？试验认为三杯优于四杯，一方面是三杯的旋转力矩在囫囵盘旋过程中分布比较匀称，转动比较稳定；另一方面，同样的材料和结构，单位质量所得到的旋转力矩是三杯大于四杯，因此比较敏捷，目前新型转杯风速表均是采纳三杯的，实验还认为，锥形杯的性能比半球形的好。
地面风的测量
地面风的测量————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第5章 地面风的测量5.1 概述 5.1.1 定义风速是由许多在时、空上随机变化的小尺度脉动叠加在大尺度规则气流上的一种三维矢量。
在有关诸如空中污染传播和飞机着陆之类的问题中，需要将风速作为三维矢量考虑。
然而，就本指南的目的而言，地面风将主要作为二维矢量来考虑，即规定风向和风速两个数来表示。
以快速脉动为特征的风则称之为阵风。
大多数使用风的数据的用户需要平均的水平风，通常是在极坐标上表示出风速和风向。
越来越多的应用还需要风的变动性（即风的阵性）的资料。
为此目的，需要用到三个量，即阵风的峰值、风速和风向的标准偏差。
以下的定义是在本章中要用到的（详细资料可参见Mozzarella, 1972）：平均值（Averaged quantities ）：是在10分钟——30分钟时间段的平均的量（即水平风速）。
本章只涉及10分钟时间段的平均量（航空应用可能需要更短时间的平均量，可参见本书第二编第2章）。
标准偏差（Standard deviation ），即{}212)(s s -：式中的s 是与时间有关的信号（即水平风速），而上面带横线的（即s ）是其时间平均值。
标准偏差是用来表征某一特定信号的脉动大小。
阵风峰值（Peak gust ）：在规定的时间间隔内观测到的最大风速。
在每小时的天气报告中，阵风峰值就作为前一整小时的风的极值。
阵风持续时间（Gust duration ）：是对所观测的阵风峰值的持续时间的一种量度，这个持续时间决定于测量系统的响应。
慢响应系统抹去极值而测到了长而平滑的阵风；快响应系统观测到许多尖锐的峰，这就是阵风，只有短短的持续时间。
为了定义阵风持续时间，采用了一种理想的名为单滤波器的测量链，用它对输入的风信号取—在0t 秒时间的运行平均值。
在此滤波器之后观测到的极值就定义为具有持续时间0t 的阵风峰值。
成信工大气探测学教案
大气探测学教案
讲授过程中，首先介绍大气探测的概述和发展概况，通过大量的图片资
料和影视资料，介绍当前大气探测学发展过程，严重挑战和困难。
激发学生的学习动机和学习兴趣。
通过这些讲授告诉学生当前大气探测发展的前沿，科技革新给探测带来的日新月异的进步，从而引出学习大气探测学的重要性。
初步介绍云观测的意义，云的形成与演变和天气变化有着密切的联系，与云有关的天气谚语，云对航空气象，人工影响天气的作用。
并结合视频资料，激发学生学习动机。
其次，介绍怎样判定云状，估计云高，通
过什么仪器和设备来测定云高，观测时的注意事项。
教学基本内容
与教学设计
（含时间分配）
第2周，第3、4次课
第4周，第7、8次课。
气象观测方法-风
风是空气的水平运动，是一个用方向（风向）和速度（风速）表示的矢量（或称向量）。
定义风资料是重要的气象资料之一，无论在理论研究上，还是在国民经济建设的各部门，如农业、运输业、建筑业、水利工程、疗养等部门都是不可缺少的。
风是空气的水平运动，是一个用方向（风向）和速度（风速）表示的矢量（或称向量）。
风向是指风来的方向，除静风外，用16方位表示。
风速是指空气所经过的距离对经过的距离所需时间的比值，单位用米/秒表示，定时观测（基本站每日观测4次，基准站每日观测24次），取整数，自记记录，取小数一位。
风力等级风是矢量，用风向、风速(或风力等级)表示。
风速在气象服务之中，常用风力等级来表示风速的大小。
英国人F.蒲福于1805年所拟定的“蒲福风级”将风力分为13个等级(0～12级)。
自1946年，风力等级又增加到18个（0～17级）。
即风力的大小分为18个等级，最小是0级，最大为17级。
风速和风力等级的对应关系如下表所示。
等级风速（m/s）风速（km/h）等级风速（m/s）风速（km/h）等级风速（m/s）风速（km/h）00.0-0.2<1610.8-13.839-491232.7-36.9118-13310.3-1.51-5713.9-17.150-611337.0-41.4134-14921.6-3.36-11817.2-20.762-741441.5-46.1150-16633.4-5.412-19920.8-24.475-881546.2-50.9167-18345.5-7.920-281024.5-28.489-1021651.0-56.0184-20158.0-10.729-381128.5-32.6103-1171756.1-61.2202-220风级歌0级烟柱直冲天，1级青烟随风偏2级风来吹脸面，3级叶动红旗展4级风吹飞纸片，5级带叶小树摇6级举伞步行艰，7级迎风走不便8级风吹树枝断，9级屋顶飞瓦片10级拔树又倒屋，11,12级陆上很少见，13,14级很恐怖。
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Vy
V
β
0
Vx
风矢量示意图
V x V co s V y V sin
V
x
V
y
1 n 1 n
n
V xi
i1
n
V yi
i1
arctan(Vx /Vy)
5.阵风
阵风（风的阵性）-瞬时风向风速在平 均值附近涨落的变化和分布特性。
WMO定义-在规定时间间隔（指十分钟） 内，风速偏离其平均值的一个正的或负 的偏距，其持续时间不超过两分钟者。
格雷码盘
§8.3 EL型电接风向风速计 （已淘汰）
1.基本组成 （1）感应器 a.风速部分的组成及各部分的作用 b.风向部分的组成及各部分的作用 （2）指示器 a.瞬时风速指示部分 b.瞬时风向指示部分 （3）记录器 a.瞬时风速记录部分 b.瞬时风向记录部分
8.3.1感应器
风向部分由风 向标、风向方位块、 导电环、接触簧片 等组成；
热线风速表 是利声用风一速根表被是加利 用热声的波金在属空丝气置中于的 传空播气速中度，与散风热速速之 间率的与函周数围关空系气测的量 风流速速的有。关，利用 这种特性来测量 风速。
§8.4 其他测风仪器
热线风速表 声风速表 轻便风向风速表 EN型系列测风数据处理仪 单翼风向风杯风速传感器传感器 螺旋桨式风向风速感应器 海岛自动测风系统
现代大气探测学
第七讲 地面风的观测方法
知识结构
1
概述
3 EL型电接风向风速计
5 测风仪器的安装
2
风的传感器
4 其他测风仪器
6
气象应用
§8.1 概述
１.什么是风
风-空气的水平运动，矢量 风向 风速
2.风向
风向-风的 来向
十六方位
3.风速
风速-空气质点在单位时间内所移 动的水平距离
单位-米/秒 记录-定时观测取整数，自记记录
气象台站观测中，一般是取两分钟的平均风 速和最多风向，自记仪器是取十分钟的平均风速 和最多风向
风速风向平均
风速 算术平均法
计算平均风向时存在的问题： 在处理风向平均时需要特别注意风向过北
（即风向变化跨0º）时导致结果失真的问 题
四种方法： 算术平均法、标量平均法、矢量平均法以
及单位矢量法
矢量平均法
轻便风向 风速表是测量 风向和一分钟 内平均风速的 仪器，它用于 野外考察或气 象站仪器损坏 时的备份。
§8.4 其他测风仪器
热线风速表 声风速表 轻便风向风速表 EN型系列测风数据处理仪 单翼风向风杯风速传感器 螺旋桨式风向风速感应器 海岛自动测风系统
EN型系列测风数据 处理仪与风特向定感感应应器器为配 套可单以翼组风成标该E。系N1当统型风是和标专EN2 型两转种动门自时为动，测测带量风动海仪格岛。雷出主 要功码能盘现有，的该：按强感定照风应时码而器打盘设的印切计头输 出风二向槽转部片分风的动的有是，钟 速设2，较一风.、；计8其好组向°，十打，特的螺标光分印码点测旋部电钟输盘是强桨分管平出每具风叶制均大 风向报、组位成外警风就并能飞形及 速会 行力机，解及产格。机保除其生雷身持警出新码相良报现的输似好的时七出的的风间。， 发出流报线警型信。号．
0
0.3～1.5
1
1.6～3.3
2
3.4～5.4
4
5.5～7.9
7
8.0～10.7
9
10.8～13.8
12
13.9～17.1
16
17.2～20.7
19
2Байду номын сангаас.8～24.4
23
24.5～28.4
26
28.5～32.6
31
>32.6
>33
4.如何取得具有代表性的风资料？(12 大探)
风的观测一般是取某一时段内的平均风速 和最多风向
灵敏性
风向标应满足 在小风速或风向改变不大的情况下 能很快地反映出风向变化来
当风向改变时，由风向标本身惯性 作用引起的摆动要小
风向标起动风速
一般风向标 0.5 m/s 较好的风向标 <0.3m/s
风速资料处理注意要点？
常见的风向标
它 们 各 有 什 么 优
菱形风向标
双叶型风向标
流线型风向标
测平均风速时，仪器要有优良的积分 性能（即自动平均能力）；
测阵风，仪器应能反映瞬时风速，自 动平均能力良好反而不利
选择仪器要根据观测的要求来进行！！
§8.2 风的传感器
风
的
风速感应器
感
应
器
§8.2 风的传感器
风向感应器
头部（平衡锤） 水平杆
尾翼
风向标
当尾翼所受风压力矩>风向标静摩擦力矩时，即在一 定的起动风速V下，风向标才能转动。各种风向标的 起动风速都不相同
大树枝摇动，电线呼呼有声，撑伞困难。高的草不时倾伏于地
全树摇动，大树枝弯下来，迎风步行感觉不便 可折毁小树枝，人迎风前行感觉阻力甚大 草房遭受破坏，屋瓦被掀起，大树枝可折断 树木可被吹倒，一般建筑物遭破坏 大树可被吹倒，一般建筑物遭严重破坏 陆上少见，其摧毁力极大
相当风速 范围(m/s) 中数
0.0～0.2
取一位小数
等名 级称
陆上地物征象
0 静风 1 软风 2 轻风 3 微风 4 和风 5 劲风
6 强风
7 疾风 8 大风 9 烈风 10 狂风 11 暴风 12 飓风
静，烟直上 烟能表示风向，树叶略有摇动 人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动，旗飘动 树叶及小枝摇动不息，旗展开，高的草摇动不息 能吹起地面灰尘和纸张，树枝动摇。高的草呈波浪起伏 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。高的草波浪起伏明显
§8.2 风的传感器
风速感应器
风杯风速器
风速感应器
过高效应？
1）惯性 2） 垂直气流 3） 风向脉动 一般的风杯风速表 过高效应 10%
风向和风速的传送
风向标：机械传送、电接式传送、电位计式 传送、光电转换即格雷码盘等，其中最常 用的是格雷码盘
风速：机械式、电接式、电机式、磁感式和 光电式即多齿光盘等，其中最常用的风速 传感器是多齿光盘
风速部分由风 杯、交流发电机、 蜗轮等组成
§8.3 EL型电接风向风速计 （淘汰）
记录器
瞬时风速指示部分
风速记录部分
瞬时风向指示部分
风向记录部分
EL电接风向风速 计
指示器
EL电接风向风速 计
记录器
§8.4 其他测风仪器
热线风速表 声风速表 轻便风向风速表 EN型系列测风数据处理仪 单翼风向风杯风速传感器传感器 螺旋桨式风向风速感应器 海岛自动测风系统
§8.5 测风仪器的安装
根据风速随高度 的变化情况以及为了 观测和维护的方便， 同时不受地形地物的 影响，测风仪器的安 装高度最好在10～20 米之间