船(或浮标)上风杯风速传感器某些测风效应实验分析

一、前言 船(或浮标)上的风杯风速传感器测量风速时,由于船体(或浮标体)的结构问题或风浪的作用,风杯转轴有时倾斜或随浪摆动起伏。由此而能引起多大的测风误差,应进行探讨。因为这关系到对海上测风数据的正确分析和对船(或浮标)上测风仪器工作质量的     

一种新型激光雷达测风浮标设计及海试应用

精确获取剖面风数据对海上风电场规划选址、风能资源评估等至关重要。针对测风塔建设成本高、拆卸移动困难,而传统浮标电源供给较小、摇晃角度大等缺点,设计一种新型激光雷达浮标,实现了对目标海域的风资源剖面数据的观测、解算与自存储。在南海海域进行海试应用,并对观测的剖面风数据和传统大型海洋资料浮标风数据进行同步比测分析。结果表明,激光雷达测风浮标的测量结果与大型浮标测风数据吻合较好,风速R~2相关系数达到0.975,风向R~2相关系数达到0.932。该研究成果可为激光雷达测风浮标在海上风电开发和开展风场变化的科学研究等提供参考。     

近海工程环境应用中各种风资料的平均时间分析

本文从近海工程设计应用的需要出发，对于通常使用的不同来源的测风资料平均时间进行了分析，这些资料来源包括：岸边及近海探查与生产设施上的气象台站、天气观测船、浮标、商船气象报、从受灾情况估计出的极大风速以及动力诊断模型估计出的海面风速。     

上海海域站位观测风能资源分析

为探究上海海域风能资源的情况,按照《风电场风能资源评估方法》和《全国风能资源评价技术规定》中的相关方法,对东海浮标（深远海）和南槽灯船（近海）处2013—2018年实测的气象资料进行了分析比较。结果表明,东海浮标处累年平均风速为6.30 m/s,南槽灯船处累年平均风速为5.80 m/s,东海浮标处累年平均风速比南槽灯船处高8.6%;东海浮标处累年平均风功率密度为345.1 W/m²,南槽灯船处累年平均风功率密度为239.5 W/m²,东海浮标处累年平均风功率密度比南槽灯船处高44.1%;东海浮标处湍流强度的累年平均值为0.114,比南槽灯船处（0.125）低8.8%,对发电机组运行的影响低于南槽灯船处。本研究结果表明,东海浮标处的风能资源比南槽灯船处丰富,东海深远海的风能资源比近海丰富。     

基于船舶空气流场仿真的船舶测风偏差校正方法

船舶海面风观测易受船体和上层建筑造成的畸变气流影响,使测风数据存在偏差。针对船舶相对风测量偏差校正问题,采用CFD仿真方法研究船体周围钝体绕流气流场,量化桅杆左、右横桁实测相对风速、风向与舰桥上部参考测风点相对风速、风向偏差,利用最小二乘支持向量机分别对左、右舷测风偏差进行回归并建立校正模型。通过海上实船实验采集桅杆左、右横桁与舰桥上部测风点处的相对风测量数据,验证模型校正测风偏差的实际效果,结果表明CFD仿真建模方法能够有效降低实验船型56%的相对风速测量偏差。     

利用机载GNSS反射信号反演海面风速的研究

全球卫星导航定位系统的反射信号(GNSS-R)遥感技术作为一种新型的、低成本的、高机动性的海面微波遥感测风技术,与其他测风手段优势互补,可以增加测风手段的多样性,弥补局部测风手段不足的状况。研究了接收机在机载高度时,GPS反射信号功率理论模型四部分函数的性质,在此基础之上,数值模拟了机载高度下理论相关功率波形,基于海面风速对波形峰值与后沿的影响,提出了一种能够兼顾所有理论波形信息的二维插值风速反演方法。利用该方法,结合实测机载数据对海面风速进行反演,反演的风速均值与附近测站风速均值相差为1.4 m/s,与浮标数据相一致。     

渤海海域的风特性统计分析

利用渤海海域１２个气象台站１９６５￣１９８６年２０余年的定时测风资料，统计确定了该海域年最大风速的概率分布参数，常风向及风速相关系数；并利用该海域Ｊｚ２０－２平台二个冬季的连续测风资料的相关台站２０余年的定时测风资料，统计了渤海辽东湾疲劳的风速的概率分布及其分布参数，从而为该海域的海洋结构物设计和疲劳累积损伤分析提供了直接可用的风特性依据。     

Fraunhofer 漂浮式雷达与固定式测风塔测试阶段结果对比

为了验证国内首批漂浮式雷达测风装置的相关性和可靠性,了解设备测风精度的真实水平,在福清兴化湾样机试验风场区域通过漂浮式雷达测风装置与岛屿固定式测风塔同步测风。利用3个月的实际测风数据,对比分析岛屿固定式测风塔测风数据和漂浮式雷达测风装置在10,70,90和110 m四个高程的风速和风向数据,验证2种设备测风数据的完整性、合理性和相关性,最终论证漂浮式雷达测风装置在风速和风向方面的可靠性。对比结果表明:漂浮式雷达测风装置数据合理,完整率达到90%以上,相关系数超过0.95,漂浮式雷达测风装置各高度风速、风向均满足风资源评估的要求。     

TY01和O02两种海面空气动力粗糙度方案的比较

本文采用美国国家浮标站(44008)2003年1～3月的资料，通过COARE算法(版本2．6b)，比较了O02和TY01这两种海面空气动力粗糙度长度的参数化方案。通过对摩擦速度、拖曳系数、海面粗糙度及风应力等物理因子的计算得出：在粗糙的海面上，TY01和O02两种参数化方案的计算结果是比较一致的。在考虑浪的信息方面，TY01和O02都是很好的参数化方案．它们都可以适用于不同的风速条件，适用于各种尺度的海洋及湖泊。但是这两种方案在处理幼波时存在不连续的缺点。并且，对于风速较小的光滑海面，尽管它们计算的结果较一致，但是仍然存在偏差。据此，本文的结果对于理论分析和数值计算如何正确使用上述两种海面空气动力粗糙度参数化方案，可提供必要的参考价值。     

两种ASCAT 散射计风产品的比较及评估

基于浮标和步进频率微波辐射计(SFMR,Stepped-Frequency Microwave Radiometer)数据对NASA JPL(Jet Propulsion Laboratory)和RSS(Remote Sensing Systems)公司分别发布的已广泛应用于全球海面风场观测的ASCAT(Advanced SCATterometer)散射计风产品进行了比较和分析。结果表明,两者风速在中低风速(15 m/s)时基本一致;高风速(15 m/s)时RSS风速整体高于JPL风速。通过浮标数据对比,风速15 m/s时两者风速精度一致;风速15 m/s时两者风速RMS相当,但JPL和RSS风速分别低估和高估。利用SFMR数据检验表明RSS风速与SFMR风速一致性更好。两者风向精度在低风速(5 m/s)时较低,但随风速增加而提高并趋于稳定。该研究结果对相关科研人员的ASCAT散射计风产品选择具有重要的指导意义。     

固体激光测风雷达扫描镜旋转控制系统

多普勒激光测风雷达是近年来方兴未艾的 1种全新的大气风场探测手段。但是激光测风雷达直接测量的是视线方向上的激光反射光的频移 (视线风速 )。在这个基础上 ,激光雷达还必须能够获得多方位的风速数据才能够反演出风场。这就需要相应的光学扫描系统 ,它在保证发射、接收视场重叠的前提下 ,控制激光束投射到指定的方向 ,使激光雷达获得不同视线角度的风速数据。本文介绍的激光雷达测风系统中的光学扫描部分实现了上述要求 ,在水平旋转和俯仰控制上的精度都达到了<0 .5°。完全能够满足激光测风系统的实用需要。     

国产常用风杯风速表距离常数的测量和分析

风速传感器的距离常数是表示该传感器对风速变化响应快慢的一个动力学参数,是分析和确定测风误差的重要因子。对此,WMO对距离常数的大小提出了建议。我国国产常用的风杯风速传感器已有多年的使用历史,但它们的距离常数究竟多大,是否符合WMO的建议,迄今还未有明确的数据。这影响了我们对测风资料误差的判别和处理及对不同类型风杯风速传感器的合理选用。为了解决这一课题,我们用实验方法测定     

南海北部海面风速概率分布特征

利用南海北部的浮标、石油平台观测的海面风资料，分析了0~200 km范围内，不同离岸距离站点的风速的概率分布特征。观测结果指出，各站平均风速一般最大值出现在冬季，最小值出现在夏季，具有明显的季节变化特征，并且平均风速随着离岸距离的增大也逐渐增大。对于离岸距离较近的区域（100 km以内），海面风基本符合双参数的Weibull分布，但对于100 km以外的海面风速概率分布与Weibull分布存在明显差异，随着离岸距离的增大，平均风速和风速标准偏差也相应增大。风速平均值与风速标准偏差的比值较小时，Weibull分布的偏斜度基本为正值，当比值较大时偏斜度转为负值。随着离岸距离的增大，出现与Weibull分布不一致的情况越来越多，且与对应的Weibull分布相比，其偏斜度越小，风速概率分布越不能用Weibull分布进行较好拟合。     

真风的计算器算法

浩瀚的大海,气象万千。无数航行的船只,要时刻掌握风云的变幻,以保证航行的安全。 空气在流动,船舶在前进,实际的风──“真风”和因航行造成的风──“航行风”叠加在一起,使船上的测风仪只能测二者的“合成风”。要想知道当时的真风风向、风速,还要进行一番计算。 在船上,一般使用“真风计算盘”求得真风。其方法是将合成风和航行风的风向、风速分别点在计算盘对应的点上,然后旋转计算盘上的动盘,使两点连线和计算盘底盘的纵线平行,读出真风风向,数出真风风速。这种方法既麻烦又不很精确,尤其是当合成风速超过计算盘上的标尺时,还要将两者的风速均缩小一倍到两倍方能计算,容易出现错误。     

环渤海海域卫星反演风与站点观测风对比分析

选用了布设在渤海海域的浮标、平台、海岛共计18个站点,利用COARE算法进行站点风速的高度修正,对ASCAT卫星反演风与三类站点风进行对比分析。统计检验结果表明,卫星风与站点风相比,整体上卫星风速比站点风速大。浮标与卫星的风速差最小,而平台和海岛与卫星的风速差较大。风向对比结果显示,卫星风与站点风的风向平均偏差都很小,但均方根偏差却比较大。随着风速的增加,三类站点的风速平均偏差都是由大到小变化,由正值变化为负值,弱风速的时候卫星风速大于站点风速,高风速的时候卫星风速小于站点风速;风速的均方根偏差则相对稳定。卫星风与站点风的风向均方根偏差随着风速的增加而减小,在不同的方向上,风速偏差和风向偏差等统计量的区别较小。随季节的变化中,平台和海岛站的风速与卫星风速的平均偏差秋冬季大而春夏季小。     

北黄海QuikSCAT 卫星风速与浮标风速的对比分析

对北黄海QuikSCAT散射计矢量风资料与黄海实测浮标站风速资料进行对比分析,结果表明:北黄海QuikSCAT卫星风速和浮标观测风速的大小基本吻合,二者平均偏差是0.26 m/s,相关系数是0.74;风向偏差较大,平均偏差是117.52°。根据卫星风速和浮标风速的对比分析结果,提出了修正方案。修正后的QuikSCAT风向与实测浮标站风向的平均偏差显著提高到20.44°。该修正方案实施简单,修正效果显著,为更准确地使用卫星资料提供了保证。     

CYGNSS卫星风速产品的精度检验

针对 CYGNSS卫星风速产品的适用性问题,以美国国家数据浮标中心(NDBC)的实测风速与美国国家飓风中心(NHC)的最佳路径风速为参照,选取美国西南部海域为研究区,通过数据匹配和对比分析,评估了CYGNSS不同模型估算风速产品的精度。结果表明,CYGNSS FDS模型估算的中、低风速产品与NDBC浮标实测风速具有较好的一致性,CYGNSS风速与浮标风速的差异在春夏季稍高、秋冬季略低;CYGNSS YSLF模型估算的高风速产品与NHC最大风速存在较大差异,CYGNSS风速低于NHC最大风速;对于CYGNSS两种模型估算的风速产品,利用遥感观测量NBRCS反演出的风速都比LES反演出的风速具有更好的精度。总体而言,本研究验证了CYGNSS风速产品的真实有效性,对提高海洋数值预报能力具有一定的意义。     

数字编码海上测风装置

过去那种以模拟量输出的海洋水文气象仪器在使用中带来很多不便。我们研制的一种以数码形式输出的测风装置,具有结构简单、传输精度高、便于直读等优点。海上测风,按要求需在两分钟内测出其平均风速和最大瞬时风速。测量范围为2～50米/秒,且当风速为50米/秒时,给数1000。最大瞬时风速,是指在两分钟内测量时间为10秒的风速极大值。本装置有三部分:测风部分、识风部分、显示部分。测风仪感风部分系采用青岛海洋仪器仪表研究所定型产品三叶风杯,其指标为:     

关于海面风应力的计算问题

海面风应力是大气通过海面直接向海洋输送动量的唯一方式,它密切联系着海洋动力要素(海流、海浪、风暴潮等)的发生和发展。因此无论从动力海洋学和海洋气象学的理论抑或实用预报角度来看,风应力的研究历来是个十分重要的课题。由于海上测风资料十分匮乏,广义的风应力的研究应该包括两方面的问题:(1)海面风应力和海面测风高度上风速的关系;(2)海面测风高度上的风速和海面地转风的关     

地转风和梯度风的实用计算

本文从实用角度出发，设计一套不同纬度上地转风的理论风速查算图表，并根据大量观测资料进行统计，得出实际风速和理论风速间的关系，文中的查算图表和统计出的系数，可供人员对不同海域的实况和预报风速做出定量的判断。