高空风的计算分解

1）直接计算求取各规定层次风的数据。首先计算出标准等 压面或规定高度层等位置的时间，再根据此时间分辨率的 要求，以高度的时间为中心，直接计算求取各规定层次的 风向、风速值。此方法得出的规定层次风数据相对精确， 但在风的特性层选取等方面不能被应用.
2018/10/25
内插法定风向原理
量得风层间的风要素内插的假设前提是相关数据之间的变化是线性的， 而实际上两个量得风层间由于种种原因，在自然系统中的实际变化， 1 分钟之间的风向并不是线性化的
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二、地心坐标系中层风计算的基本公式
地心坐标系中层风计算的方法是将气球位置投影到通过测站的水平面 上根据单位时间内相邻时刻气球的水平位移求取层风。
简单来说就是将站心坐标系中的气球水平位移替换为平行于地球表面 的弧长，计算原理同站心，即：
Li Vi 60(t i ti 1 )
其中，



：测站纬度
：测站经度
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站心转化为地心：
X i X i' cos sin Yi ' sin Zi' cos cos X 0 Yi X sin sin Yi cos Z cos sin Y0
' i ' ' i
高空风的计算
-----层风的计算
目录 / contents
1 站心坐标系 2 地心坐标系 3 两坐标的转换 4 存在的问题及想法
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基本定义
1、计算层 用于计算气层平均风的气层 2、层风 在计算层内用位移合成的方法求出的气层平均风
那么，如何来计算层风呢？
一、站心坐标系
R:气球的斜据
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2）增加量得风层的密度。现算法两个量得风层的间隔为 1 分钟，适当减小间隔时间，增加密度，既降低了误差又为 特殊情况下风向变化过程的判断提供依据。同时，更高的 计算密度可以反映出小尺度的变化，凸显风的垂直变化特 征精度，提高高空风观测垂直分辨率，并根据相关标准选 取风特性层。
Zi X cos Yi sin Z 0
' i '
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计算层的划分
0 -20 min
20-40min
1分钟作为一个计算层
2分钟作为一个计算层
40- min
3分钟作为一个计算层
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根据误差传递公式
V 2 V 2 V 2 H H
xi OCi cos i xi 1 OCi 1 cos i 1 yi 1 OCi 1 sin i 1 x xi 1 xi y yi 1 yi
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yi OCi sin i
层风的风速：
x 2 y 2 Vi 1 60(ti 1 ti )
2 V
逐项计算并合并成后整理可得到经纬仪的测风误差为
2
2
2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 H Q H (1 Q ) Q H T
2 V
要求：风矢量的随机误差小于等于2m/s。
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现行计算方法的缺陷
OC:水平距离；Pi Pi+1:空间位移；Ci Ci+1：水平位移
5
i
气球的水平位置
y x(N)

O Li
Ci (Xi,Yi)
θi+1
N
Ci+1(Xi+1,Yi+1) Li+1 y(E)
当气球采用升速W时，气球的水平距离可表示为：
OCi Wti cot i OCi 1 Wti 1 cot i 1
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3 ）直接计算各规定层次风数据或增加计算量得风层的密 度，根据测风雷达获取球坐标数据的特性，必须对球坐数 据进行必要的逻辑性平滑处理，从而避免球坐标数据的随 机误差造成的风数据准确性。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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风速：代替的方法将可能产生不可接受的误差；30km，误差达到百米 风向：1)内插方法的线性假设前提实际上不完全成立，计算中必然产生一定的误 差（风向的分析，不成线性变化） 2)某些风向变化大时，现行方法对风向变化过程的判断可能得出与实际完全 相反的结论。
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改进的方法：目前，先进的设备已经可以实现自动 跟踪，每秒采样一次球坐标数据，为提高高空风探 测提供大量、可信的数据。改变现行的高空风的算 法能够更充分地利用这些数据。
δ：气球的仰角 Ψ:气球的方位角
转化为直角坐标系：
X i' Ri cos i cos i Yi ' Ri cos i sin i Z i' Ri sin i
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站心坐标系计算层风

N P2 P3

P1
P4
O:
C1
C2
C3 C4
注意：前提是不考虑气球的上升运动时，气球在空间的水平运动时沿
等位势面运动的。
三、地心坐标系与站心坐标系的坐标转换
地心转换站心：
X i' ( X i X 0 )cos sin (Yi Y0 )sin sin ( Zi Z 0 )cos Yi ' ( X i X 0 )sin (Yi Y0 )cos Zi' ( X i X 0 )cos cos (Yi Y0 )sin cos ( Zi Z 0 )sin