高空风的测量
大气层中的风向和风速测量方法
1.引言大气层中的风向和风速测量对于许多领域都非常重要，例如气象、航空、海洋、环境保护等。
因此，研究和发展具有高精度和高可靠性的风向和风速测量方法具有重要意义。
2.风向测量方法2.1.风向标法风向标法是最简单和最直观的风向测量方法。
它通过观察风向标上的指针或其他标志物的方向来确定风向。
这种方法适用于低空风向测量和风向变化缓慢的情况。
2.2.风袋法风袋法是一种基于气体动力学原理的风向测量方法。
它利用风袋在风中的变形来测量风向。
风袋通常由两个或更多的薄膜构成，它们之间充满了气体。
当风吹过风袋时，其中一个膜会向风口方向凸起，另一个则凹陷。
这种变形可以通过测量两个膜的形态来确定风向。
2.3.旋转杆法旋转杆法是一种基于摩擦力原理的风向测量方法。
它利用一个固定在地面上的杆，杆顶安装有一个旋转的指针或标志物。
当风吹过杆时，风力会使得指针或标志物旋转，其方向指向风的来向，从而确定风向。
3.风速测量方法3.1.热线法热线法是一种基于热传导原理的风速测量方法。
它利用一个细丝电阻作为热线，将其加热到一定温度。
当气体通过热线时，它会带走部分热量，从而降低热线温度。
通过测量热线的电阻变化来计算气体的流速，进而确定风速。
3.2.声波法声波法是一种基于声学原理的风速测量方法。
它利用声波在气体中的传播速度和方向与气体运动速度和方向之间的关系来计算风速。
这种方法需要使用专门的声速计来测量声波的传播速度，因此适用于高精度的风速测量。
3.3.激光多普勒测速法激光多普勒测速法是一种基于激光多普勒效应的风速测量方法。
它利用激光束对气体中的微粒进行散射，并通过测量散射光的频率变化来计算气体的速度，从而确定风速。
这种方法具有高精度和非接触性，适用于远距离和高速风速测量。
4.结论风向和风速是大气层中最基本的气象要素之一，对于许多领域都具有重要意义。
本文介绍了几种常见的风向和风速测量方法，包括风向标法、风袋法、旋转杆法、热线法、声波法和激光多普勒测速法。
风力资源调查新方法与数据处理工具
风力资源调查新方法与数据处理工具随着全球对可再生能源的需求不断增长，风能作为一种清洁且可再生的能源形式，受到了广泛的关注。
为了更好地利用风能资源，对风力资源的准确调查和评估变得尤为重要。
在传统的风力资源调查方法基础上，本文将介绍一些新的风力资源调查方法以及用于处理风能数据的工具。
一、新的风力资源调查方法1. 高空测风技术传统的风力资源调查主要依靠测量塔上的测风仪器收集数据，但这种方法受到测量高度限制，无法全面了解高层风能资源的分布情况。
高空测风技术通过使用无人机或卫星搭载的风速测量装置，可以在较大范围内获取高层风能资源数据。
这种方法可以提供更全面、稳定的高层风能资源数据，为风电场的选址和布局提供更科学的依据。
2. 气象模型和数值风场模拟利用气象模型和数值风场模拟技术，可以对特定地区的风能资源进行预测和模拟。
这些模型基于气象学原理和大量的观测数据，能够准确模拟出特定地区的风速、风向、风能分布情况。
通过使用这些模型，可以提前评估特定地区的风能资源潜力，指导风电场的规划和设计工作。
3. 激光雷达技术激光雷达技术可以通过测量风场中气体微粒的速度和方向，实时获取高精度的风速和风向数据。
相比传统的测量方法，激光雷达技术具有全天候、非接触、高精度等优势。
这种方法可以用于风电场的运维管理和风能资源的调查评估，提高风电场的利用效率和经济效益。
二、风能数据处理工具1. GIS（地理信息系统）GIS是一种用于处理和分析地理信息的计算机软件工具。
在风力资源调查中，GIS可以用于建立数字地形模型和三维风能资源分布图。
通过对风能资源数据进行地理空间分析，可以更好地了解风能资源的分布规律，为风电场的选址和布局提供决策支持。
2. 大数据分析工具大数据分析工具可以从大量的风能数据中提取有价值的信息，并进行深入的数据挖掘和分析。
通过构建适用的算法模型，可以预测风能资源的变化趋势，提高风电场的运维管理效率，降低能源成本。
3. 风能预测软件风能预测软件通过整合多种数据源，包括气象数据、风电场运行数据等，进行风能资源的预测和模拟。
基于北斗一号的高空风探测方法研究
测风经 纬仪 、 无线 电经 纬仪 、 一次雷 达 、 二次雷 达 、 无 线 电导 航 等 。随 着 ＧＰ Ｓ技术 的成 熟和 商业 化 发展 ， 探空仪 配备 ＧＰ Ｓ接收板 就可 完成 定位 工作 ， 目前高
空气 象探 测业 务 中采 用 Ｇ Ｓ测 风 的测 站 已越 来越 Ｐ
多 。美 国 ＮＯＡＡ 正 在 发 展 Ｇ Ｓ探 测 系 统 ， 划 替 Ｐ 计
北 斗 一 号 应 用 于 高空 风探 测 的可 行 性 并 进 行 了 试 验 和 验 证 。利 用 探 空仪 实 时探 测 的 高 精 度 温 、 、 数 据 ， 时 确 压 湿 实 定 探 空 仪 高 度 ， 入 北 斗 定 位 单 元 ， 过 无 源 定 位 方 式 确 定 探 空 仪 位 置 ， 取 计 算 层 风 。通 过 与 Ｇ Ｓ测 风 系 统 进 行 注 通 获 Ｐ
换掉 现有 探测设 备 ， 日本 的 固定站 、 舶站将 逐渐 配 船 备芬 兰 Ｖａ ａ ｉ ｌ 司的 Ｇ Ｓ测 风系统 。与其 他测 风 ｓ ａ公 Ｐ 方式 相 比 ， Ｓ测 风 的精 度 较 高 ， ＧＰ 已经 成 为 未 来 发
展 的主流 趋势 。
的导 航定位 能力 ， ２ ２ 到 ０ ０年左 右 ， 北 斗二 号 ” 完 “ 将
象 局气象 探测 中心 于 ２ ０ ０ ８年 组 织 实施 了 国产 Ｇ Ｓ Ｐ 探 空仪 动态考 核试 验 ， 后在 北京南 苑 、 先 内蒙古 锡林
较低， 价格较 ＧＰ Ｓ定 位模 块要 高得 多 。基 于北 斗导
作者简介 ： 赵世 军 ， ，９ ６年 生 ， 士 ， 师 ， 男 １７ 硕 讲 主要 从 事 军 事 大气 探 测理 论 和 技 术 研 究 与 应 用 ， ｍａ ：ｅ ｅａ ｚ ＠ ｓ ａ ｃ ｍ Ｅ ｉ ｇ ｎｒｌ ｈ ｉ ． 。 ｌ ｎ
高空气象探测测风计算方法的分析
高空气象探测测风计算方法的分析
高空气象探测测风计算方法的分析
通过采用探空高度的计算方法和采用相邻测风高度内插的计算方法,计算高空综合探测测风记录1～5分钟的模拟斜距失测部分的量得风层,比较这两种计算方法可能产生的误差,分析采用测风高度内插计算斜距失测部分的量得风层的可行性.
作者：李辉城陈华黎洁波阎勇 Li Hui-cheng Chen Hua LI Jie-Bo Yan Yong 作者单位：南宁市气象局,广西,南宁,530022 刊名：气象研究与应用英文刊名：JOURNAL OF METEOROLOGICAL RESEARCH AND APPLICATION 年，卷(期)：2009 30(2) 分类号：P42 关键词：高空气象探测计算方法雷达综合测风雷达单独测风。
高空风知识点
高空风知识点高空风是指在大气中的高空层位中运动的气流。
它是天气系统中非常重要的一个组成部分，对于气象预报、飞行规划以及气候研究等方面都具有重要的影响。
本文将从基本概念、形成机制、测量方法和应用等角度介绍高空风的知识点。
一、基本概念高空风是指在大气中的高空层位中运动的气流。
它主要由地球的自转和地球表面的不均匀加热所引起。
高空风的强度和方向会受到多种因素的影响，包括地形、季节、天气系统等。
了解高空风的强度和方向对于气象预报和飞行规划非常重要。
二、形成机制高空风主要是由地球的自转产生的地转偏向力和压强梯度力共同作用下产生的。
地球的自转会使得地球上的物体相对于地球表面产生转向力，从而导致空气在垂直方向上发生水平偏转。
而压强梯度力则是由于地球表面的不均匀加热导致不同位置的气压差异而产生的。
三、测量方法为了准确地获取高空风的信息，气象学家使用气象雷达、卫星、无人机等技术手段进行观测。
其中，探空是一种常用的测量高空风的方法。
通过发射气球并搭载气象仪器，可以获取到不同高度上的温度、湿度和风速等数据，从而推算出高空风的强度和方向。
四、应用高空风的知识对于气象预报和飞行规划具有重要的应用价值。
在气象预报方面，了解高空风的强度和方向可以预测天气系统的移动和发展趋势，从而提供准确的天气预报信息。
在飞行规划方面，高空风的情况会直接影响飞机的飞行速度和航线选择，飞行员需要根据高空风的情况进行飞行计划，确保航行的安全性和效率。
总结：高空风是天气系统中重要的组成部分，它的强度和方向对气象预报和飞行规划具有重要影响。
通过探空等测量方法可以获取高空风的相关数据，进而应用于气象预报和飞行规划等领域。
了解高空风的知识，有助于我们更好地理解大气运动规律，并提供准确的天气预报和飞行计划。
第九章 高空风的测量
向气球内充灌氢气时，可以用浮力天平或平衡器 控制其净举力。
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9.2.3 气球的上升速度
气球实际升速与计算值的偏差：
2Km以下，接近地面时偏差最大； 2~12Km高度范围内偏差不大。
建议将气球在施放头5分钟内的计算升速值加 以订正：
施放后的第1分钟将升速增加20% 施放后的第2、3分钟将升速增加10% 施放后的第4、5分钟将升速增加5%
气球升速是根据当时空气密度、球皮等附加物重量 计算出气球净带力，按照净举力灌充氢气来确定。 但由于大气湍流和空气密度随高度变化，以及氢气 泄漏等因素的影响，气球升速不均匀导致高度误差 大，测风精度低。 在配合探空仪观测时，气象站用探空仪测得的温度， 气压、湿度资料计算出气球高度。
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9.4 高空风的测量
共有两组天线
一组监测探空仪信号的仰角 另一组监测探空仪信号的方位角。
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9.4 高空风的测量
气球轨迹法
因追踪设备不同，分为：
单经纬仪测风 双经纬仪测风 二次雷达测风 GPS导航测风
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9.4 高空风的测量
单经纬仪测风只能测出气球的仰角和方位角， 气球高度由升速和施放时间推算。
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9.4 高空风的测量
显然，在相同的发射功率下，二次雷达 比一次雷达探测距离更远，可测更高的 高空风。 但随着技术的发展，发射功率已不是大 的技术障碍时，着眼于提高测风精度和 经济效应等方面，一次雷达测风也有其 独特优势。
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探空仪即将拖放 701雷达待命工作
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9.5 风廓线雷达
大气探测学_国防科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
大气探测学_国防科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.雾的水平能见度小于1.0km。
参考答案:正确2.全天空成像仪WSI可以实现云量的昼夜连续观测。
参考答案:错误3.云幕灯在白天和夜间均可实现云底高度的测量。
（X）参考答案:错误4.积云云块垂直向上发展不旺盛，厚度小于其水平宽度，从侧面看似小土包，为淡积云。
参考答案:正确5.由于自身冷却或气团沿锋面缓慢抬升而形成的云常呈均匀幕状为（）参考答案:层状云6.在红外波段，以下哪些不是主要的吸收气体？参考答案:氧气（O2）7.在微波波段，氧气的强吸收带位于（）和118GHz附近，通常用来遥感大气温度廓线。
参考答案:60GHz附近8.在微波波段，水汽的强吸收带位于（），通常用来遥感大气湿度廓线。
参考答案:183GHz附近9.降水现象是指（）的水凝（冻）物从空中下落到地面上的现象参考答案:固态_混合态_液态10.利用同一时刻由前向散射仪接收到的（）与雨水检测器接收到的降水强度之比可以区分降水类型。
参考答案:散射光强11.全天空成像仪WSI采用双可见光波段法测量云量，即通过测量天空（）两个窄可见光波段的辐射值确定云量。
参考答案:650nm和450nm12.冷镜式露点仪是目前唯一一种可以在全温湿量程范围内达到较高准确度的测湿仪器，一直作为湿度标准器。
参考答案:正确13.风杯响应风速的变化是一个一阶过程，且响应风速上升和下降的时间常数不同，因此造成“过高效应”。
参考答案:错误14.“日晕三更雨，月晕午时风”描述的下列哪类云的特征？参考答案:卷层云15.下述云中，不属于低云族的是（）参考答案:Ac tra16.激光气象雷达通常由（）等组成。
参考答案:控制与数据处理单元_供电单元_光学接收单元_数据采集单元17.激光气象雷达可以用于探测（）。
参考答案:云底高_风廓线_气溶胶种类_湿度廓线18.散射辐射=总辐射-直接辐射参考答案:正确19.层积云属于一种典型的积状云。
第九章高空风的测量
方向和大小)来测定各高度上的风向、风 速。
这类方法广泛用于测定地面风 测高空风时，就需要使用升空装置(系留气
球、飞机等)将测风仪(风杯、风标、风压管 等)带到各个高度上，但在观测高度、观测 时间上受到限制。
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9.1 高空风的观测方法
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9.4 高空风的测量
雷达测风法又可分为一次雷达测风法和 二次雷达测风法。
前者是利用气球上悬挂的金属反射体反射雷 达发射的脉冲信号，测定气球角座标和斜距；
后者利用气球悬挂的发射回答器，当发射回 答器受雷达发射的脉冲激励后产生回答信号， 由回答信号测定气球角座标和斜距。
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9.4 高空风的测量
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9.2.5 其他用途气球
2. 洛宾（ROBIN）气球
下投式垂直探空气球，非膨胀型。
3. 棘面气球（Jimsphere）
用于雷达测风的气球，直径2米。
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9.3 球定气球位置的仪器设备
光学测风经纬仪、雷达、二次雷达、无 线电经纬仪，以及GPS卫星导航定位技 术。
小球测风——光学测风经纬仪，角坐标测量 精度高，受天气条件限制
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9.1 高空风的观测方法
高空风测量中使用的示踪物一般是灌满 氢气的气球，即测风气球。
此外，天空中云团、人工施放的烟团和铝箔 也可作为示踪物。
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9.1 高空风的观测方法
我们可以使气球以三种方式在空中飘浮：
①气球只飘浮在某一高度(等密度面)上，一 般称为平移气球
②气球以一定的垂直速度上升． ③气球以一定的速度降落．279.3.3 无线电经纬仪
与测风雷达相比，具有低能耗，设备重 量轻的优点。
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》（WMO，1981）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(Rawinsonde observation)：一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)：一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Ⅱ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。
风电场测风方案
风电场测风方案1. 简介风电场测风方案是指在风电场中使用一系列的测风设备和方法来测量和分析风场的风速、风向和风速分布等信息。
这些信息对于风电场的规划、设计、建设和运营至关重要。
本文档将介绍一种常用的风电场测风方案，包括所需的设备、测风方法和数据分析流程等内容。
2. 设备要求在进行风电场测风之前，需要配备以下设备：•测风塔：用于安装各种测风设备和传感器的塔状结构，通常高度为风机轴高的2倍以上，以保证测风的准确性。
•风速风向传感器：用于测量风速和风向的传感器，可以选择使用机械式或者超声波式传感器，根据需求进行选择。
•高空气象测量仪：用于测量高空的风速、风向、温度和湿度等气象参数，可配备无人机或者气球等方式进行高空探测。
•数据采集和处理系统：用于采集和处理测风设备的数据，可以选择使用现有的数据采集软件或者开发自己的数据采集和处理系统。
3. 测风方法在进行风电场测风时，可以采用以下方法进行测量：•点测法：在测风塔上安装风速风向传感器，每隔一定时间间隔测量一次风速和风向，以获取不同时刻的风场信息。
•面测法：使用多个风速风向传感器组成阵列，将整个风电场区域进行覆盖，实时测量风速和风向。
•高空测风法：通过高空气象测量仪，测量不同高度的风场信息，以获取风场的垂直分布情况。
以上方法可以根据实际需求进行组合和调整，以获取更全面和准确的风场数据。
4. 数据分析流程测风数据的分析是风电场测风方案中的关键环节，以下是一个常用的数据分析流程：1.数据预处理：对测风数据进行去噪和异常值处理，确保数据的准确性和可靠性。
2.风速风向分析：对测风数据进行统计分析，得到风速和风向的分布情况，如平均风速、最大风速和风向分布图等。
3.风能潜力评估：根据风速和风向数据，计算风能潜力，评估风电场的产能和发电效益。
4.风场模拟：使用数值模拟软件对风场进行模拟，优化风电场的布局和风机的位置。
5.预测和优化：利用历史测风数据和气象预报数据，预测未来的风场情况，并根据预测结果优化风电场的运营和维护策略。
hiwind气象参数
hiwind气象参数
1.高空风速：测量高度上的风速，通常以米每秒（m/s）或节（kt）
为单位。
2.高空风向：测量高度上的风的方向，通常以度数表示（例如，北
风为0度，顺时针方向递增）。
3.高空风剖面：通过多个高度点的测量数据，得出高空风速和风向
随高度的变化情况。
4.高空风切变：指的是高空风速和风向随着高度变化的差异。
风切
变的存在对于飞行、风能发电以及其他气象应用都具有重要意义。
5.高空风能资源评估：通过对 HiWind 数据的分析和建模，可以评
估高空风能资源的潜力和可利用性，从而辅助决策制定和风能项目的规划。
高空风的测量课件
风向测量仪器的分类
机械式风向标
利用风力驱动的风向标转动，箭头的指向表示风向。
电子式风向传感器
利用电子感应元件感知风向，通过电路将感应到的信号传输到显示 仪表或计算机系统。
超声波风向传感器
利用超声波探测空气流动的方向，通过测量超声波传播的时间和角 度来确定风向。
热式风速和风向测量技术利用加热元件释放热量，通过测量热量损失的速度来计算风速和风向。该技术具有较高 的灵敏度和分辨率，适用于低风速、高精度的气象测量。但受环境温度和气流波动影响较大，需要进行温度补偿 和校准。
激光雷达风速和风向测量技术
总结词
利用激光雷达探测大气中的折射率和散射特性来测量风速和风向，具有高精度、远距离探测的优势。
风向测量误差分析
机械磨损
长时间使用可能导致机械磨损 ，影响测量精度。
外部环境因素
如温度、湿度、气压等环境因 素可能影响测量结果。
仪器安装
仪器安装的角度和高度也可能 影响测量结果。
信号干扰
电磁干扰和噪声可能影响电子 式传感器的测量结果。
04 风速和风向的测量技术
机械式风速和风向测量技术
总结词
通过机械转动来测量风速和风向，具有结构简单、可靠耐用 的特点。
预警和应对自然灾害
通过高空风测量，可以监测到极端天 气事件的发展趋势，及时发出预警， 为灾害应对争取宝贵时间。
气候变化研究中的应用
气候模型验证
高空风测量数据可以用来验证气 候模型的准确性和可靠性，为气 候变化研究提供实证依据。
气候变化趋势分析
通过长期的高空风测量数据，可 以分析出气候变化的趋势和规律 ，为应对气候变化提供科学依据 。
高空风的测量
• 引言 • 气象气球测量 • 雷达测量 • 飞机测量 • 卫星测量 • 高空风测量技术的发展趋势和挑战
01
引言
高空风的重要性
气象预报
高空风的速度和方向对于气象预 报和气候变化研究具有重要意义， 能够提供大气的运动信息和天气
系统的演变趋势。
航空安全
高空风是影响飞机飞行安全的重 要因素之一，准确测量高空风速 和风向对于飞机航线的规划和飞
飞机的动力装置通常包括发动机和螺旋桨，它们通过旋转产生推力，使飞机前进。
飞机的控制系统包括飞行操纵面、起落架和推进系统等，用于控制飞机的姿态、速 度和高度等参数。
飞机的应用
飞机在交通运输领域 中应用广泛，如商业 航班、私人飞机和军 用运输等。
在科学研究中，飞机 可以用于气象观测、 地理测绘和环保监测 等任务。
04
飞机测量
飞机介绍
飞机是一种由动力装置产生前进动力， 由固定机翼产生升力的航空器。
飞机的发明极大地改变了交通运输、 战争和日常生活等方面。
按照用途可以分为军用机和民用机， 其中军用机又可以分为战斗机、轰炸 机、侦察机等，民用机则可以分为运 输机、客机和直升机等。
飞机的工作原理
飞机飞行时，机翼与空气之间存在相对运动，导致机翼上下的空气压力不同，从而 产生升力。
高空风测量设备需要定期维护和更新，以确保数据的准确性和可靠 性。
数据处理的挑战
高空风数据量大、复杂度高，需要高效、精准的数据处理和分析方 法，对技术和算法提出了更高的要求。
THANKS
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气象气球的工作原理
充气与升空
风速测量
气象气球通过充气达到一定压力后升 空，随着高度的增加，气球逐渐膨胀。
高空温压湿风的探测分享资料
1
主要内容 • 12.1 高空温湿压的综合探测
• 12.2 高空风的探测
• 12.3 气象应用
• 12.4 复习思考题
2
方法
• 无线电探空 • 飞机探测 • 火箭探测 • 卫星遥感探测
3
12.1 高 空 探 空 仪
——概 述
目前气象常规观测中，大量使用 的是无线电探空，即采用无线电遥测 技术，由充有氢气的探空气球携带无 线电探空仪上升，进行温、湿、压的 测量。
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1 气球测风的基本原理
气球就会做合成运动， 产生水平方向的位移， 由于气球的质量很小， 随气流移动的惯性很小， 可以近似地看作是空气的质点， 因此它的水平位移具有 气流的方向和速率。
气球就会 垂直上升而无水平方向的位移
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㈠作用在气球上的力
测风气球充入氢气后，它在空中受 到两个作用力,一个是向上的浮力,一个 是向下的重力.根据阿基米德定理,气球 受到的浮力大小应等于气球所排开的同 体积空气的重量,即:
相对湿度：100% — 15% 气压：1050 — 10hPa
为使所测气象要素值超过测量范围仍 能查算数据，因此，仪器的气温外延到85℃，相对湿度外延到5%，气压校准曲线 外延到5hPa，外延部分的误差不作规定。
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GZZ2-07系列探空仪有-1、-2两种型号，1999年9月开始大量装备我国高空气象探测网9 站
——GZZ2-1型电码式探空仪
编码机构
主要由电码筒、及驱 动电码筒转动的微型电机 和减速齿轮所组成。探空 仪工作时，电码筒以每分 钟5-9转的速度转动。它的 主要作用是将气象要素的 变化转换成电码讯号，通 过发射机发向地面接收站。
12
12.1 高 空 探 空 仪
测量风速的方法
测量风速的方法017张曦计算机科学与技术10级1班高空风观测测量近地面直至30公里高空的风向风速。
通常将飞升气球作为随气流移动的质点，用地面设备（经纬仪或雷达）跟踪气球的飞升轨迹，读取其时间间隔的仰角、方位角、斜距，确定其空间位置的坐标值，可求出气球所经过高度上的平均风向风速。
高空风的测量一般指从地面到空中30km各高度上的风向、风速的测定。
其测量方法有：利斯和T.福雷斯特首创测风气球观测高空风。
气球法测风常用光学经纬仪、无线电经纬仪、一次雷达和二次雷达，以及导航系统等。
光学经纬仪测风有单经纬仪测风和双经纬仪测风两种。
单经纬仪只能测定气球的角坐标（方位、仰角）。
气球高度一是根据气球升速（决定于气球净举力、气球大圆周长和地面空气密度）和升空历经的时间来确定。
但由于大气湍流、铅直气流速度和空气密度随高度变化等因素对气球升速的影响，这种方法确定的高度误差大，测风精度低，一般只在数千米高度以下使用。
二是根据测得的气压、温度和湿度资料，通过计算推得高度。
这种方法测风精度较高。
用双经纬仪测风，是根据位于选定基线两端的两个经纬仪同步观测获得的角坐标值，通过几何图解或计算，得出各高度上的平均风向、风速。
光学经纬仪测风一般只适用于能见度好的少云晴天，夜间必须在气球上挂灯笼或其他可见光源，阴雨天气则只能在可见气球的高度内测风。
无线电经纬仪测风它是利用无线电定向原理，跟踪气球携带的探空发射机信号，测得角坐标数据。
气球所在的高度则由无线电探空仪测量的温、压、湿值算出。
因此无线电经纬仪测风适用于全天候，但当气球低于无线电经纬仪最低工作仰角时，测风精度迅速降低。
雷达测风一次雷达测风是雷达跟踪气球携带的无源反射靶，接收反射靶的反射信号来实现定位并计算风向、风速。
二次雷达测风是跟踪气球携带的工作于应答状态的探空发射机信号来实现定位的。
此法可以获取角坐标和斜距数据，从而计算出高空风，无需依赖无线电探空仪探测的温、压、湿数据计算气球高度。
横风的测量[整理版]
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风的测量学号：姓名：风的测量风的定义风是空气流动时产生的一种自然现象。
空气流动有上下流动和左右流动，上下流动为垂直运动，也叫对流；左右流动为水平运动，也就是风。
风是一个矢量，用风向和风速表示。
地面风指离地平面10─12米高的风。
风向指风吹来的方向，一般用16个方位或360°表示。
以360°表示时，由北起按顺时针方向度量。
风速指单位时间内空气的水平位移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。
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，几经修改后得下表。
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。
蒲福风力等级表风速的测量风速的测量可以分为两种：高空风速测量与地面风速测量。
高空风的测量一般指从地面到空中30km各高度上的风向、风速的测定。
测量近地面直至30公里高空的风向风速。
通常将飞升气球作为随气流移动的质点，用地面设备（经纬仪或雷达）跟踪气球的飞升轨迹，读取其时间间隔的仰角、方位角、斜距，确定其空间位置的坐标值，可求出气球所经过高度上的平均风向风速。
一、利用示踪物随气球漂浮，观测示踪物位移来确定空中的风向和风速；常用测风气球作为气流示踪物，使用地点跟踪设备观测其运动轨迹，测定其在空间各个时刻的位置，再用图解法、解析法或矢量法确定相应大气层中的平均风向、风速。
气球空间位置的确定需要测定三个参数：仰角δ、方位角α和球高H。
测风经纬仪是一种跟踪观测和测定空中测风气球仰角、方位角的光学仪器。
在实际测量中，可以采用单经纬仪测风，也可采用双经纬仪测风（基线测风法）。
其中后者准确度较高，可用来鉴定其它测风方法的准确性，但这种方法的观测和计算较复杂。
用双经纬仪测风计算高度时，可采用投影法（包括水平面投影法、铅直面投影法和矢量投影法）。
二、利用大气中的质点或湍流团块与无线电波、声波、光波的相互作用，由多普勒效应引起的频率变化推算空中的风向、风速；在我国，目前主要采用59型探空仪和701型二次测风雷达组成59—701高空探测系统，进行高空温、压、湿、风的综合测量。
高空气象探测测风计算方法
Ｃｏ ｐｕ ａ ｉ ｎ ｌｍ ｅ ｈｏ ｆ ａ ｍ ｏ ｒ ｐｈ ｆ ｍ ｔ ｔｏ ａ ｔ ｄ ｏ ｎｅ ｇ ａ ｙ ｏ ｕ ｐｅ ｉ ｅ ｅ ｒ ｌ ｇ ｕ ｖ ｙ ｐ ｒａ ｒｍ ｔｏ ｏ ｏ ｙ ｓ ｒ ｅ
矢量平均求取风 向、 风速值 的新算法； 针对高空气象探测传统 雷达采样低， 在求取规定高度层
的风 向风 速 值 时需要 用到 内插 的 实 际情 况 ， 出 了用 曲线 拟合 内插 替代 原 有 的线 性 内插 法 的 提 新观 点。计 算表 明， 过 算 法 的 改进 提 高 了数 据 利 用 率 ， 决 了风 速 为 零 风 向不 定 、 向过 通 解 风
ｎ ｅ ｅ ｅ ｂ ａ ｉｇｔ ｅｗｉｄｄｒｃｉｎａ ｄ ｓｅ ｄｉ ｔ ｕａｅ ｖ ｌ ｆ ｌｔ ｄ ，ｔｉ ａｔ ｌ ｇｖ ｓａ ｅｄ ｄｗｈ ｎｏ ｔｉ ｎ ｈ ｎ ｉ ｔ ｎ ｐ ｅ ｓｉ ｌｔｄｌ ｅ ｏ ｔ ｕ ｅ ｈｓ ｒｉ ｅ ｉｅ ｎ ｅ ｏ ｎ ｐ ｅ ａｉ ｃ
王烨芳 ， 齐久 成 ， 王 威
（ 中国 白城 兵器试验 中心 ， 白城 １７ ０ ） ３ ０ １
摘 要 ： 针对 高 空气象 探测 雷达 测风 传 统计 算方 法 存在 数 据使 用 率低 、 法 误 差大 、 量 精度 算 测 不高、 风速 为零 时风 向不定 和风 向过 “ ” 以处理 的缺 点 ， 出 了将 风 矢量在 规定 时段 内进 行 北 难 提
Ｗ ａ ｇＹｅｆｎ ， ｉ—ｈ ｎ ， ａ ｇＷ ｅ ｎ － ｇ Ｑｉ ｕｃ ｅ ｇ Ｗ ｎ ｉ ａ Ｊ
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CD
r
2
w2
dw2 CD r 2 w2 2 A 0
dz
m
m
如果取一薄层大气，CD , r , R ,ρ取为常数， 取初条件z=0时，w=0
w2 2A [1 exp( CD r2 z)]
CD r2
m
w 1 2A [1 exp( CD r2 z)]1/2
r CD
m
z
, 有：w
1 r
2A
垂直气流
气球轨迹法定位参量
仰角 方位角 球高 斜距 水平距离
三、气象气球
分类
作为各种大气探测仪器升空运载工具 的探空球
作为气流运动轨迹示踪物的测风气球 测定云层高度的云幕气球
气球的一般性质
膨胀型气球 非膨胀型气球
参考表9.2 用于测风的10号、20号球皮，有 红、白、黑等不同颜色 用氢气充灌气球
气球的上升速度
单经纬仪测风时，要根据气球的升速计算球 高；云幕球要由气球升速及入云时间计算云高； 所以，控制及准确确定气球的升速是极为重要的。
下面将推导计算气球升速的公式，及讲述如何 使气球具有规定的升速的问题。
计算气球的上升速度
作用于气球的力
重力、浮力、阻力
根据气球的受力情况，确定气球的上升 速度
气球在上升时,周围空气阻力R： 根据实验,在2m/s<w<100m/s的条件下,有
R
1 2
CD
r 2 2
式中r为气球半径;CD为比阻系数
2、气球升速公式
气球的运动方程为：
m dw F mg R dt
而 dw dw dz 1 dw2 dt dz dt 2 dz
m 2
dw2 dz
A
1 2
H
b sin tan sin
Hr
b sin tan r sin
Hm
H
H 2
h
复习思考题
确定气球空间位置的参量 气球轨迹法测风的分类 确定气球位置的仪器设备 单经纬仪、双经纬仪的测风原理 雷达和二次雷达的区别
r [( A B) 3 ]1/3
4 g
由(9.41)式可见,r ( 1 )1/3,上升中变小,r增大.
1
w b 1/6
A1/ 2 ( A B)1/3
1
b 6
A2
1
E3
式中b ( 4 g )1/3 ( 2 )1/2
3
CD
因此，我们控制球重及净举力，就可改变球的升速。 在净举力及球重不变时，空气密度越小，升速越大， 因而，气球的升速随高度会稍有增大。
1、作用在气球上的力
作用在气球上的力
1、整个气球所受的向下的重力为： ghv +B=mg,m为气球的总质量。 2、气球在大气中受到向上的浮力F=ρVg，其 中：ρ为大气密度。
设球体内外的压强和温度在上升过程中保持 相等，由气体状态方程：
V nRHT , P
P
RaT
F gV n RH g
CD
实际上，在气球上升过程中很快w将趋近于w
应用上式计算气球的升速很不方便，因为在 上升过程中气球不断膨胀，r是变化的。
A
4 3
r2(
H
)g
B
r [( A B)
3
]1/ 3
4 ( H )g
由球内外温度压力相等: H Ra RH
取
1
Ra RH
氢气 =0.90-0.93, H
(1 ), 代入(9.40)得:
高空风的测量
一、概述
为什么测量高空风?
了解大气层的运动状况,如区域和全球 大气环流,包括海陆风、湖陆风、山谷风、 城市热岛环流等;是研究全球及区域气候 变化、准确预报天气现象的重要手段。
二、高空风的观测方法
水平气流
根据气流对测量仪器的动力作用 轨迹法
平移气球 气球以一定的垂直速度上升 气球以一定的速度降落
H=H-h
、和、可由A、B两点的经纬仪仰角和 方位角观测得出。
在平面三角形A´BPB中，设 A´PBB=，则有
），根 据正弦定理：
b LA LB
sin sin sin
同理
LA
b sin sin
LB
b sin sin
H LA tan
Hr LB tan r
确定气球位置的仪器设备
光学经纬仪 雷达 二次雷达 无线电经纬仪 GPS卫星导航定位技术
单经纬仪测风原理
等速上升气球的生速为; α：方位角 δ：仰角 在t时刻气球上升的高度为：
H=ωt
气球在水平方向上的投影距离
为：L=Hctgδ
水平风速为：v=dL/t
双经纬仪测风
水平面投影法
气球位置P在A点所在水 平面上的投影为PA，在B 点所在水平面上的投影点 为PB，设PPA=H， PPB=H， H， H分别为 气球相对于A点及B点的高 度，因A、B两点间的高度 差为h，所以有：
Ra
n为球内气体克分子数。可见气球受的浮力与球内气体质量
成正比。如果n、g为常数，上升中气球所受浮力保持常数。
定义净举力A为气球所受浮力与重力之差：
A F mg ( H )Vg B
E h Vg
AEB
式中E称为总举力,是气球排开空气的重量与球内气体 重量之差.
净举力A为常数,E也为常数.