[科普中国]-风速廓线

简介

风速廓线，风速随高度的分布曲线。它受地形、层结稳定度、大型天气形势的影响，在铅直方向上呈不同的分布规律，有多种数学表达式。一般情况下，近地层风速廓线可用幂次律：

式中ū为平均风速；z为离地面高度；ū1为z1高度的平均风速；指数n随层结稳定度而定，中性层结n≃0.25，不稳定层结n较小，稳定层结n较大。 1

风速廓线的测量现行最常用来测量风速廓线的仪器仍然是风杯风速计，多选用微气象等级的风杯，起动风速在0.2~0.4m/s，长度特征尺度在1m左右，对于这种风速计制作工艺要求较高，以保证其技术指标维持高度的一致性。从风杯的工作原理分析，工艺高度一致的风速计可以保证其检定曲线的一致性，保证其输出信号是典型的方波脉冲，其高低电平准确并互相一致，否则很难获取精确的风速廓线，尽管如此，风速计在进行测量前后仍需放置于同一高度上进行水平比较，以便校验出相互之间的系统偏离。

一种适合于风速廓线测量的风杯风速计在风洞检定结果中显示出它的检定曲线的一致性，并且能在很大的测量范围内保持线性输出关系，风速计在强风下产生主轴上下窜动，以及杯架的振颤必将使高风速下的灵敏度降低而使检定曲线弯曲。

风速廓线测量时，由于过高效应的影响将导致测量结果的系统偏差，右图为一组对比资料，其中空心圆点为手提风速表的测量结果，实心圆点为旁热式风速计测量结果，两者的时间常数相差一个数量级，后者的测量结果显然低于前者，两者相差约为该高度风速直的10%．

安装仪器的主支架通常有圆柱杆和钢筋焊接的三角形桅杆塔两种，柱杆、铁塔以及其伸臂和支架对气流都将产生影响，原则上，仪器应伸出到远离塔身的迎风方向。许多大型的气象铁塔多在风洞中进行过模型实验，找出最佳的仪器安装方式。仪器受到最小干扰的方向为气流来向±30°的区间内，并向外伸出一定距离，伸出距离应超出杆柱或塔身尺寸的2~4倍，纵然如此，估计风速测量值仍可能偏低5%～7%。

在近地层测量风速廓线时，仪器安装的高度多取等比级数分布，例如8m、4m、2m、Im、0.5m、0.25m，下层的仪器距离非常靠近，如果所有的仪器全都安装在一根铁管上，相互之间的干扰不可避免，因此观测人员宁可将每个仪器安装在单独的铁管顶端，由低到高从上风向往后排列，以最大限度避免支架对仪器以及仪器之间的相互干扰。2