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风监测的基本原理

发布时间:2014-10-09

在交通气象观测系统中,可将实时监测的风速资料直接换箅成风力,以方便用户的使用。

  人工观测时,测量平均风速和最多风向。在交通气象自动观测站中,测量并计算出瞬时(3秒钟)、2分钟和10分钟的平均风速和风向,还可统计出最大和极大风速及风向。常用的观测风向风速的传感器主要有以下两种类型: 一类是单翼风向传感器和风杯风速传感器。其中,风向传感器中风向的信号发生装置是由风标转轴连接一个由风标带动的7位格雷码组成,毎一个格雷码代表一个风向,分辨率为2.8125°。当风标转动时带动格雷码盘(常用七位,分辨率为2.8°),按照码盘切槽的设计,码盘每转动2.3125°。光电管组就会产生新的七位并行格雷码输出。风速传感器是采用三杯式感应器,当风杯 转动时带动同轴的多齿截光盘转动,使下面的光敏三极管有时接收到上面发光二极管发射的光线而导通,有时接收不到上面发光三极管照射来的光线而截止。这样就能得到与风杯转速成正比的脉冲信号,该脉冲信号由计数器计数,经换算后就能得出实际风速值。还有一种风速计的工作原理是风杯转动时带动同轴的磁棒旋转,在霍尔集成电路中感应出与风速成正比的脉冲信号, 经计数器处理后,输出实际风速值。在地面气象观测中,类似的仪器还有型电接风向风速计、型系列测风数据处理仪、轻便风向风速表等。

  另一类是基于超声探测水平风向风速。其测量原理是基于超声传输时间, 超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间是与风速及超声通路有关, 双向测量传输时间,零风速发送和返冋的传输时间相等,超声通道之间的风是顶风传输时间递增而顺风传输时间则递减。通过对这两种传输时间的测量, 利用微控制器计算通路间的风速,计算出的风速不受高度、温度和湿度的影响,一个通路重复测量探测风速。传感器探头相互之间保持120°的偏离角, 传感器配有模拟量输出或标准的RS3232输出。

  另外,风廓线仪是用于研究大气运动垂直结枸的新一代设备,且无其他设备可以替代,可有效地弥补测风雷达的不足。几十年来传统的小球测风雷达一直未能克服放球、制氢和大量人工操作的缺点,而且观测间隔过大,无法反映天气的快速变化,尤其对阵风、风切变和下击暴流这些危害性大的天气现象。风廓线仪的最大优势就是采用了遥感原理,可实时提供垂直气流的分布廓线,获取灾害性天气将要形成的信息。所以,风廓线仪对于发展天气学和航空气象保障都是非常有用的。按照探测髙度的不同,风廓线仪有边界层风廓线仪、对流层风廓线仪、平流层风廓线仪。

  在航空气象保障中.出于应付低空风切变对飞机安全的影响,越来越多的机场配备了地曲多普勒雷达,利用它可以发现-些类型的风切变。为了使飞行员能够及时发现和避开风切变,飞机上还装备相应的机载反应及预警系统。机载低空风切变微波雷达就是其中之一,它探测微下击暴流低空风切变的机理是基于多普勒效应。对微波雷达而言,所谓多皆勒效应就足:若目标是运动的,则目铋反射的回波信号频率与发射信号频率是不同的,其差值即所产生的多普勒频率与雷达和目标两者相对径向运动的速度有关,此种现象称为多普勒效应。微波多普勒雷达是地面风切变探测系统中性能最先进并最有发展前景的一种系统。