基于C8051F021的智能化风传感器的设计

介绍了基于美国 Cygnal公司新型、高速 So C( System on Chip)单片机 C80 5 1F0 2 1研制的数字化风速风向传感器。它能自动完成风速、风向参数的采集及处理 ,并以 RS- 2 32 C(或 RS- 485 )的形式输出。实验证明 ,该传感器电路紧凑、性能稳定、功能完善 ,在海洋、陆地气象站有着广泛的应用前景。     

3种海面风场资料在吕宋海峡的比较与评估

利用1990—2014年的ICOADS观测资料,从空间分布、季节变化和不同风速风向特征等角度,对3种海面风场资料(ERA-I、CCMP、CFSR)在吕宋海峡处的风速和风向质量进行了较为全面详细的对比和评估。主要结论如下:(1)3种风场资料在吕宋海峡处风速整体偏小,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;均方根误差季节变化显著,6月最小,12月最大;(2)风速误差随不同风速、不同风向而不同,整体呈现高风速时风速较观测偏大,低风速时风速偏小的特点,且低风速段误差较小,高风速段误差随风速增大而增大;(3)3种风场资料在吕宋海峡处风向整体偏右,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;季节变化显著,12月最小,5月最大;(4)风向误差随不同风速、不同风向而不同,偏北方向,风向偏右;偏东方向,低风速段风向偏右,高风速段风向偏左;偏南方向,低风速段风向偏左,高风速段风向偏右;偏西方向,风向呈偏左状态。风向误差整体随风速的增大而减小;(5)综合比较,CCMP的风速、风向资料质量均好于其他两种资料。     

微电脑风速风向数据采集系统

微电脑风速风向数据采集系统可定时、自动对风速风向进行测量和采集,并求出最大瞬时风速和平均风速。本文对此系统作简要报道。 一、结构及原理 整个系统由传感器、单板机、打印机和时钟电路等部分组成(图1)。在时钟电路控制之下,触发器按每天四次或八次的频率被置     

海洋二号卫星散射计风场产品真实性检验及分析

利用国际海-气综合数据集(ICOADS)中的海面风场实测数据作为真实值,对海洋二号卫星散射计风场产品进行真实性检验,得到初步结论:(1)在中、低风速条件下,海洋二号散射计风速与ICOADS实测风速具有较好一致性,但在较高风速条件下海洋二号散射计会出现风速低估现象;(2)海洋二号散射计风向与ICOADS实测风向的误差主要集中在-15°—15°范围内,在低风速条件下,海洋二号散射计与ICOADS两者风向存在较大偏差,风向多解也主要发生在低风速时;(3)在2—24 m/s风速条件下,剔除超过3个标准偏差风速样本后,海洋二号与ICOADS两者风速的平均绝对误差为1.36 m/s,均方根误差为1.92 m/s,若忽略风向多解的影响,两者风向的平均绝对误差为14.98°,均方根误差为20.21°。     

船舶气象仪

船舶气象仪可自动测量船只所在海区的风速、风向、温度、湿度气象要素，船舶气象仪由计算机程序控制，对传感器信号进行采样、计算，再用数字显示风速、风向、温度、湿度的计算结果，为船舶的航行安全提供重要参考信息。     

ASCAT洋面风资料在中国北方海域的真实性检验

采用北方海域6个海洋观测站风资料对2009年3月—2013年6月ASCAT卫星反演洋面风(10 m)资料进行了检验。ASCAT反演洋面风与测站风向、风速偏差均较小,二者风速平均偏差为0.99 m/s,ASCAT风速略高于测站风速,二者风向平均偏差为-12.97°,表明ASCAT洋面风资料在北方海域具有可信性;分风级统计表明,在北方海域,风力为0—7级(0—17.1 m/s)时,利用ASCAT风速代表洋面风速是可行的(其中风力为4—5级时,ASCAT与测站风速误差最小,为0.10 m/s),当风力达到8级以上时ASCAT的可信度较低。     

HY-2A散射计风场在南海海域的检验和分析

利用南海浮标及海洋观测站的实测资料作为真实值对HY-2A散射计反演的风矢量作多角度对比分析,结果表明:HY-2A散射计风速与浮标(海洋站)实测风速数据具有良好的相关性,散射计观测风速普遍大于浮标(海洋站)实测风速;风速误差符合正态分布,风力≤3级时,风向的平均绝对误差最大;4~5级时风速平均偏差和平均绝对偏差均最小。逐月统计发现:1—3月的风速平均偏差最小,两者基本吻合。7—9月的风速平均偏差最大,12月的风向平均偏差最小。另外,东北向的风速平均偏差最小,西北向风速平均偏差最大;远海站点的风速和风向检验误差均小于近海站点。以上结论表明HY-2A散射计风场资料在南海海域具有可信性,为HY-2A散射计风场在南海的应用和研究提供依据。     

威海-大连航线实测风与沿岸站、海岛站对比分析

对威海-大连航线"生生-1"号船舶站测风资料进行了普查、优选和预处理,首先考察了船舶站测风资料所代表的航线风的变化规律;在此基础上结合目前海上航线保障服务和现行参考站点,对比统计分析了2011年1—12月船舶站、刘公岛、成山头的风向、风速偏差,以期为海上航线的风预报提供一些参考。结果表明:(1)船舶站主导风向的变化呈现明显的季节规律,且与季节特征相符。风力以4—5级为主,夏季3级以下风频率最多,秋冬季6—7级大风明显增多;(2)除了样本量较小的1月份,其余11个月船舶站和成山头/刘公岛的风向平均偏差不大。在不同的季节,海岛站和沿岸站对航线风的代表性有所不同。在春季(尤其4月),刘公岛和船舶站风向较接近;而在冬季(尤其12月),成山头和船舶站风向更接近。在1—6月,船舶站风向较成山头有逆时针偏差,在8—12月则为顺时针偏差;而4—12月,船舶站较刘公岛有顺时针偏差;(3)船舶站和成山头/刘公岛风速相关显著,尤其在4—12月,最大风和极大风显著相关。船舶站风速往往大于成山头和刘公岛,且1月、2月偏差最大,4—9月相对较小,极大风速偏差大于最大风速偏差。总体而言,成山头与船舶站的风速差异较刘公岛小一些。     

朝鲜半岛周边海域波候观测分析

本文收集整理了2013—2014年朝鲜半岛周边的海浪观测数据,统计分析了该海域的波候(海浪气候态)特征,结果表明:(1)朝鲜半岛周边海域的海表风速、有效波高的峰值都出现在12月—翌年2月,有效波高在8月的次峰值比风速明显。(2)风向频率随季风变化明显,波向与风向没有很好的对应关系,其中,朝鲜海峡的波向在各个季节都以偏西南向为主。(3)朝鲜半岛周边海域在各个季节整体以3级浪为主,4级浪次之。(4)大部分海域的阵风系数常年在1.4左右。     

复合雷达后向散射模型与合成孔径雷达、散射计和高度计海面雷达后向散射观测的比较分析

海洋微波散射模型相比于以经验统计建立的地球物理模式函数具有不受特定微波频率限制的优势。组合布拉格散射模型和几何光学模型形成了复合雷达后向散射模型。利用南海北部气象浮标2014年海面风速风向实测值作为散射模型输入，分别比较了复合雷达后向散射模型与RADARSAT-2卫星C波段SAR、HY-2A卫星Ku波段微波散射计的海面后向散射系数，偏差分别为(?0.22±1.88) dB (SAR)、(0.33±2.71) dB (散射计VV极化）和(?1.35±2.88) dB (散射计HH极化)；以美国浮标数据中心(NDBC)浮标2011年10月1日至2014年9月30日共3年的海面风速、风向实测值作为散射模型输入，分别比较了复合雷达后向散射模型与Jason-2、HY-2A卫星Ku波段高度计海面后向散射系数，偏差分别为(1.01±1.15) dB和(1.12±1.29) dB。中等入射角和垂直入射下的卫星传感器后向散射系数观测值与复合雷达后向散射模型模拟值比较，具有不同的偏差，但具有相同的海面风速检验精度，均方根误差小于1.71 m/s。结果表明，复合雷达后向散射模型可模拟计算星载SAR、散射计和高度计观测条件下的海面雷达后向散射系数，且与CMOD5、NSCAT-2、高度计业务化海面风速反演的地球物理模式函数的计算结果具有一致性；复合雷达后向散射模型可用于微波遥感器的定标与检验、海面雷达后向散射的模拟。     

基于SAR图像雨团足印的海面风向提取方法

利用地球物理模式函数进行SAR海面风速反演时，需以风向作为地球物理模式函数的输入。本文应用了一种利用SAR图像上雨团足印顺风一侧比逆风一侧明亮的图像特征的海面风向提取方法，以进行海面风速反演。4景RADARSAT-2卫星SAR示例数据风向提取结果相对于ASCAT散射计的风向均方根误差满足不大于16°。分别以本文方法提取的风向和ASCAT散射计风向作为输入，利用地球物理模式函数CMOD5进行海面风速的SAR反演，两者的风速反演结果基本一致，其均方根误差差值不超过0.3 m/s。本文利用SAR图像雨团足印信息的风向提取方法准确可靠，可应用于SAR海面风速反演。     

涠洲岛海域风侯和波侯特征分析

根据涠洲海洋监测站多年风和波浪实时观测资料,分析得出:涠洲岛海域累年强风向为N和NNE,其平均风速分别为5.9 m/s和5.3 m/s;常风向为NNE和ENE,其频率分别为18.2%和12.4%;夏季(6—8月)月平均风速最大,春季(3—5月)月平均风速最小。涠洲岛海域累年强浪向为SSW,其波高(H_(1/10))平均值为0.8 m;常浪向为NNE、SSW、NE和ENE,其频率分别为16.5%、16.2%、14.4%和10.5%;夏季(6—8月)波高(H_(1/10))月平均值最大,其余季节月平均值稍小于夏季。采用Pearson-Ⅲ型分布曲线对4个方向角风速的年最大值和波高(H_(1/10))的年最大值进行重现期计算。结果表明:涠洲岛海域ENE向风速多年一遇值最大;涠洲岛海域SSW向波高(H_(1/10))多年一遇值最大。     

ASCAT近岸风在山东沿海的适用性分析

利用2013年1月—2014年12月山东近海的8个浮标站、海岛站和自动站资料与ASCAT近岸风速和风向进行对比,以分析ASCAT反演风场在山东沿海的适用性。研究发现:总体上看,ASCAT近岸风速与代表站实况风速正相关,ASCAT近岸风速在山东沿海误差较小,风向有明显的偏离。ASCAT近岸风在渤海、渤海海峡和黄海北部的适用性优于黄海中部。风力不同时,ASCAT近岸风速与实况偏差有明显差别,表现为当实况出现6级及以上的大风,ASCAT近岸风速小于实况;当实况出现6级以下的风,ASCAT近岸风速大于实况。就ASCAT风速偏差而言,6级以下的风速偏差小于6级及以上风。ASCAT近岸风向与实况偏差也有明显差别,当实况出现6级及以上的大风,ASCAT近岸风向与实况的偏离变小;当实况出现6级以下的风,ASCAT近岸风向与实况的偏离变大。因此,ASCAT近岸风速在山东沿海有较好的适用性,6级以下风更优;ASCAT近岸风向也有一定的适用性,6级及以上风向可用性比6级以下强。     

各向异性海面全极化微波双站散射的仿真与分析

为了解各向异性随机粗糙海面的微波双站散射机制及其特性，本文利用解析近似的积分方程模型以及一种改进的半经验海浪谱模型实现了对各向异性随机粗糙海面的全极化微波散射仿真模拟，并与卫星观测数据、经验的地球物理模式函数及已有的解析近似散射模型仿真结果进行了对比，验证了仿真结果的可行性和准确性。利用该模型分析了入射波频率、入射角、极化方式、海面风速及风向等参数对各向异性海面双站散射的影响。模拟结果表明，在不同的入射角、散射角及方位角等观测几何条件下，海面不同波段的双站散射表现出不同的空间散射特性，且对风速、风向等海面动力学参数表现出不同的敏感性，以L波段为例，海面向后半球双站散射在各个极化方式下都对风速较为敏感，而在同极化方式下，其对风向的响应在中低风速和高风速条件下相反，整体而言，低风速下海面双站散射对风向更为敏感。这表明对于海面动力参数的反演，双站散射可以提供比传统单站雷达后向散射更丰富的物理信息。本文探讨了各向异性海面微波双站散射特性，为基于主动式及分布式微波传感器的海洋动力参数遥感反演提供了理论分析基础。     

3种海面风场资料在台湾海峡的比较和评估

本文对3种海面风场资料(CCMP、NCEP、ERA)在台湾海峡风场的平面分布和时间变化特征进行了相互比较,并应用2011年浮标观测的风速和风向资料分别对3种风场的误差进行了分析及评估。主要结论如下:(1)3种资料风场的平面分布、季节变化和年际变化特征基本一致,差异主要表现在冬季NCEP资料在海峡中部和南部的风速相对CCMP和ERA资料较大;(2)CCMP资料的风速偏差、风速均方根误差和风向均方根误差分别为-0.62m/s、1.67m/s和31°,NCEP分别为0.15m/s、1.64m/s和31°,ERA分别为-1.36m/s、2.4m/s和33°;NCEP资料的风速整体略偏大、CCMP略偏小、ERA偏小明显,CCMP和NCEP资料比ERA资料更接近观测;(3)在西南季风影响期以及风速较小时(风速不大于10m/s)CCMP资料的风速可信度较高、NCEP资料的风速偏大;在东北季风影响期以及风速较大时(大于10m/s)NCEP资料的风速可信度较高、CCMP资料的风速偏小;(4)3种资料的风向误差接近,均在低风速时(风速小于5m/s)误差较大。本文的结论可以为台湾海峡的海洋和大气科学研究选择合适的海面风场资料提供借鉴和参考。     

WRF、EC和T639模式在福建沿海冬半年大风预报中的检验与应用

基于福建省冬半年沿海和港湾岛屿自动站的逐时极大风观测资料和WRF(Weather Research and Forecast)、EC(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)细网格以及T639(TL639L60)三种模式预报的10 m 风场资料, 将模式预报的风向风速与观测资料进行对比检验, 结果表明: 福建省沿海冬半年大风的盛行风向以东北风为主, 大风的时空分布极为不均, 沿海风力的脉动性、跳跃性、局地性突出。从三种模式对风速风向的模拟效果来看, WRF 和EC 细网格的预报效果较好, 有可参考性, T639可参考性不高。对于风速, 模式预报结果相比实况极大风速偏小, 港湾岛屿代表站风速的平均绝对误差均小于沿海代表站, 预报平均误差由沿海向内陆逐渐减小, 由中部向南北逐渐减小。风向相比风速的预报效果要差, WRF 和EC 细网格的风向预报误差在45°～50°, 有一定的参考意义; 港湾岛屿代表站风向的平均绝对误差大于沿海代表站, 以浮标站的误差最大。当观测风速出现7 级及以上风速时, 若对大风进行分级检验, 则较低风速的预报平均绝对误差小于较高风速; 风向预报的平均绝对误差也大大降低, 且误差都在45°以内, 具有良好的参考性。     

基于MOS方法的宁德海区风的预报检验分析

基于WRF模式的预报产品,利用MOS方法预报宁德沿海24个站点的风向、风速,并给出2014年1—12月的预报评估结果。结果表明:MOS对宁德海区风向风速的预报效果优于WRF,其对夏季风速和冬季风向的预报效果最好,预报误差随预报时效的延长而不断增大,白天的预报误差比夜间的大。MOS预报的风速平均绝对误差由海上向内陆逐渐减小,由北而南逐渐增大;而对于风向的平均绝对误差则是由海上向内陆逐渐增大。除了1级以下风,风力越小,MOS预报的风速准确率越高。MOS对东北风的预报准确率最高,北风和西北风次之,对西南风也有30%以上的预报准确率,而对东南风的预报效果最差。     

平台障碍物对海气通量观测影响的数值分析

基于计算流体动力学模型(CFD)模拟了背景风风速为2 m·s~(-1)、4 m·s~(-1)、6 m·s~(-1)下通量观测平台周围的风场分布,确定了不同风速下平台障碍物对观测影响最小的风向范围。发现风速不同,平台对背景风的影响范围不同,风速越大,平台对背景风的影响越大。运用涡动相关法计算不同风向条件下的湍流通量,定量分析由于平台干扰对海气通量计算的影响,发现选取迎风条件下的数据计算得到的海气通量会比实际偏低。     

台湾海峡西岸地面风气候变化分析

利用1961—2005年台湾海峡西部沿岸平潭、崇武、东山及厦门等4个气象代表站的地面风观测资料，通过计算各代表站的年、季、月平均风速气候趋势系数和各风向频率趋势，较详细地分析了近45a来台湾海峡西部沿岸地面风的气候变化特征．结果表明：（1）近45a来各代表站年平均风速呈明显减小趋势，其中秋、冬、春季平均风速减小趋势明显，夏季风速减小趋势不明显．（2）海峡西部沿岸主导风向有沿海岸线由北向南顺转的特点．（3）海峡西部沿岸地面风速在上世纪80年代初存在着气候突变现象，80年代中期后年平均风速减小明显．     

考虑风向分布的芝罘岛极值风速季节变化研究

基于角度-线性模型,提出利用风玫瑰图数据直接建立风速与风向联合分布的方法,对烟台芝罘岛地区四季度风玫瑰图建立联合分布模型,采用决定系数评价模型与原始玫瑰图一致性,结果表明统计模型可靠性高,与原始风向风速分布相关性极强;利用联合分布模型,结合根据条件概率推导得到的二维风向风速伪随机数生成算法,对芝罘岛地区100年的风况进行了蒙特卡洛模拟,从中筛选各季节、方位年极值风速数据,结合收集到的该地区1981—1992年极值风速观测数据进行比较,结果显示模拟数据可较好的反映各方位极值风速的变化;进一步利用模拟的年极值数据,对芝罘岛地区各季节,不同方位的10、20及50年风速重现值进行了预测。