超声测风传感器在回路风洞中的测试

超声测风仪因启动风速小、无转动部件、不破坏风场、测量精度高等特点,适用于多种行业的测风需求。超声波测风的相关检定规程当前在国内尚未正式制定。本文借鉴风杯检定规程所选择的风速测试点,在HDF-720低速回路风洞中,对超声测风仪在不同角度下进行了测试数据统计分析。结果表明:超声测风仪可以安装在工作段面较大的风洞中进行测试,由于超声探头存在阴影效应,对于同一风速,不同角度上的测量结果稍有差异,而且不同风速对应的差异也不同。利用超声测风仪进行风速实时测量时,必须结合上述测试分析,按照超声传感器的安装角度,对测量值进行相应修正。     

EN型测风数据处理仪的使用和维修

EN型测风数据处理仪是山东省能源研究所研制的,1989年通过产品定型鉴定,其后于1990年底根据试用意见对仪器功能又作了几次改进.1991年3月,中国气象局发文,将其正式列为气象业务用仪器,以取代原用的EL型指示器和记录器.EN型测风数据处理仪与EL感应器配套,构成EN型自动测风仪.与原EL型相比,虽然两仪器传感器相同,但是使用方法和原理不同.EL型测风仪利用发电机输出的交流电压经过整流后指示阵风风速,而EN型测风仪则利用了发电     

L波段探空系统高空风平滑计算方法探讨

在分析现行业务L波段探空系统测风原理的基础上,提出改进高空测风数据的平滑计算方法.首先比较了业务分钟风与滑动平均风两种高空测风数据的平滑计算办法,并与GPS RS92测风数据进行了对比分析和批统计处理,特别是对业务L波段雷达在1～21、22～42和43分钟及以后采取不同的时间隔计算风的规定给出了分时段以及低仰角、远距离和小风速的统计分析.结果显示,滑动平均法在选取合适的滑动平均窗口的条件下,其计算的高空风与GPS RS92测风结果一致性更好且动态误差小.建议未来改进业务L波段探空系统的高空风平滑计算方法时,采用窗口为1分钟的滑动平均方式或者前20分钟采用30秒,以后采用1分钟的分段滑动平均方法.     

EN-1型测风仪的数据处理方法

EN-1型测风数据处理仪、已逐步取代EN-1型测风仪，成为黑龙江省各气象台(站)测风的主要仪器。EN-1型测风数据处理仪克服了EN-1型测风仪人为带来的较大误差。使用EN-1型观测大风时，一般反映出的大风一刮即是几个小时，很少有间断过。这是由于计算平均值时，误差较大，平滑掉了大风的阵发性特点。在使用过程中，由于对新仪器的输出数据识别不清，理解不透，常会出现许多记录上的疑误。为此将长期应用中总结出的经验，整理出来，供测报人员参考使用。     

用“三重制约法”研究三类测风仪的误差

本文采用“三重制约法”研究LSFH(螺旋桨)、EL(电接)、Dyne(达因)三类测风仪的误差标准差。结果表明:LSFH型测风仪误差准标差最小,仅为0.05—0.12之间;Dyne测风仪误差标准羞最大,其值为0.34;EL型测风仪误差标准差在0.16—0.23之间。     

风杯风速仪过高效应的订正研究

该文基于对风杯风速仪动力方程的数值计算和风杯风速仪与超声风速仪平行对比的观测结果,发现专用于近地面层精细风廓线测量的轻型低阈值风杯风速仪测风的过高效应引起的u-error约为1%,因风速平均方法不同（标量平均和矢量平均）引起的DP-error是风杯风速仪测风过高的主要原因,在小风情况下更为明显。DP-error经修正后可获得合理的风速值。     

试验风场的阻塞效应优化验证

为确定新型夹具固定点的位置,保证阻塞比降低到最小同时风杯组处于最优均匀性的范围内,在试验测试出试验风场最优均匀性区域的基础上,运用CAD建立三杯测风仪三维模型,计算三杯测风仪旋转过程中的最大迎风面积,最后进行阻塞效应测试加以验证。结果表明:基于CAD计算迎风面积修正了传统估算约5.8%的误差;优化后的试验风场阻塞比为0.04,降低了42%;试验风场的指示风速与自由风场的指示风速一致性良好。     

基于地心坐标系的卫星导航测风平滑算法

本文从高空风探测原理出发，提出可业务化运行的卫星导航探空系统高空风平滑计算方法。该算法首先根据北斗〖CD*2〗GPS（Global Positioning System）双模式探空仪提供的大地坐标秒间隔数据，基于地心坐标系计算原始高空风；然后，采用矢量滑动平均法对原始数据进行平滑处理。通过与同球施放的芬兰RS92探空系统做比对分析得出，滑动平均窗口在0～32 km高度范围内设置为34 s、在32 km高度以上设置为60 s条件下，卫星导航探空系统与RS92探空系统高空风测量结果吻合较好。该算法计算结果同基于站心坐标系计算的30 s滑动平均风基本相同，但其风速分量误差范围在32 km高度以下略优、在32 km高度以上减小明显，升空全程误差范围更为稳定。     

深圳风廓线雷达与气象梯度塔对风速观测的对比分析

为更好地了解风廓线雷达低层风速观测的准确性,利用356 m气象梯度塔和风廓线设备在深圳石岩气象综合观测基地进行了一次成功的风速观测对比试验(时间为2017年6月1日—8月15日)。试验对两种探测设备测得的风速资料进行了不同时次和不同高度的对比,结果表明:由两种手段获得的所有4层(100、160、300和350 m)匹配高度上风速平均值一致性很好,30 min相关系数在0.6以上,风廓线雷达探测的风速相对偏小。使用矢量法对4层高度上的风向资料进行平均,得到风向的30 min和日平均值,两者的相关系数都在0.75以上。6月12—13日"苗柏"台风影响深圳期间,两者的风速风向变化趋势一致,较好地刻画了台风的变化过程。     

荒漠戈壁下垫面表面动量和感热湍流通量参数化研究

用合理筛选以后的野外观测资料，研究了荒漠戈壁地表湍流通量参数化的问题。首先，分析了Monin-obukhov相似函数的特征，并拟台出了其经验公式。结果表明，风速和温度相似性函数随稳定度参数的变化曲线与典型经验曲线差异较小，并且在经验曲线分布范围以内，但中性时的值有所不同。同时，还用该资料给出了动量和标量粗糙度(感热粗糙度)长度的平均值及其标量粗糙度随摩擦速度的变化关系。发现标量粗糙度的平均值大约比动量粗糙度的小一个量级，并且随摩擦速度的增大而减小，但明显比其理论预测值要大。     

Estimating Variances of Horizontal Wind Fluctuations in Stable Conditions

Information concerning the average wind speed and the variances of lateral and longitudinal wind velocity fluctuations is required by dispersion models to characterise turbulence in the atmospheric boundary layer. When the winds are weak, the scalar average wind speed and the vector average wind speed need to be clearly distinguished and both lateral and longitudinal wind velocity fluctuations assume equal importance in dispersion calculations. We examine commonly-used methods of estimating these variances from wind-speed and wind-direction statistics measured separately, for example, by a cup anemometer and a wind vane, and evaluate the implied relationship between the scalar and vector wind speeds, using measurements taken under low-wind stable conditions. We highlight several inconsistencies inherent in the existing formulations and show that the widely-used assumption that the lateral velocity variance is equal to the longitudinal velocity variance is not necessarily true. We derive improved relations for the two variances, and although data under stable stratification are considered for comparison, our analysis is applicable more generally.     

不同天气条件下脉冲激光风廓线仪测风性能

将2012年5月21日-8月16日广东省湛江市东海岛气象观测站内脉冲激光风廓线仪WINDCUBE V2与气象站内的100 m测风塔进行同步观测试验,在经过观测数据同步性调整、有效性检验和代表性样本筛选基础上,分大小风和有无降雨天气过程,对杯式测风仪、超声风速仪与激光风廓线仪的同步测风数据进行比较,结果显示:脉冲激光风廓线仪与杯式测风仪测量水平风参数的相关性较好,10 min平均风速、风向的线性拟合度均大于0.99,3 s阵风风速的拟合度大于0.96,湍流强度的拟合度大于0.67,风速标准差的拟合度大于0.79;大风情况下,激光风廓线仪对风参数的测量效果更佳。无降雨情况下,激光风廓线仪的测量效果较降雨时略好,10 min降水量小于15 mm的降雨对这款激光风廓线仪的风速、风向、湍流强度、3 s阵风风速的测量没有显著影响,对风速标准差有一定影响。当水平风速增大和有降雨时,激光风廓线仪对垂直速度的测量效果欠佳。该对比分析可为激光风廓线仪观测数据的可靠性提供参考。     

Characteristics of wind speed and wind direction in the atmospheric boundary layer on the southern coast of Bulgaria

The characteristics of wind speed and wind direction in the boundary atmospheric layer measured at the meteorological station in Akhtopol (Bulgaria) are presented. The measurements were carried out with the Scintec sodar and MK-15 automatic meteorological station. The sodar measurement data on wind parameters at different heights in different months are presented as well as the frequency of inshore and offshore wind directions, that enables to trace the intensity of the breeze circulation. The frequency of calms and wind speeds at the heights of 50, 100, and 200 m according to gradations for different months and the probability of wind of various speeds depending on the direction are also given. The breeze front characteristics in June–September of 2009 are computed from the speed and direction of surface wind measured with the acoustic anemometer of MK-15 complex.     

电接风向风速自记纸数字化处理系统的设计与实现

纸质记录曲线的识别和数字化是图像处理和模式识别领域的一项重要内容, 是对气象档案馆保存的气象纸质曲线资料数字化的有效方法。该文研究并构建了电接风向风速自记纸数字化处理系统, 该系统主要包括4个处理阶段:自记纸图像的输入、图像预处理、自记曲线的分割、曲线的跟踪和识别。其中, 自记纸图像的输入应用TWAIN (Toolkit Without An Interesting Name, 无注名工具包协议) 标准来设计, 对记录曲线的跟踪识别, 该文提出的基于灰度积分投影的分段线性插值算法, 取得了很好的识别效果。     

基于三台测风激光雷达的大气湍流和三维风场研究

为了获取大气湍流和空间三维风场结构,利用3台同型号的测风激光雷达开展协同观测试验。（1）利用虚拟铁塔协同观测技术开展大气湍流探测,与香河102 m铁塔安装的三维超声风速仪观测结果做对比,32 m处高频（10 Hz）风速的相关系数高达0.92,平均误差为0.77 m/s,均方根误差为0.41 m/s;大气湍流强度（TKE）的相关系数高达0.99,平均误差为?0.02 m2/s2,均方根误差为0.08 m2/s2,并且协同观测的高频风速与三维超声风速仪的观测结果具有相同的频谱结构。（2）利用扫描协同观测技术开展三维风场探测,与铁塔上的常规测风设备相比,其90 m高度处的水平风速和风向的相关系数分别为0.92和0.93,平均误差为?0.41 m/s和0°,均方根误差为0.73 m/s和34°。相比于单台测风激光雷达,基于3台测风激光雷达协同观测技术具有一定的优势:不需要风场水平均匀的假设、探测精度更高等。但其对观测环境的要求较高:观测路径上不能有遮挡、观测必须协同等。在科研业务应用中,需要根据实际的观测需求合理制定观测方案。      

How Well Can We Measure the Vertical Wind Speed? Implications for Fluxes of Energy and Mass

Sonic anemometers are capable of measuring the wind speed in all three dimensions at high frequencies (10–50 Hz), and are relied upon to estimate eddy-covariance-based fluxes of mass and energy over a wide variety of surfaces and ecosystems. In this study, wind-velocity measurement errors from a three-dimensional sonic anemometer with a non-orthogonal transducer orientation were estimated for over 100 combinations of angle-of-attack and wind direction using a novel technique to measure the true angle-of-attack and wind speed within the turbulent atmospheric surface layer. Corrections to the vertical wind speed varied from −5 to 37% for all angles-of-attack and wind directions examined. When applied to eddy-covariance data from three NOAA flux sites, the wind-velocity corrections increased the magnitude of CO₂ fluxes, sensible heat fluxes, and latent heat fluxes by ≈11%, with the actual magnitude of flux corrections dependent upon sonic anemometer, surface type, and scalar. A sonic anemometer that uses vertically aligned transducers to measure the vertical wind speed was also tested at four angles-of-attack, and corrections to the vertical wind speed measured using this anemometer were within ±1% of zero. Sensible heat fluxes over a forest canopy measured using this anemometer were 15% greater than sensible heat fluxes measured using a sonic anemometer with a non-orthogonal transducer orientation. These results indicate that sensors with a non-orthogonal transducer orientation, which includes the majority of the research-grade three-dimensional sonic anemometers currently in use, should be redesigned to minimize sine errors by measuring the vertical wind speed using one pair of vertically aligned transducers.     

超声风速温度仪的误差分析与检定方法研究

根据超声风速温度仪的原理,分析了其测量误差的主要来源,进而总结出两个主要误差项.针对这两个主要误差项提出了一种快速的误差检定方法,理论上只需两次测量即可完成对风速温度的误差检定.同时分析了不同温度条件下相对湿度对超声风速温度仪测温的影响,并给出了相关结论.