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风的监测技术研究进展

发布时间:2014-10-09

空气运动产生的气流,称为风。它是由许多在时空上随机变化的小尺度脉动叠加在大尺度规则气流上的一种三维矢量。

  利用风袋、旗上的飘带等都是较原始也是最简便直观的测风向的方法。 现代化测风技术有了很大的发展,测风设备品种繁多,出现了利用航空、雷达、GPS (全球定位系统)等测风新技术、新方法和新的风参数。

  地面气象观测中测量的风是两维矢量(水平运动),常用风标和风杯(或螺旋桨)来测量。高空风测量主要采用无线电探空测风技术,一般依赖观测自由气球的大致匀速上升运动或自由下落,当要求附加高空风时,可以使用测风气球和无线电测风系统。另外,还可采用飞机、风廓线仪、雷达、 等测风方法和技术。气球测风是传统的测风方法,通过气球在空间的移动轨迹,计算空中水平风速。由于气球测风的髙度不受目标特性的影响,其探测高度一般较高。用无线电探空测风仪来观测髙空风向、风速,如带降落伞的下投探空仪,由于测量的是大气的水平运动,因此在观测过程中,跟踪的目标不能有任何相对于大气的明显的水平运动。直接跟踪系统必须提供的信息包括问标的高度、平面位置的测量或在已知时间间隔内的水平速度。

  风廓线雷达又称风廓线仪,是为在所有天气条件下测量风廓线而设计的高频和甚高频多普勒雷达,它是利用大气湍流对雷达电磁波的散射作用来实现探测风速的目的。由于在大气中随时存在着各种尺度的湍流,它们引起的折射指数的不均匀变化,对无线电波会产生散射作用。湍流存在于气流之中并随之移动,可以将湍流作为风的示踪物。风廓线雷达就是以空中湍流为目标,在风场一致性和各向同性的假设条件下,通过测量雷达径向速度来反演所在地上空的三维风场,反演出大气风场垂直结构和辐散、辐合等信息。风廓线仪在增加无线电声学探测系统(RASS)后与微波辐射仪或GPS/MET水汽监测系统配合还可实现对大气的风、温、湿等要素的连续遥感探测,是一种新一代的高空大气探测系统。

  GPS(全球定位系统)是现代高准确度的无线电导航系统,采用GPS测风技术是近年来发展起来的又一项髙新技术,预期的测风结果的准确度将相当于或甚至超过雷达,因此,在我国的气象观测体制中,由雷达测风为主逐步向由GPS测风为主的技术过渡也是一个必然。

  虽然探测地面和高空风的技术手段和方法繁多,但在交通气象观测系统 中,基于地面的测风技术仍是最重要的,测量的风是两维矢量(水平运动、 用风向和风速表示。风向是指风的来向,最多风向是指在规定时间段内出现频数最多的风向。人工观测中,风向是用十六方位来表示的。在自动气象观测站中,风向以度(°)为单位,保留一位小数。

  风速是指单位时间内空气移动的水平距离,以米/秒(m/s)为单位,取一位小数。最大风速是指在某个时段内出现的最大10分钟平均风速值。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3秒钟的平均风速。