《高空风的测量》PPT课件

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1、高空风的测量1本章概述主要学习内容高空风的观测原理高空风的观测仪器高空风的观测方法2第一节概述31高空风的观测意义大气中各种物理过程和天气的变化都是在三维空间中进行的，不同层次大气的性质和过程各不相同，地面以上各高度上的气流情况就有很大的差异，因此必须进行高空观测以取得空中各高度上的气象要素值。测量近地面直至30公里高空的风向风速。452高空风的观测方法高空风测量法可分为两大类：根据气流对测风仪器的动力作用(压力的方向和大小)来测定各高度上的风向、风速。这类方法与“测定地面风”相同。但需要使用升

2、空装置(系留气球、飞机等)将测风仪带到各个高度上，在观测高度、观测时间上受到限制。62高空风的观测方法根据随气流飘动的物体在空中运动的轨迹，从而测定出风向、风速。这类方法称轨迹法，在高空观测中广泛采用。用来测风的飘浮物体，要求其惯性很小。示踪物在水平方向运动的方向和速度就是风向、风速。用地面设备跟踪气球的飞升轨迹，读取其坐标值，可求出气球所经过高度上的平均风向风速。求出的风向、风速是某一时段或某一气层厚度内气流方向和速度的平均值。72高空风的观测方法高空风测量中使用的示踪物一般是灌满氢气的气球，

3、即测风气球。此外，天空中云团、人工施放的烟团和铝箔也可作为示踪物。83气球轨迹法定位参量仰角方位角球高斜距水平距离94气球轨迹法测风分类按定位方法，气球轨迹法测风可以分为三类：①单点测风②基线测风，或称为双点(经纬仪)测风③导航测风10第二节气象气球111概述气球是目前高空观测中使用的主要工具。按照使用目的，可分为三类：参考表9.2探空气球作为各种大气探测仪器升空运载工具分无线电探空气球、平移气球、系留气球等测风气球作为气流运动轨迹的示踪物测云气球测定云层高度的云幕气球12测风气球132气球的漂

4、浮方式我们可以使气球以三种方式在空中飘浮：①气球只飘浮在某一高度(等密度面)上，一般称为平移气球②气球以一定的垂直速度上升．③气球以一定的速度降落．14为了测定地面以上至空中三十多公里各高度上的风，一般都使用定速上升的气球。测定出气球在上升过程中的运动轨迹即可计算出大气各层中的平均风向、风速．153气球的一般性质膨胀型球皮由伸缩性较大的橡胶制成充气后，球内外压力差很小，可随大气压的降低而自由膨胀，直到破裂为止一般用于大气的垂直探测，如探空仪非膨胀型球皮由聚乙烯塑料薄膜、聚酯薄膜制成一般在超压状态

5、下工作，球皮几乎无伸缩性用于水平探测，制作定高气球、系留气球等164气球的上升速度对于上升类气球，控制其上升速度极为重要。单点测风要根据气球升速计算球高，才能确定气球的空间位置；云幕球要由升速及入云时间计算云低高度。174气球的上升速度使气球具有规定升速的方法：按当时的空气密度充灌氢气，使气球具有相应的净举力。向气球内充灌氢气时，可以用浮力天平或平衡器控制其净举力。18为了控制气球在大气中的飞行状态，需要研究气球在大气中的动力学性质。根据气球的受力情况，确定气球的上升速度。重力浮力阻力4气球的上

6、升速度191）作用在气球上的力重力：mg=ghv+B,其中m为气球的总质量。浮力：F=ρVg，其中ρ为大气密度。设球体内外的压强和温度在上升过程中保持相等，由气体状态方程：n为球内气体克分子数。可见气球受的浮力与球内气体质量成正比。如果n、g为常数，上升中气球所受浮力保持常数。20定义净举力A为气球所受浮力与重力之差：式中E称为总举力,是气球排开空气的重量与球内气体重量之差.气球在上升中无泄漏,mg不变,F也保持不变,因此在上升过程中,净举力A为常数,E也为常数.（9.32)（9.31)（9.

7、30)21其中r为气球半径;CD为比阻系数;Re是雷诺数；w为气球的上升速度阻力（9.34)（9.33)222）、气球升速公式气球的运动方程为：（9.36)将上式及（9.30)（9.33)式代入（9.35)式：（9.35)23如果取一薄层大气，比阻系数CD,球半径r,空气阻力R,环境密度ρ取为常数，取初条件z=0时，w=0,(9.36)式的解为：由（9.37）式得气球的上升速度计算公式（9.37)（9.38)（9.39）24实际上，在气球上升过程中很快w将趋近于w，如果要求达到0.98w的高

8、度是多少米；则有：对20号球：m=60g,r=35cm,ρ=1.3kg/m3,CD=0.4，由上式：举例：25如果要求达到0.99w的高度是多少米；则有：对20号球：m=60g,r=35cm,ρ=1.3kg/m3,CD=0.4，由上式：26可见，气球释放后上升0.97米就达到常升速值的0.98，上升1.17米达到常升速值的0.99，因而，可以认为气球在释放之后很快就按下式的计算值上升：因为空气阻力与w²成正比，释放后气球在短时间内加速上升，阻力逐渐加大，很快就与净举力A达到平衡，然后等速上升。