第5章 地面风的测量

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1、第5章地面风的测量5.1概述5.1.1定义风速是由许多在时、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。在有关诸如空中污染传播和飞机着陆之类的问题中，需要将风速作为三维矢量考虑。然而，就本指南的目的而言，地面风将主要作为二维矢量来考虑，即规定风向和风速两个数来表示。以快速脉动为特征的风则称之为阵风。大多数使用风的数据的用户需要平均的水平风，通常是在极坐标上表示出风速和风向。越来越多的应用还需要风的变动性（即风的阵性）的资料。为此目的，需要用到三个量，即阵风的峰值、风速和风向的标准偏差。以下的定义是在本章中要用到的（详细资料可参见Mozzarella,1972）：平均值（A

2、veragedquantities）：是在10分钟——30分钟时间段的平均的量（即水平风速）。本章只涉及10分钟时间段的平均量（航空应用可能需要更短时间的平均量，可参见本书第二编第2章）。标准偏差（Standarddeviation），即：式中的是与时间有关的信号（即水平风速），而上面带横线的（即）是其时间平均值。标准偏差是用来表征某一特定信号的脉动大小。阵风峰值（Peakgust）：在规定的时间间隔内观测到的最大风速。在每小时的天气报告中，阵风峰值就作为前一整小时的风的极值。阵风持续时间（Gustduration）：是对所观测的阵风峰值的持续时间的一种量度，这个持续时间决定于测量系统的响

3、应。慢响应系统抹去极值而测到了长而平滑的阵风；快响应系统观测到许多尖锐的峰，这就是阵风，只有短短的持续时间。为了定义阵风持续时间，采用了一种理想的名为单滤波器的测量链，用它对输入的风信号取—在秒时间的运行平均值。在此滤波器之后观测到的极值就定义为具有持续时间的阵风峰值。其它的具有不同的滤波作用单元的测量系统，只要它是具有在积分时间的运行平均值滤波器并能产生具有相同高度的极值，就可以认同它能测量具有持续时间的阵风（进一步的讨论可参阅Beljaars,1987;WMO,1987）。时间常数（Timeconstant）（一阶系统的）：是一个装置用于检测并指示一个阶跃函数变化的63%左右所需要的时

4、间。响应长度（Responselength）：近似地是风速传感器的输出以指示输入速度的一个阶跃函数变化的63%左右所需要的风程（以m表示）。临界阻尼（Criticaldamping）（例如风向标这样的传感器，其响应最好用一个二阶微分方程来描述）：是对阶跃变化给出最快的瞬变响应而又没有过振时的阻尼值。阻尼比（Dampingratio）：是实际阻尼与临界阻尼之比。无阻尼自然波长（Undampednaturalwave116length）：风向标无阻尼地经过一种振荡的一个周期所需要的风程。5.1.2单位与标尺风速报告应当以0.5为单位，或者以最靠近的整数knots（即海里/小时，符号为kn）为单

5、位，对天气报告而言，风速还应表示为10分钟的平均值。对于航空目的，可能需要更短时间的平均值（参见第二编第2章）。风向应以度为单位，并以最靠近的整十度用01……36为电码作报告（例如，电码2就表示风向为15°与25°之间），表示为10分钟的平均值（参见第二编第2章用于航空目的）。风向定义为风的来向，以地理正北为起点按顺时针进行度量。当风速平均值小于1kn时应报告为“静风（Calm）”。此时的风向电码为00。在北极点1°以内或在南极点1°以内的站上的风向应按照电码手册（WMO，1995）的电码表（CodeTable）0878作报告（其方位环必须对准，使其零位与格林威治的0°子午线重合）。5.1

6、.3气象要求有许多方面需要风的观测，如天气监测与预报、风载荷气候学、风灾概率与风能、地面气流通量的部份估计（即农业的蒸发与空气污染扩散的应用）等。对风的观测的技术要求已在第一编第1章给出。水平风速小于5时的准确度为0.5，大于5时的准确度为10%。风向的准确度要求为5°。除了平均风速和风向之外，还有许多应用方面需要标准偏差值和极值（参见5.8.2节）。对于现代仪器装备来说，所要求的准确度是易于达到的。风的观测的最大难题是风速表的安置。因为要找到一个对大范围地域的风速具有代表性的安置场地是几乎不可能的。因此，只好推荐对安置误差进行估计的做法（参见5.9节）。许多应用方面需要风的阵性的资料。这

7、些应用方面是：飞机的起飞与降落、风载荷气候学、空气污染扩散问题、以及安置误差的修正等。在常规观测中增加以下两项变量的观测是合适的，这就是风速和风向的标准偏差值和三秒的阵风峰值（参见CIMO-Ⅹ的建议3和建议4）（WMO，1990）。5.1.4测量方法与观测通常，地面风用风标和风杯（或螺旋桨）测风表来测量。当仪器装备临时发生故障不能使用或者没有配备仪器时，风向观测和风力观测可以由观测者主观估计（下面提供的风速当量表就常用于