大氣探測第七章：地面風(fēng)的觀測

1、大氣探測學(xué)大氣探測學(xué)第七章第七章 地面風(fēng)的觀測地面風(fēng)的觀測7.1 7.1 概述概述 7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器 7.3 EL 7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計 7.4 7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器 7.5 7.5 測風(fēng)儀器的安裝測風(fēng)儀器的安裝7.1 7.1 概概 述述1 1什么是風(fēng)？什么是風(fēng)？風(fēng)是指空氣的水平運動。風(fēng)是指空氣的水平運動。風(fēng)的運動既有速度又有方向，說明了風(fēng)的運動既有速度又有方向，說明了風(fēng)是一個矢量（地面氣象觀測的風(fēng)是風(fēng)是一個矢量（地面氣象觀測的風(fēng)是兩維矢量，即空氣的水平運動），因兩維矢量，即空氣的水平運動），因此風(fēng)的觀測包括風(fēng)向和風(fēng)速兩項。此風(fēng)的觀測包括

2、風(fēng)向和風(fēng)速兩項。2 2風(fēng)向：風(fēng)向：指風(fēng)的來向。指風(fēng)的來向。人工觀測，用十六人工觀測，用十六方位表示，以拉丁方位表示，以拉丁文縮寫記錄；文縮寫記錄；自動觀測，風(fēng)向以自動觀測，風(fēng)向以度度( () )為單位。為單位。最多風(fēng)向：最多風(fēng)向：指在指在規(guī)定時間段內(nèi)出現(xiàn)規(guī)定時間段內(nèi)出現(xiàn)頻數(shù)最多的風(fēng)向。頻數(shù)最多的風(fēng)向。7.1 7.1 概概 述述風(fēng)向符號與度數(shù)對照表風(fēng)向符號與度數(shù)對照表 3 3風(fēng)速：風(fēng)速：是空氣質(zhì)點在單位時間內(nèi)所移動的水平距是空氣質(zhì)點在單位時間內(nèi)所移動的水平距離。以米離。以米/ /秒為單位，定時觀測取整數(shù)，自秒為單位，定時觀測取整數(shù)，自記記錄取一位小數(shù)。記記錄取一位小數(shù)。最大風(fēng)速：最大風(fēng)速：是指在

3、某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最是指在某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大十分鐘平均風(fēng)速值。大十分鐘平均風(fēng)速值。極大風(fēng)速極大風(fēng)速( (陣風(fēng)陣風(fēng)) )：是指某個時段內(nèi)出現(xiàn)是指某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風(fēng)速值。的最大瞬時風(fēng)速值。瞬時風(fēng)速：瞬時風(fēng)速：是指三秒鐘的平均風(fēng)速。是指三秒鐘的平均風(fēng)速。7.1 7.1 概概 述述風(fēng)力等級：風(fēng)力等級：常用的風(fēng)力等級系英國人蒲福于常用的風(fēng)力等級系英國人蒲福于18051805年規(guī)定，稱年規(guī)定，稱蒲福風(fēng)力等級，從蒲福風(fēng)力等級，從012級共級共13級。級?，F(xiàn)在使用的分級標(biāo)準(zhǔn)是由現(xiàn)在使用的分級標(biāo)準(zhǔn)是由1946年以來風(fēng)力等級又做年以來風(fēng)力等級又做了擴充，增到了擴充，增到18個等級（個等級（017級）。級）

4、。我國自我國自2006年年6月月15日起實施新的熱帶氣旋等級劃日起實施新的熱帶氣旋等級劃分，與過去不同的是：分，與過去不同的是： 臺風(fēng)：中心最大風(fēng)力臺風(fēng)：中心最大風(fēng)力1213級。級。 強臺風(fēng)：中心最大風(fēng)力強臺風(fēng)：中心最大風(fēng)力1415級。級。 超強臺風(fēng)：中心最大風(fēng)力超強臺風(fēng)：中心最大風(fēng)力16級或以上。級或以上。7.1 7.1 概概 述述等等級級 名名 稱稱陸陸 上上 地地 物物 征征 象象相相 當(dāng)當(dāng) 風(fēng)風(fēng) 速速范圍范圍(m/s)中數(shù)中數(shù)0靜風(fēng)靜風(fēng)靜，煙直上靜，煙直上0.00.201軟風(fēng)軟風(fēng)煙能表示風(fēng)向，樹葉略有搖動煙能表示風(fēng)向，樹葉略有搖動0.31.512輕風(fēng)輕風(fēng)人面感覺有風(fēng)，樹葉有微響，風(fēng)向標(biāo)

5、能轉(zhuǎn)動，旗飄人面感覺有風(fēng)，樹葉有微響，風(fēng)向標(biāo)能轉(zhuǎn)動，旗飄動動1.63.323微風(fēng)微風(fēng)樹葉及小枝搖動不息，旗展開，高的草搖動不息樹葉及小枝搖動不息，旗展開，高的草搖動不息3.45.444和風(fēng)和風(fēng)能吹起地面灰塵和紙張，樹枝動搖。高的草呈波浪能吹起地面灰塵和紙張，樹枝動搖。高的草呈波浪起伏起伏5.57.975勁風(fēng)勁風(fēng)有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波。高的草波浪有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波。高的草波浪起伏明顯起伏明顯8.010.796強風(fēng)強風(fēng)大樹枝搖動，電線呼呼有聲，撐傘困難。高的草不大樹枝搖動，電線呼呼有聲，撐傘困難。高的草不時傾伏于地時傾伏于地10.813.8127疾風(fēng)疾風(fēng)全樹搖動，大樹枝彎下

6、來，迎風(fēng)步行感覺不便全樹搖動，大樹枝彎下來，迎風(fēng)步行感覺不便13.917.1168大風(fēng)大風(fēng)可折毀小樹枝，人迎風(fēng)前行感覺阻力甚大可折毀小樹枝，人迎風(fēng)前行感覺阻力甚大17.220.7199烈風(fēng)烈風(fēng)草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷20.824.42310狂風(fēng)狂風(fēng)樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞24.528.42611暴風(fēng)暴風(fēng)大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴重破壞大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴重破壞28.532.63112颶風(fēng)颶風(fēng)陸上少見，其摧毀力極大陸上少見，其摧毀力極大32.6334 4風(fēng)的平均量風(fēng)的平均量：是指在規(guī)定時間段的平均值

7、，有三秒鐘、是指在規(guī)定時間段的平均值，有三秒鐘、一分鐘、二分鐘和十分鐘的平均值。一分鐘、二分鐘和十分鐘的平均值。在觀測中為了取得具有一定代表性的風(fēng)向、在觀測中為了取得具有一定代表性的風(fēng)向、風(fēng)速資料，風(fēng)的觀測一般是取某一時段內(nèi)風(fēng)速資料，風(fēng)的觀測一般是取某一時段內(nèi)的的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。氣象臺站觀測中，一般是取兩分鐘的平均風(fēng)速氣象臺站觀測中，一般是取兩分鐘的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向，自記儀器是取十分鐘的平均風(fēng)速和和最多風(fēng)向，自記儀器是取十分鐘的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。最多風(fēng)向。7.1 7.1 概概 述述5 5陣風(fēng)：陣風(fēng)：陣風(fēng)（風(fēng)的陣性）：陣風(fēng)（風(fēng)的陣性）：是指瞬時風(fēng)向風(fēng)速在是指瞬時風(fēng)向風(fēng)速

8、在平均值附近漲落的變化和分布特性。平均值附近漲落的變化和分布特性。WMOWMO關(guān)關(guān)于于“陣風(fēng)陣風(fēng)”的定義是：在規(guī)定時間間隔的定義是：在規(guī)定時間間隔（指十分鐘）內(nèi)，風(fēng)速偏離其平均值的一（指十分鐘）內(nèi)，風(fēng)速偏離其平均值的一個正的或負的偏距，其持續(xù)時間不超過兩個正的或負的偏距，其持續(xù)時間不超過兩分鐘者。分鐘者。陣風(fēng)觀測：陣風(fēng)觀測：主要有兩個變量，風(fēng)速和風(fēng)向主要有兩個變量，風(fēng)速和風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差、陣風(fēng)峰值。的標(biāo)準(zhǔn)偏差、陣風(fēng)峰值。7.1 7.1 概概 述述6 6氣象站風(fēng)的觀測項目：氣象站風(fēng)的觀測項目：人工觀測時：人工觀測時：測量平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。測量平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。配有自記儀器的要作風(fēng)向風(fēng)速的連續(xù)記

9、錄配有自記儀器的要作風(fēng)向風(fēng)速的連續(xù)記錄并進行整理。并進行整理。 自動觀測時：自動觀測時：測量平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、測量平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速。最大風(fēng)速、極大風(fēng)速。 7.1 7.1 概概 述述7 7測量風(fēng)的主要儀器：測量風(fēng)的主要儀器：（1 1）ELEL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計（2 2）ENEN型系列測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀型系列測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀（3 3）海島自動測風(fēng)站）海島自動測風(fēng)站（4 4）輕便風(fēng)向風(fēng)速表）輕便風(fēng)向風(fēng)速表（5 5）單翼風(fēng)向傳感器和風(fēng)杯風(fēng)速傳感器等）單翼風(fēng)向傳感器和風(fēng)杯風(fēng)速傳感器等 當(dāng)沒有測定風(fēng)向風(fēng)速的儀器，或雖有儀器但當(dāng)沒有測定風(fēng)向風(fēng)速的儀器，或雖有儀器但因故障而不能

10、使用時，可目測風(fēng)向和風(fēng)力。因故障而不能使用時，可目測風(fēng)向和風(fēng)力。7.1 7.1 概概 述述8 8風(fēng)的測量有什么意義？風(fēng)的測量有什么意義？（1 1）在天氣預(yù)報方面，）在天氣預(yù)報方面，天氣形勢分析時需要風(fēng)資天氣形勢分析時需要風(fēng)資料。另外，大風(fēng)多具災(zāi)害性，對航運、漁業(yè)生產(chǎn)及料。另外，大風(fēng)多具災(zāi)害性，對航運、漁業(yè)生產(chǎn)及軍事活動的影響甚大，所以大風(fēng)預(yù)報是風(fēng)的預(yù)報的軍事活動的影響甚大，所以大風(fēng)預(yù)報是風(fēng)的預(yù)報的重點。重點。（2 2）在城市規(guī)劃方面，）在城市規(guī)劃方面，為了盡可能地減少工廠排為了盡可能地減少工廠排放的煙塵、廢氣對居住區(qū)的污染，城市規(guī)劃尤其要放的煙塵、廢氣對居住區(qū)的污染，城市規(guī)劃尤其要考慮風(fēng)的影響

11、。各地都可根據(jù)該地的風(fēng)頻統(tǒng)計進行考慮風(fēng)的影響。各地都可根據(jù)該地的風(fēng)頻統(tǒng)計進行布局規(guī)劃。布局規(guī)劃。7.1 7.1 概概 述述（3 3）在森林防火方面，）在森林防火方面，風(fēng)力的大小還與森林火災(zāi)風(fēng)力的大小還與森林火災(zāi)的發(fā)生關(guān)系十分密切。及時準(zhǔn)確的預(yù)報會減免火災(zāi)的發(fā)生關(guān)系十分密切。及時準(zhǔn)確的預(yù)報會減免火災(zāi)的發(fā)生和將損失減到最小。的發(fā)生和將損失減到最小。 （4 4）在軍事氣象方面，）在軍事氣象方面，風(fēng)是海洋氣象因素之一，風(fēng)是海洋氣象因素之一，它對海軍平戰(zhàn)時的活動影響很大。準(zhǔn)確的預(yù)報對航它對海軍平戰(zhàn)時的活動影響很大。準(zhǔn)確的預(yù)報對航行有重大意義。行有重大意義。 （5 5）其他，）其他，風(fēng)速風(fēng)向資料還廣泛應(yīng)用

12、于建筑設(shè)計、風(fēng)速風(fēng)向資料還廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計、輸電線路設(shè)計、大氣污染評價、風(fēng)能資源開發(fā)等領(lǐng)輸電線路設(shè)計、大氣污染評價、風(fēng)能資源開發(fā)等領(lǐng)域。域。7.1 7.1 概概 述述7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器風(fēng)向標(biāo)：風(fēng)向標(biāo)：是各種測風(fēng)儀器中用以指示風(fēng)向的最主要的是各種測風(fēng)儀器中用以指示風(fēng)向的最主要的部件。分為頭部（維持平衡也稱平衡錘）、部件。分為頭部（維持平衡也稱平衡錘）、水平桿與尾翼三部分。整個風(fēng)向標(biāo)可繞垂直水平桿與尾翼三部分。整個風(fēng)向標(biāo)可繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。它的重心正好在轉(zhuǎn)動軸的軸心上。軸旋轉(zhuǎn)。它的重心正好在轉(zhuǎn)動軸的軸心上。風(fēng)向標(biāo)作用原理：風(fēng)向標(biāo)作用原理：當(dāng)風(fēng)的來向與風(fēng)向標(biāo)成某一個交角時，風(fēng)對風(fēng)向當(dāng)

13、風(fēng)的來向與風(fēng)向標(biāo)成某一個交角時，風(fēng)對風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生壓力，這個力可分解成平行和垂直于風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生壓力，這個力可分解成平行和垂直于風(fēng)向標(biāo)的兩個分力。由于風(fēng)向標(biāo)頭部受風(fēng)面積較小，標(biāo)的兩個分力。由于風(fēng)向標(biāo)頭部受風(fēng)面積較小，尾翼受風(fēng)面積較大，因而感受的風(fēng)壓不相等，垂尾翼受風(fēng)面積較大，因而感受的風(fēng)壓不相等，垂直于尾翼的風(fēng)壓產(chǎn)生風(fēng)壓力矩，使風(fēng)向標(biāo)繞垂直直于尾翼的風(fēng)壓產(chǎn)生風(fēng)壓力矩，使風(fēng)向標(biāo)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，直至風(fēng)向標(biāo)頭部正好對著風(fēng)的來向時，軸旋轉(zhuǎn)，直至風(fēng)向標(biāo)頭部正好對著風(fēng)的來向時，由于翼板兩邊受力平衡，風(fēng)向標(biāo)就穩(wěn)定在某一位由于翼板兩邊受力平衡，風(fēng)向標(biāo)就穩(wěn)定在某一位置。置。 7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器只有當(dāng)只有

14、當(dāng)MMfMMf時，即在一定時，即在一定的起動風(fēng)速的起動風(fēng)速V V下，風(fēng)向標(biāo)才能下，風(fēng)向標(biāo)才能轉(zhuǎn)動。各種風(fēng)向標(biāo)的起動風(fēng)轉(zhuǎn)動。各種風(fēng)向標(biāo)的起動風(fēng)速都不相同，它取決于風(fēng)標(biāo)速都不相同，它取決于風(fēng)標(biāo)形狀和交角形狀和交角. .7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器風(fēng)向標(biāo)的受力情況：設(shè)氣流與風(fēng)標(biāo)的起始位置成風(fēng)向標(biāo)的受力情況：設(shè)氣流與風(fēng)標(biāo)的起始位置成的交角，則風(fēng)向標(biāo)的尾翼上受到三個力矩的作用，的交角，則風(fēng)向標(biāo)的尾翼上受到三個力矩的作用，一是一是風(fēng)壓力矩風(fēng)壓力矩M M，二是慣性力矩，二是慣性力矩MnMn，三是摩擦力矩，三是摩擦力矩MfMf，包括在轉(zhuǎn)軸支點處的摩擦力矩及空氣粘滯性，包括在轉(zhuǎn)軸支點處的摩擦力矩及空氣粘

15、滯性對翼板等產(chǎn)生的摩擦力矩。這樣，風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)動的運對翼板等產(chǎn)生的摩擦力矩。這樣，風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)動的運動方程為動方程為 M M=Mn+Mf=Mn+Mf，即，即Mn=M-MfMn=M-Mf。對風(fēng)向標(biāo)的要求：對風(fēng)向標(biāo)的要求：(1)(1)靈敏度：靈敏度：在小風(fēng)速或風(fēng)向改變不大的情況下，在小風(fēng)速或風(fēng)向改變不大的情況下，能很快地反映出風(fēng)向變化來。能很快地反映出風(fēng)向變化來。提高靈敏度的方法：在重量一定的前提下，加大尾提高靈敏度的方法：在重量一定的前提下，加大尾翼的面積、加大其壓力中心到垂直軸的距離（力翼的面積、加大其壓力中心到垂直軸的距離（力臂）、減小軸部摩擦等。臂）、減小軸部摩擦等。(2)(2)穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：當(dāng)風(fēng)向

16、改變時，由風(fēng)向標(biāo)本身慣性作當(dāng)風(fēng)向改變時，由風(fēng)向標(biāo)本身慣性作用引起的擺動要小。用引起的擺動要小。提高穩(wěn)定度的方法：需要適當(dāng)減小風(fēng)向標(biāo)的重量、提高穩(wěn)定度的方法：需要適當(dāng)減小風(fēng)向標(biāo)的重量、減小轉(zhuǎn)動半徑和增大受風(fēng)面積，也可改進風(fēng)標(biāo)的形減小轉(zhuǎn)動半徑和增大受風(fēng)面積，也可改進風(fēng)標(biāo)的形狀。狀。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器常用風(fēng)向標(biāo)的類型：常用風(fēng)向標(biāo)的類型：(1)(1)雙葉型：雙葉型：兩翼有兩翼有2020度張角，度張角，增大了垂直方向上的風(fēng)壓，靈增大了垂直方向上的風(fēng)壓，靈敏性較好。同時由于張角的存敏性較好。同時由于張角的存在，當(dāng)風(fēng)標(biāo)做慣性轉(zhuǎn)動時，受在，當(dāng)風(fēng)標(biāo)做慣性轉(zhuǎn)動時，受到擺回平衡位置的力也要大些，到

17、擺回平衡位置的力也要大些，穩(wěn)定性較好。穩(wěn)定性較好。缺點：缺點：尾翼對氣流的破壞性較尾翼對氣流的破壞性較嚴重，引起了尾翼后的渦流。嚴重，引起了尾翼后的渦流。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器(2)(2)菱型：菱型：是比較理想的風(fēng)向標(biāo)，體積和重是比較理想的風(fēng)向標(biāo)，體積和重量都較小。尾翼透空，氣流從尾翼透空部分量都較小。尾翼透空，氣流從尾翼透空部分通過，形成一股強氣流，使得尾翼不易擺動，通過，形成一股強氣流，使得尾翼不易擺動，并將尾部形成的渦流帶走，使空氣穩(wěn)定。所并將尾部形成的渦流帶走，使空氣穩(wěn)定。所以其靈敏性和穩(wěn)定性都較好。以其靈敏性和穩(wěn)定性都較好。(3)(3)流線型：流線型：具有菱型風(fēng)向標(biāo)的優(yōu)

18、點，但是具有菱型風(fēng)向標(biāo)的優(yōu)點，但是制造上較難，容易變形。制造上較難，容易變形。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器風(fēng)向傳感器：風(fēng)向傳感器：傳送和指示風(fēng)向標(biāo)所在方位的方法很傳送和指示風(fēng)向標(biāo)所在方位的方法很多，有機械傳送、電接式傳送、電位多，有機械傳送、電接式傳送、電位計式傳送、光電轉(zhuǎn)換即格雷碼盤等。計式傳送、光電轉(zhuǎn)換即格雷碼盤等。最常用的是格雷碼盤。最常用的是格雷碼盤。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器格雷碼盤：格雷碼盤：原理：原理：格雷碼盤固定格雷碼盤固定在風(fēng)向標(biāo)的軸上，當(dāng)在風(fēng)向標(biāo)的軸上，當(dāng)碼盤隨著風(fēng)向標(biāo)軸轉(zhuǎn)碼盤隨著風(fēng)向標(biāo)軸轉(zhuǎn)動時，就可將風(fēng)向標(biāo)動時，就可將風(fēng)向標(biāo)的轉(zhuǎn)動角度的度數(shù)變的轉(zhuǎn)動角度的

19、度數(shù)變換成一個二進制的數(shù)換成一個二進制的數(shù)字信號。字信號。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器白色透明為為：1黑色不透明為為：0組成：組成：由等分的同心圓組成，由內(nèi)到外分由等分的同心圓組成，由內(nèi)到外分別為別為0 0、2 20 0、2 21 1、2 22 2、2 23 3、2 24 4、2 25 5等等份，份，相鄰兩份做成透光和不透光處理，通過位相鄰兩份做成透光和不透光處理，通過位于碼盤兩側(cè)同一半徑上的光電耦合器件對于碼盤兩側(cè)同一半徑上的光電耦合器件對輸出相應(yīng)的格雷碼。輸出相應(yīng)的格雷碼。優(yōu)點：優(yōu)點：是每進一位只有其中的一位數(shù)發(fā)生是每進一位只有其中的一位數(shù)發(fā)生0 0和和1 1之間的變化，因而即使發(fā)

20、生誤讀也只能之間的變化，因而即使發(fā)生誤讀也只能產(chǎn)生一位碼的誤差，對保證測量風(fēng)向的精產(chǎn)生一位碼的誤差，對保證測量風(fēng)向的精度有很大好處。度有很大好處。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器風(fēng)杯式風(fēng)速感應(yīng)器：風(fēng)杯式風(fēng)速感應(yīng)器：由三個或四個圓錐形或半球形固定在架子上由三個或四個圓錐形或半球形固定在架子上的風(fēng)杯組成。整個架子連同風(fēng)杯裝在一個可的風(fēng)杯組成。整個架子連同風(fēng)杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上，所有的風(fēng)杯都順著一面。以自由轉(zhuǎn)動的軸上，所有的風(fēng)杯都順著一面。在風(fēng)壓的作用下，風(fēng)杯就順著圓錐（球形）在風(fēng)壓的作用下，風(fēng)杯就順著圓錐（球形）的凸面方向自由旋轉(zhuǎn)。的凸面方向自由旋轉(zhuǎn)。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感

21、器測風(fēng)原理：測風(fēng)原理：當(dāng)風(fēng)從左方吹來時，風(fēng)杯（當(dāng)風(fēng)從左方吹來時，風(fēng)杯（1 1）與風(fēng)向平行，風(fēng)對）與風(fēng)向平行，風(fēng)對風(fēng)杯（風(fēng)杯（1 1）的壓力在垂直于風(fēng)杯軸方向上的分力近）的壓力在垂直于風(fēng)杯軸方向上的分力近似為零。風(fēng)杯（似為零。風(fēng)杯（2 2）與（）與（3 3）同風(fēng)向成）同風(fēng)向成6060角相交，角相交，對風(fēng)杯（對風(fēng)杯（2 2）而言，其凹面迎著風(fēng)，承受的風(fēng)壓最）而言，其凹面迎著風(fēng)，承受的風(fēng)壓最大大; ;風(fēng)杯（風(fēng)杯（3 3）其凸面迎風(fēng)，風(fēng)的繞流作用使其所受）其凸面迎風(fēng)，風(fēng)的繞流作用使其所受風(fēng)壓比風(fēng)杯（風(fēng)壓比風(fēng)杯（2 2）小，由于風(fēng)杯（）小，由于風(fēng)杯（2 2）與風(fēng)杯（）與風(fēng)杯（3 3）在垂直于風(fēng)杯軸方向上

22、的壓力差，而使風(fēng)杯開始順在垂直于風(fēng)杯軸方向上的壓力差，而使風(fēng)杯開始順時針方向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，起始的壓力差越大，產(chǎn)時針方向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，起始的壓力差越大，產(chǎn)生的加速度越大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)動越快。生的加速度越大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)動越快。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器風(fēng)杯開始轉(zhuǎn)動后，由于杯（風(fēng)杯開始轉(zhuǎn)動后，由于杯（2 2）順著風(fēng)的方）順著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)動，受風(fēng)的壓力相對減小，而杯（向轉(zhuǎn)動，受風(fēng)的壓力相對減小，而杯（3 3）迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動，所受風(fēng)壓相對增迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動，所受風(fēng)壓相對增大，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過一段時間后（風(fēng)大，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過一段時間后（風(fēng)速不變時），作用在三個風(fēng)杯上的分壓差為速不

23、變時），作用在三個風(fēng)杯上的分壓差為零時，風(fēng)杯就變作勻速轉(zhuǎn)動。這樣根據(jù)風(fēng)杯零時，風(fēng)杯就變作勻速轉(zhuǎn)動。這樣根據(jù)風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速（每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)）就可以確定風(fēng)速的轉(zhuǎn)速（每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)）就可以確定風(fēng)速的大小。的大小。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器誤差分析：誤差分析：當(dāng)風(fēng)速增加時，轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速以適當(dāng)風(fēng)速增加時，轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速以適應(yīng)氣流速度。應(yīng)氣流速度。當(dāng)風(fēng)速減小時，由于慣性影響，轉(zhuǎn)速不能當(dāng)風(fēng)速減小時，由于慣性影響，轉(zhuǎn)速不能立即下降。立即下降。過高效應(yīng)：旋轉(zhuǎn)風(fēng)速表在陣性風(fēng)力指示的過高效應(yīng)：旋轉(zhuǎn)風(fēng)速表在陣性風(fēng)力指示的風(fēng)速偏高，一般可產(chǎn)生的平均誤差約為風(fēng)速偏高，一般可產(chǎn)生的平均誤差約為10%10%。

24、7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器風(fēng)速傳感器：風(fēng)速傳感器：傳送和指示風(fēng)速的方法有機械式、電接傳送和指示風(fēng)速的方法有機械式、電接式、電機式、磁感式和光電式即多齒光式、電機式、磁感式和光電式即多齒光盤等。盤等。最常用的風(fēng)速傳感器是多齒光盤。最常用的風(fēng)速傳感器是多齒光盤。7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器原理：原理：多齒光盤固定在風(fēng)杯軸上，盤上有等多齒光盤固定在風(fēng)杯軸上，盤上有等距的孔，光盤上面裝有發(fā)光二極管，下面裝距的孔，光盤上面裝有發(fā)光二極管，下面裝有光敏三極管。當(dāng)風(fēng)杯帶著光盤轉(zhuǎn)動時，由有光敏三極管。當(dāng)風(fēng)杯帶著光盤轉(zhuǎn)動時，由于孔的不連續(xù)性，光敏三極管時而導(dǎo)通，時于孔的不連續(xù)性，光敏三極管時而

25、導(dǎo)通，時而截止，形成光脈沖信號，每一個脈沖信號而截止，形成光脈沖信號，每一個脈沖信號代表一定的風(fēng)程。這樣就能得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速代表一定的風(fēng)程。這樣就能得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號。由計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換成正比的頻率信號。由計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可得到實際風(fēng)速。即可得到實際風(fēng)速。 7.2 7.2 風(fēng)的傳感器風(fēng)的傳感器7.3 EL7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計儀器結(jié)構(gòu)：儀器結(jié)構(gòu)：1.1.感應(yīng)器感應(yīng)器 風(fēng)速部分的組成及工作原理風(fēng)速部分的組成及工作原理 風(fēng)向風(fēng)向部分的組成及工作原理部分的組成及工作原理2.2.指示器指示器 瞬時風(fēng)速指示部分瞬時風(fēng)速指示部分 瞬時風(fēng)向指示部分瞬時風(fēng)向指示部分3.3

26、.記錄器記錄器 瞬時風(fēng)速記錄部分瞬時風(fēng)速記錄部分 瞬時風(fēng)向記錄部分瞬時風(fēng)向記錄部分7.3 EL7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：風(fēng)速部分由風(fēng)杯、交流風(fēng)速部分由風(fēng)杯、交流發(fā)電機、蝸輪等組成。發(fā)電機、蝸輪等組成。風(fēng)向部分由風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)風(fēng)向部分由風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)向方位塊、導(dǎo)電環(huán)、接向方位塊、導(dǎo)電環(huán)、接觸簧片等組成。觸簧片等組成。風(fēng)速部分：風(fēng)速部分：當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動時，帶動渦輪，并通過撥鉤推當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動時，帶動渦輪，并通過撥鉤推凸輪一起轉(zhuǎn)動。風(fēng)速電接簧片的一端在凸凸輪一起轉(zhuǎn)動。風(fēng)速電接簧片的一端在凸輪表面滑動，當(dāng)凸輪不斷轉(zhuǎn)動時，上面一輪表面滑動，當(dāng)凸輪不斷轉(zhuǎn)動時，上面一個簧片先從凸輪最高點跌下來

27、，與下面一個簧片先從凸輪最高點跌下來，與下面一個簧片接觸，緊接著下面一個簧片也從凸個簧片接觸，緊接著下面一個簧片也從凸輪最高點跌下來，于是上面簧片斷開，完輪最高點跌下來，于是上面簧片斷開，完成一次電接。風(fēng)速越大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)的越快，成一次電接。風(fēng)速越大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)的越快，單位時間內(nèi)電接的次數(shù)越多。由于每吹過單位時間內(nèi)電接的次數(shù)越多。由于每吹過200m200m風(fēng)程（風(fēng)杯轉(zhuǎn)過風(fēng)程（風(fēng)杯轉(zhuǎn)過8080圈），接點就接觸圈），接點就接觸一次，記錄器風(fēng)速筆尖就在自記紙風(fēng)速坐一次，記錄器風(fēng)速筆尖就在自記紙風(fēng)速坐標(biāo)上向上或向下移動標(biāo)上向上或向下移動1/31/3格（三次移動一格（三次移動一格）。根據(jù)筆尖格）。根據(jù)筆尖101

28、0分鐘內(nèi)自記紙上移動的分鐘內(nèi)自記紙上移動的格數(shù)，就可求出當(dāng)時的平均風(fēng)速。格數(shù)，就可求出當(dāng)時的平均風(fēng)速。7.3 EL7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計風(fēng)向部分：風(fēng)向部分：固定在底座防水罩內(nèi)的方位盤，有內(nèi)外固定在底座防水罩內(nèi)的方位盤，有內(nèi)外兩環(huán)，外環(huán)是導(dǎo)電環(huán)，內(nèi)環(huán)分成八塊，兩環(huán)，外環(huán)是導(dǎo)電環(huán)，內(nèi)環(huán)分成八塊，互相絕緣，稱為方位塊。裝在風(fēng)標(biāo)座防互相絕緣，稱為方位塊。裝在風(fēng)標(biāo)座防水罩內(nèi)的是風(fēng)向電接簧片，簧片上有三水罩內(nèi)的是風(fēng)向電接簧片，簧片上有三個電接點，隨著風(fēng)標(biāo)的轉(zhuǎn)動，外面的一個電接點，隨著風(fēng)標(biāo)的轉(zhuǎn)動，外面的一個電接點在導(dǎo)電環(huán)上滑動，靠里的兩個個電接點在導(dǎo)電環(huán)上滑動，靠里的兩個電接點在方位塊

29、上滑動。這兩個電接點電接點在方位塊上滑動。這兩個電接點的距離等于半個方位塊的寬度。隨著風(fēng)的距離等于半個方位塊的寬度。隨著風(fēng)向的不同，三個電接點就停在不同的位向的不同，三個電接點就停在不同的位置上，里面的兩個電接點可能停在一個置上，里面的兩個電接點可能停在一個方位塊上，也可能停在相鄰的兩個方位方位塊上，也可能停在相鄰的兩個方位塊上。這樣，當(dāng)風(fēng)標(biāo)帶動電接簧片在方塊上。這樣，當(dāng)風(fēng)標(biāo)帶動電接簧片在方位塊上轉(zhuǎn)動時，就可指示出位塊上轉(zhuǎn)動時，就可指示出1616個方位。個方位。7.3 EL7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計u瞬時風(fēng)速指示部分：瞬時風(fēng)速指示部分：裝有一塊直流電流表，上面有裝有一塊直流電

30、流表，上面有0 020m/s20m/s和和0 040m/s40m/s兩行刻度，用以兩行刻度，用以觀測瞬時風(fēng)速。觀測瞬時風(fēng)速。u瞬時風(fēng)向指示部分：瞬時風(fēng)向指示部分：裝有一個八燈盤，用來觀測瞬時裝有一個八燈盤，用來觀測瞬時風(fēng)向。風(fēng)向。由電源、瞬時風(fēng)向指示盤、瞬時風(fēng)由電源、瞬時風(fēng)向指示盤、瞬時風(fēng)速指示盤等組成。速指示盤等組成。7.3 EL7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計由八個風(fēng)向電磁鐵、一個風(fēng)速電磁鐵、自由八個風(fēng)向電磁鐵、一個風(fēng)速電磁鐵、自記鐘、自記筆、筆擋、充放電線路等部分組記鐘、自記筆、筆擋、充放電線路等部分組成。成。 7.3 EL7.3 EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計型電接風(fēng)向風(fēng)速計7.4

31、7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器熱線風(fēng)速表熱線風(fēng)速表 ：原理：原理：是利用一根被加熱的金屬絲置于是利用一根被加熱的金屬絲置于空氣中，散熱速率與周圍空氣的流速有空氣中，散熱速率與周圍空氣的流速有關(guān)，利于這種特性來測量風(fēng)速。關(guān)，利于這種特性來測量風(fēng)速。 優(yōu)點：優(yōu)點：比起風(fēng)杯風(fēng)速計和風(fēng)車風(fēng)速計，比起風(fēng)杯風(fēng)速計和風(fēng)車風(fēng)速計，其能更準(zhǔn)確的測量風(fēng)速隨時間的瞬間變其能更準(zhǔn)確的測量風(fēng)速隨時間的瞬間變化?；Ｎ⒊叨蕊L(fēng)速測量感應(yīng)器常使用熱線微尺度風(fēng)速測量感應(yīng)器常使用熱線風(fēng)速計。風(fēng)速計。聲風(fēng)速表聲風(fēng)速表：是利用聲波在空是利用聲波在空氣中的傳播速度氣中的傳播速度與風(fēng)速之間的函與風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系測量風(fēng)速數(shù)關(guān)系測量風(fēng)速

32、的。的。7.4 7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器超聲風(fēng)速儀超聲風(fēng)速儀輕便風(fēng)向風(fēng)速表輕便風(fēng)向風(fēng)速表 ：u是測量風(fēng)向和一分鐘內(nèi)平均是測量風(fēng)向和一分鐘內(nèi)平均風(fēng)速的儀器，它用于野外考察風(fēng)速的儀器，它用于野外考察或氣象站儀器損壞時的備份?；驓庀笳緝x器損壞時的備份。u儀器由風(fēng)向部分（包括風(fēng)向儀器由風(fēng)向部分（包括風(fēng)向標(biāo)、方位盤、制動小套）、風(fēng)標(biāo)、方位盤、制動小套）、風(fēng)速部分（包括十字護架、風(fēng)杯、速部分（包括十字護架、風(fēng)杯、風(fēng)速表主機體）和手柄三部分風(fēng)速表主機體）和手柄三部分組成組成。7.4 7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器 在空曠處，由觀測者手持儀器，高出頭部并保在空曠處，由觀測者手持儀器，高出頭部并保持垂

33、直，風(fēng)速表刻度盤與當(dāng)時風(fēng)向平行；然后將方持垂直，風(fēng)速表刻度盤與當(dāng)時風(fēng)向平行；然后將方位盤的制動小套向右轉(zhuǎn)一角度，使方位盤按地磁子位盤的制動小套向右轉(zhuǎn)一角度，使方位盤按地磁子午線的方向穩(wěn)定下來，注視風(fēng)向標(biāo)約二分鐘，記錄午線的方向穩(wěn)定下來，注視風(fēng)向標(biāo)約二分鐘，記錄其擺動范圍的中間位置。其擺動范圍的中間位置。 在觀測風(fēng)向時，待風(fēng)杯轉(zhuǎn)動約半分鐘后，按下在觀測風(fēng)向時，待風(fēng)杯轉(zhuǎn)動約半分鐘后，按下風(fēng)速按鈕，啟動儀器，又待指針自動停轉(zhuǎn)后，讀出風(fēng)速按鈕，啟動儀器，又待指針自動停轉(zhuǎn)后，讀出風(fēng)速示值（風(fēng)速示值（m/s）；進行訂正，取一位小數(shù)。）；進行訂正，取一位小數(shù)。 觀測完畢，將方位盤制動小套向左轉(zhuǎn)一角度，觀測完

34、畢，將方位盤制動小套向左轉(zhuǎn)一角度，固定好方位盤。固定好方位盤。 7.4 7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器ENEN型系列測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀：型系列測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀：uENEN型系列測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀與特定感應(yīng)器配套可型系列測風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀與特定感應(yīng)器配套可以組成以組成EN1EN1型和型和EN2EN2型兩種自動測風(fēng)儀。型兩種自動測風(fēng)儀。u主要功能有：定時打印輸出二分鐘、十分鐘平主要功能有：定時打印輸出二分鐘、十分鐘平均風(fēng)向風(fēng)速；打印輸出大風(fēng)報警、航危報大風(fēng)報均風(fēng)向風(fēng)速；打印輸出大風(fēng)報警、航危報大風(fēng)報警及解除警報的風(fēng)向、風(fēng)速及其出現(xiàn)時間，發(fā)出警及解除警報的風(fēng)向、風(fēng)速及其出現(xiàn)時間，發(fā)出報警信號。報警信號。7.4

35、7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器u每天每天2020時打印輸出日極大最大風(fēng)時打印輸出日極大最大風(fēng)速及相應(yīng)的風(fēng)向、出現(xiàn)時間，日合速及相應(yīng)的風(fēng)向、出現(xiàn)時間，日合計、日平均，并可隨時顯示各種瞬計、日平均，并可隨時顯示各種瞬時值和平均值，存儲時值和平均值，存儲2424小時風(fēng)向風(fēng)小時風(fēng)向風(fēng)速記錄。速記錄。螺旋槳式風(fēng)向風(fēng)速感應(yīng)器螺旋槳式風(fēng)向風(fēng)速感應(yīng)器u該感應(yīng)器的頭部是一組螺旋該感應(yīng)器的頭部是一組螺旋槳葉片，風(fēng)向標(biāo)部分制成飛機槳葉片，風(fēng)向標(biāo)部分制成飛機機身相似的外形，保持良好的機身相似的外形，保持良好的流線型。流線型。u在風(fēng)向尾翼作用下，葉片旋在風(fēng)向尾翼作用下，葉片旋轉(zhuǎn)平面始終對準(zhǔn)風(fēng)的來向。葉轉(zhuǎn)平面始終對準(zhǔn)風(fēng)的來向。葉片系統(tǒng)受到風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生片系統(tǒng)受到風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一定的扭力矩，使葉片旋轉(zhuǎn)。一定的扭力矩，使葉片旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速與外界風(fēng)速成正比。轉(zhuǎn)速與外界風(fēng)速成正比。 7.4 7.4 其他測風(fēng)儀器其他測風(fēng)儀器海島自動測風(fēng)系統(tǒng)：海島自動測風(fēng)系統(tǒng)：特點：具有較好的測強風(fēng)能特點：具有較好的測強風(fēng)能力。力。 u系統(tǒng)由兩個部分組成：自系統(tǒng)由兩個部分組成：自動采集和接收部分。采集部動采集和接收部分。采集部分對風(fēng)向風(fēng)速傳感器采樣，分對風(fēng)向風(fēng)速傳感器采樣，然后計算出風(fēng)向風(fēng)速的平均然后計算出風(fēng)向風(fēng)速的平均值。通過無線通訊實現(xiàn)采集值。通過無線通訊實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)到接收部分的