第八章_地面风观测

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§8.2.3 风杯式风速感应器
当风从左方吹来时，风杯（1）与风向平行， 风对风杯（1）的压力在最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。 但风杯开始转动后，由于杯（2）顺着风的方 向转动，受风的压力相对减小，而杯（3）迎着 风以同样的速度转动，所受风压相对增大，风压 差不断减小，经过一段时间后（风速不变时）， 作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作 匀速转动。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈 28 数）就可以确定风速的大小。
蒲福风力等级（英国，1805年）：0—12共13个等级。 现使用的风力标准是由1946年以来风力等级又作了扩 充，增加到18个等级。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：
台风：中心最大风力12—13级； 强台风：14—15级； 超级台风：16级或以上。
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等 级
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
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二进制代码与格雷码相互转换
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§8.2.3 风杯式风速感应器
目前普遍采用的测定风速的仪 风速感应器 器为风杯形风速器，它的感应部 分是由三个或四个圆锥形或半球 形固定在架子上的风杯组成。 整个架子连同风杯装在一个可 以自由转动的轴上，所有的风杯 都顺着一面。在风压的作用下， 风杯就顺着圆锥（球形）的凸面 方向自由旋转。
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§8.4 其他测风仪器——轻便风向风速表
仪器的右下方有 一启动开关。将它拉 起或按下，就可以使 刻度盘内的齿轮部分 与中心轴下部的螺纹 相接或离开。
轻便风速表一般用 于小气候观测 或 特 殊观测。
DEM6型轻便风向 风速表：测定风向 风速，携带方便
DEM5-1型磁感 风向风速表：测 定风向风速，携 带方便
自记钟、自记笔、笔杆、干电池接头等组成
风速记录机构
风向记录机构
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§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
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§8.4 其他测风仪器——热线风速表
热线风速表是利用一根被加热的金属丝置于 空气中，散热速率与周围空气的流速有关，利 于这种特性来测量风速。 热线风速表有旁热型和直热型两种类型。相 比较直热型的时间常数比旁热型要小，这样能 更精确地测量风速随时间的瞬间变化。直热型 风速表可以采用两种工作方式：恒流式和恒阻 （恒温）式。 气温变化、仪器本身的灵敏度变化、热线方 向与气流方向不垂直以及空气密度都将对热线 风速表测量风速造成影响。 41
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§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
总之，风既可以给我们带来福，也能带来灾。 因此，在利用风力、防御风灾以及工矿、城市建设、 军事活动及大气污染等方面都需要有关风的资料。
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３.风向
风向是指风 的来向。
人工观测：用十六 方位表示，以拉丁 文缩写记录； 自动观测：以度 （°）为单位。
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４.风速
风速是空气质点在单位时间内所移动的 水平距离。 以米/秒（m/s）为单位，定时观测取整数， 自记记录取一位小数。 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。
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飓风
陆上少见，其摧毁力极大
>32.6
>33 10
５.如何取得具有代表性的风资料？
在观测中为了取得具有一定代表性的风向、风 速资料，风的观测一般是取某一时段内的平均风速 和最多风向。 实验表明：取十分钟时段内的平均值即可以达到 一定代表性的要求，在大多数风的阵性涨落不大的 情况下，取2－3分钟时段内的平均值，也可达到一 定代表性的要求。 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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§8.2.2 风向传感器
传送和指示风向标所在方位的方法： •机械传送 •电接式传送 •电位计式传送 •光电转换（格雷码盘） 格雷码盘将风向标轴的转动角度的度数变换成一个 二进制的数字信号。当风向标随着气流的运动而转动 时，风向轴带动格雷码盘与风向标同时转动,从而输出 七位格雷码信号，将机械位置信号转换成电信号。 十进制与通用二进制码以及格雷码的转换见表8-3。
§8.4 其他测风仪器——声风速表
声风速表是利用声波在空气中的传播 速度与风速之间的函数关系测量风速的。
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§8.4 其他测风仪器——轻便风向风速表
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。 构造：
• 风杯感应部分 • 机械指示部分
感应部分：四个半球形风杯 刻度盘中心大指针指示十位数和个 位数，右边小指针指示百位数，左 边小指针指示千位数。
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§8.4 其他测风仪器——轻便风向风速表
•使用：
•仪器安置在四面开阔不阻碍风速的地方，高度可以根据 观测目的来确定，要注意保持表身垂直且读数方便。 •风速表在观测前，应读出所有指针示度记入观测薄中。 •到观测时间，拉启动开关，使风杯与数字盘接通，同时， 应开动秒表，观测者需向仪器背风面后退数步，以免影响 仪器附近的空气自由流通。 •到了预定时间时，关闭启动开关，记下第二次指针示度。 •根据两次读数算出其差数，并记入观测薄内。 •其差值表示：开关从打开到关闭时间间隔内，风速表指针所 走过的刻度数（米），将此差数除以指针所走的持续时间 （秒），则为每秒刻度，准确到一位小数。 •计算出的刻度数经过所附检定表订正后，就得到所测的风速。
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２.风有什么观测意义？
风在天气预报中有着重要的作用，常作为 良好的预报指标而广泛应用。 风是一种自然力。我们可以利用风力发电； 飞机选择适当的航线，就可以缩短飞行时间， 减少油料消耗，并且也安全可靠；风也可以 将湿空气带到干旱地区，以减少旱情。但是， 大风也可以吹倒树木，使建筑物倒塌遭到破 坏；由于暴风而产生的波浪危及航行中的船 舶安全，也可变成怒涛冲击海岸，破坏海岸 建筑物。
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• • • •
§8.3 EL型电接风向风速计
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.基本组成 b.瞬时风速指示部分 c.瞬时风向指示部分 （3）记录器
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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；
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６.阵风
所谓阵风（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。
风的阵性在航空、航海、建筑、大气污染和放射 性微尘的扩散等方面都有广泛的应用。另外由于风的 阵性变化（包括风向的突变或风速的迅变）常常伴随 着其它气象要素的变化，标志着某种天气过程的发生 或演变，因此，对风的阵性研究很受重视。 12
名 称
静风 软风 轻风 微风 和风 劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风
陆
静，烟直上
上
地
物
征
象
相 当 风 速
范围(m/s) 0.0～0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 中数 0 1 2 4 7 9 12 16 19 23 26 31
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 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
§8.2.4 螺旋桨式风速感应器
工作原理：螺旋桨式风速 感应器对准气流的叶片系统 受到风压作用，产生一定的 扭力矩，使叶片系统转动。 它的转速与风速能保持一定 的关系（满足一定条件时， 转速与风速成正比）。
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§8.2.5 风速传感器
传送和指示风速的方法：
机械式 电接式 磁感式 光电式（多齿光盘） 多齿光盘固定在风杯轴上，盘上有等距的孔， 光盘上面装有发光二极管，下面装有光敏三极管。 当风杯带着光盘转动时，由于孔的不连续性，光 敏三极管时而导通时而截止，形成光脉冲信号， 每一个脉冲信号代表一定的风程。这样就能得到 与风杯转速成正比的频率信号。由计数器计数， 经转换即可得到实际的风速。
不难理解，测定平均风速时，仪器 要有优良的积分性能（即自动平均能 力）；要是测定阵风，仪器应能反映瞬 时风速，自动平均能力良好反而不利。 因此——
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§8.2 风的传感器
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§8.2.1 风的感应器
风向标是各种测风仪器 中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。
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风向感应器
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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。
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风向标都应满足
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
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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常见的风向标
菱形风向标 双叶型风向标 流线型风向标
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ａ．双叶型风向标：尾翼由两个分开的叶片组成， 两翼有20°左右的张角，增大了垂直方向上的风压， 所以灵敏性较好。同时由于张角的存在，当风标做 惯性转动时，受到摆回平衡位置的力也要大些，所 以稳定性也较好。双叶型尾翼的最大缺陷，是尾翼 对气流的破坏较严重，引起了尾翼后的涡流。 ｂ．菱型风向标：是比较理想的风向标，它的体积 和重量都较小；另外，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，使得气流稳定。所以它 的灵敏性、稳定性都很好。 ｃ．流线性风向标：具有菱型风向标的优点。但是， 制造上较难，容易变形。
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４.风速 （续）
风的平均量：是指在规定时间段的平均 值，有3s、1min、2min和10min的平均值。 风速的常用单位是m/s。 与其他风速单位的换算关系为： 1m/s = 3.6km/h = 3.3尺/s = 1.49里/h(节 knots) = 2.24哩/h
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４.风速 （续）
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。
风速部分由：
• 风杯 • 交流发电机
• 蜗轮等组成。
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§8.3 EL型电接风向风速计
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
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电接风向风速计指示器
瞬时风速指示电路
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瞬时风向指示电路
直流电源保护装置接线图
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电接风向风速计记录器——由八个风向电磁铁、一个风速电磁铁、
第八章 地面风的观测
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知识结构
1 概述 2 4 6 风的传感器 其他测风仪器 气象应用
3 EL型电接风向风速计 5 测风仪器的安装
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§8.1 概述
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１.什么是风
我们知道空气处于不停的运动之中。 将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wk.baidu.com的垂直运动 （如对流运动），水平分量即是风。 简而言之，风就是指空气的水平运 动，风的运动既有速度又有方向，说明 了风是一个矢量，因此风的观测包括风 向和风速两项。