成信工大氣探測學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)07地面風(fēng)的觀測

實(shí)驗(yàn)七地面風(fēng)的觀測一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉁y風(fēng)儀器的原理，并掌握風(fēng)向，風(fēng)速的觀測方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器風(fēng)杯風(fēng)速傳感器、便攜式風(fēng)速風(fēng)向表三、實(shí)驗(yàn)概述空氣的運(yùn)動分解成垂直的和水平的兩個分量，垂直分量稱為空氣的垂直運(yùn)動（如對流運(yùn)動），水平分量即是風(fēng)，風(fēng)的運(yùn)動既有速度又有方向，因此風(fēng)的觀測包括風(fēng)向和風(fēng)速。風(fēng)向是指風(fēng)的來向。自動觀測：以度（。）為單位，以最靠近的整十度用01……36為電碼作報(bào)告。風(fēng)速以米/秒（m/s）為單位，最大風(fēng)速：是指在某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大lOmin平均風(fēng)速值。極大風(fēng)速（陣風(fēng)）：是指某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風(fēng)速值。瞬時風(fēng)速：是指3s的平均風(fēng)速。氣象臺站上用的最多的是觀測前后2分鐘的平均值。還有3秒、1分、10分鐘的平均值。陣風(fēng)是在規(guī)定時間間隔（10分）內(nèi)，風(fēng)速偏離其平均值的一個正的或負(fù)的偏距，其持續(xù)時間不超過2分鐘許多應(yīng)用方面需要風(fēng)的陣性的資料。這些應(yīng)用方面是：飛機(jī)的起飛與降落、風(fēng)載荷氣候?qū)W、空氣污染擴(kuò)散問題等。風(fēng)的預(yù)報(bào)服務(wù)及日常應(yīng)用使用風(fēng)力等級來代表風(fēng)速的大小，18個等級（0?17）。測量方法：地面風(fēng)用風(fēng)標(biāo)和風(fēng)杯（或螺旋槳）測風(fēng)表來測量。1、風(fēng)向標(biāo)：是用以指示風(fēng)向的最主要的部件。分為頭部（維持平衡也稱平衡錘）、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。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，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)定在某一位置。風(fēng)向標(biāo)都應(yīng)滿足：（1）靈敏性：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（可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，減小軸部摩擦等）；（2）穩(wěn)定性：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（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）。菱型風(fēng)向標(biāo)是比較理想的風(fēng)向標(biāo)，它的體積和重量都較小；另外尾翼透空，氣流從尾翼透空部分通過，形成一股強(qiáng)氣流，使得尾翼不易擺動，并將尾部形成的渦流帶走，使得氣流穩(wěn)定。所以它的靈敏性、穩(wěn)定性都很好。2、風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器：感應(yīng)部分是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）的凸面方向自由旋轉(zhuǎn)。一般三杯優(yōu)于四杯，錐形杯的性能比半球形的好。當(dāng)風(fēng)速增加時,轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速,但風(fēng)速減小時,由于慣性,轉(zhuǎn)速不能立即下降。因此，旋轉(zhuǎn)風(fēng)速在陣性風(fēng)里指示的風(fēng)速偏高，稱過高效應(yīng)。（1）安裝對環(huán)境的要求：要求適當(dāng)?shù)馗?，避免地面突出障礙物的影響就可以。高度：10?12m之間。地點(diǎn)：要求盡量開闊空曠，遠(yuǎn)離障礙物，使之不受氣流渦旋的影響。因?yàn)榻ㄖ铩嫉?、山谷等地形作用會使氣流產(chǎn)生渦流、輻合、輻散，使風(fēng)的資料只有小氣候方面的意義，而缺少代表性。（2）安裝時注意的問題：測風(fēng)儀器必須垂直安裝；安裝測風(fēng)儀器的桿不能太粗，否則會改變氣流的自然狀況；儀器應(yīng)安裝在桿的頂端，如果需要安裝在桿的中間，則應(yīng)使用一定長度的橫臂，以使風(fēng)速儀器遠(yuǎn)離桿柱。3、風(fēng)的估計(jì)。當(dāng)缺少測量風(fēng)的裝備時，風(fēng)的觀測就必須靠估計(jì)來做。用估計(jì)方法作觀測的誤差可能是大的，但是，只要按規(guī)定小心地進(jìn)行估計(jì)，可以證明估計(jì)方法如同所提供的數(shù)據(jù)一樣是合適的。風(fēng)速的估計(jì)可以根據(jù)風(fēng)對可活動的物體的影響來作出。幾乎是任何物體都可以采用（這些物體有支承，所以在風(fēng)的作用下能自由活動），不過，在蒲福風(fēng)力級數(shù)表（即上面列出的《風(fēng)速當(dāng)量表》）所提供的描述性征象是特別有用的。為了做出估計(jì)，觀測者必須站在開闊平坦的地域上并盡可能遠(yuǎn)離障礙物。必須牢記：即使是小的障礙物，也能導(dǎo)致風(fēng)速的重大變化和風(fēng)向的偏差，尤其是在障礙物的背風(fēng)側(cè)。風(fēng)向就必須通過觀測高煙囪的飄煙和樹葉的搖動等來估計(jì)，而在開闊的地域，就要觀測固定在高高旗桿上的飄帶或三角小旗。此外，機(jī)場上的風(fēng)向袋也可以用，只要當(dāng)時的風(fēng)速能夠吹動這樣的裝置。不論采用上述輔助手段中任何一種，都很容易產(chǎn)生由于透視方法而產(chǎn)生誤差，除非觀測者就正好站在所觀測的目標(biāo)物的正下方。還必須注意不要把由于建筑物影響而產(chǎn)生的局地渦流誤認(rèn)為是風(fēng)的正常偏移。在開闊的環(huán)境中，用面對著風(fēng)的方法可以相當(dāng)精21確地估計(jì)出地面風(fēng)向。但是，云(無論多低)的移動方向是不宜考慮的。4、便攜式風(fēng)向風(fēng)速表。便攜式風(fēng)向風(fēng)速表，是測量風(fēng)向和瞬時風(fēng)速、一分鐘內(nèi)平均風(fēng)速、瞬時風(fēng)級、一分鐘內(nèi)平均風(fēng)級和一分鐘內(nèi)對應(yīng)浪高的儀器，適用于農(nóng)田流動觀測，也可作為定時觀測風(fēng)向風(fēng)速的儀器。(1)儀器的構(gòu)造原理：由風(fēng)向儀(包括風(fēng)向標(biāo)、方向盤、制動小套)、風(fēng)速儀(包括十字護(hù)架、風(fēng)杯、風(fēng)速表主機(jī)體)和手柄三部分組成。風(fēng)速部分風(fēng)杯是風(fēng)速表的感應(yīng)元件，它的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速有一個固定關(guān)系。當(dāng)按下風(fēng)速按鈕后，風(fēng)速表就開始工作，同時，由于風(fēng)杯與風(fēng)速表主機(jī)相連接，風(fēng)杯的轉(zhuǎn)動帶動風(fēng)速表主機(jī)開始工作，使風(fēng)速表上的顯示數(shù)字發(fā)生變化。風(fēng)速愈大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)動愈快，風(fēng)速表顯示的風(fēng)速值愈大。風(fēng)向部分風(fēng)向標(biāo)是風(fēng)向部分的感應(yīng)元件。指示風(fēng)向的方位盤，是一磁羅盤，當(dāng)制動小套管打開后，羅盤按地磁子午線的方向穩(wěn)定下來，風(fēng)向杯的轉(zhuǎn)動，使風(fēng)向指針在磁性羅盤上指示出當(dāng)時風(fēng)向。(2)觀測方法①便攜式風(fēng)向風(fēng)速表風(fēng)杯高度為觀測高度，儀器中軸線與地面垂直，風(fēng)速表刻度盤面向觀測者。②觀測風(fēng)向時，將方位盤制動小套向下拉，并向右轉(zhuǎn)動一角度，待方位盤穩(wěn)定下來，注視風(fēng)向標(biāo)在一分鐘內(nèi)的平均位置。以16個方位記錄下來。③觀測風(fēng)速時，按ON/OFF鍵，儀器進(jìn)入瞬時風(fēng)速測量狀態(tài)。屏幕左邊顯示“A”標(biāo)志，右邊顯示當(dāng)前測量值，單位為m/so若使用其它功能測量則按相應(yīng)功能鍵即可轉(zhuǎn)換，計(jì)算單位也作相應(yīng)轉(zhuǎn)換。測量平均風(fēng)速、平均風(fēng)級、對應(yīng)浪高值需要約1分鐘采樣，然后觀察結(jié)果會顯示在屏幕上。瞬時風(fēng)速、平均風(fēng)速的測量單位是“m/s”，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，將此值從該儀器訂正曲線上查出實(shí)際風(fēng)速，取小數(shù)一位。瞬時風(fēng)級、平均風(fēng)級的測量單位是“級”，以整數(shù)方式顯示結(jié)果，對應(yīng)浪高以“m”為單位，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。④觀測完畢，將方位盤制動小套向左轉(zhuǎn)一角度，固定好方位盤，將儀器放入盒內(nèi)。(3)維護(hù)儀器應(yīng)避免碰撞和震動，切勿用手觸摸風(fēng)杯和風(fēng)向指示表。非觀測時間不要隨便按動風(fēng)速按鈕，計(jì)時機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中亦不得再按該按鈕。風(fēng)杯與風(fēng)速表主機(jī)連接處，不得隨意松動。旋上及旋下手柄時，一手握住手柄，另一手握住風(fēng)速表刻度盤部位。不得隨意用口吹動風(fēng)杯，以延長儀器壽命。⑤不使用時應(yīng)關(guān)閉電源，長時間不使用應(yīng)取出電池。(4)注意事項(xiàng)①勿用手撥杯(翼)，或強(qiáng)迫停止轉(zhuǎn)動。②避免在腐蝕性氣體或粉塵多的地方使用，并注意保持清潔。③測定氣流時，注意勿使身