[科普中国]-风矢量

简介

风矢量是按极坐标方式，以正北为基准，根据风向和风速大小所画的线。按顺时针方向，自正北方向线到矢线间的夹角度数为风的来向，矢线的长度与风速大小成正比。

在天气图上，有两种表示风向的标志，一种是短箭头，另一种即为风矢量。前者只能表示风向，即箭头所指为风的去向；后者能同时表示风向及风速，形如英文字母“F”。

结构及意义风矢量由2部分组成，分别为风向杆与风羽（或风三角）。

风向杆：指出风的来向，表示为一根竖线。杆长约0.6～0.8厘米。杆的一端止于站圈（或站点上空某高度处），另一端指向风的来向，并在杆的末端填写风羽。风向常用8个方位（东、东南、南、西南、西、西北、北、东北）表示，在气象观测记录上则使用16个方位（除8个方位之外还有：北东北、东东北、东东南、南东南、南西南、西西南、西西北、北西北）表示。1

风羽：分别用长划线和短划线或者与风三角组合的方式表示风速的大小，垂直于风向杆末端顺时针向一侧（北半球）。一条长划线表示4米/秒，一条短划线表示2米/秒（风三角表示20米/秒）。1

风速风向测量风速测量的实现方法有很多种，下面是常用的一些风速测量方法的总结，这些方法利用不同的测量原理，每种方法都有自己的特点。2

风车型风速传感器将对称叶片摆任何角度做成风车架，迎风时风车架将转动，其转速与风速成正比关系。为提高测量性能就必须研究其叶片的几何形状、尺寸与回转面呈的角度，最佳升阻比以及叶片数量等参数。为此研制出风车转速与风速成线性正比关系的仪器。2

风杯风速传感器自从130多年前鲁宾逊推出4杯风速表以来，经过很多年改进与演变，如今这种仪器多采用三杯锥形杯的风杯架，而且杯径与架臂之比也有了比较科学的依据。风速与风杯的转速大致呈线性关系。2

风压式风向风速传感器利用半导体工艺制成P型或N型应变片，风压作用于应变片会使其电阻值发生变化，然后利用电路将电阻变化转变成电压（或电流）进行测量。通过比较电路选出最大风压值的孔（装有压敏元件）作为风向，风速则是先把各压敏元件所受风压消去负压后，再加以合成正压而得。2

声学风速表声学测风速中，超声波测风法应用的比较广泛，测量方法主要有脉冲声程时差法、相位差法和频率差法等。从精度、稳定度、测量范围及杂音等多方面因素考虑，目前多用脉冲声程时差法。超声波风速计是利用两个方向的风速输出以矢量合成而同时得到风向和风速的。2

风向测量风向测量最常用的方法主要有以下几种：第一种就是常用的风向标法，这也是风杯风标式测风仪的测量方法。风向标又分以下几种：2

（1）矩形平板单叶风标，其结构简单，提供的测量数据也可靠，但对风感应灵敏度差，振动衰减也不好。

（2） 张角双叶风标，该结构可以增加低风速时的转矩，对风具有较大的灵敏度，但结构复杂，制造相对困难。

（3） 尾翼风标，这是螺旋风速风向仪通常采用的风向标。其具有美观的流线型，灵敏度高，静特性好。

第二种方法就是前文所提到的超声波测风仪所采用的测风方法，其采用超声波探头摆成三角形状利用超声波各个接收探头间的顺风逆风时间差进行计算得到风向风速值。另外还有一些新颖的方法，例如有人研究利用仿生学原理的触须传感器来测量风向，该种传感器灵敏度高，结构简单，造价低廉，对测量风速也有很好的效果。不过目前该种传感器还处于理论研究阶段，离真正实用还有一定的差距。2

应用及重要性风矢量包含风速和风向信息。有效地监测风矢量信息，不仅可以为人们提供日常出行的参考，同时可为监测各种天气气候灾害提供依据。强烈天气和气候系统的缓变和突变对国家安全的很多方面产生影响，需要从战略高度为军事安全、国土安全、公共安全、环境安全、生态安全、能源安源、粮食安全、水资源安全等方面提供全方位气象保障服务。3

无论是气象应用还是风能利用，首要的任务就是准确获得风矢量信息。高质量风矢量测量仪器的设计将为气象应用与风能利用提供有力的数据。3