[科普中国]-高空风观测

观测方法

1、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．这类方法广泛用于测定地面风，测量高空风时，就需要使用升空装置将测风仪器（风杯、风标、风压管等）带到各个高度上，但在观测高度、观测时间上受到限制。

2、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，没有相对于空气的水平运动的对象才能作为气流水平方向运动轨迹的示踪物。示踪物在水平方向运动的方向和速度就是风向、风速需要指出的是，这样求出的风向、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。

高空风测量中使用的示踪物一般是灌满氢气的气球，即气球法测风。气球法测风是把气球看作随气流移动的质点，用仪器测量气球相对于观测点的角坐标、斜距或高度，确定它的空间位置和轨迹；根据气球在某时段内位置的变化，就可以简易地算出它的水平位移，从而求出相应大气层中的平均水平风向、风速。在气球的上升过程中，可测得它所经各高度上的风向、风速。1809年英国J.沃利斯和T.福雷斯特首创测风气球观测高空风。气球法测风常用光学经纬仪、无线电经纬仪、一次雷达和二次雷达，以及导航系统等。1

气球法测风分类光学经纬仪测风有单经纬仪测风和双经纬仪测风两种。单经纬仪只能测定气球的角坐标（方位、仰角）。气球高度一是根据气球升速（决定于气球净举力、气球大圆周长和地面空气密度）和升空历经的时间来确定。但由于大气湍流、铅直气流速度和空气密度随高度变化等因素对气球升速的影响，这种方法确定的高度误差大，测风精度低，一般只在数千米高度以下使用。二是根据无线电探空仪测得的气压、温度和湿度资料，通过计算推得高度。这种方法测风精度较高。用双经纬仪测风，是根据位于选定基线两端的两个经纬仪同步观测获得的角坐标值，通过几何图解或计算，得出各高度上的平均风向、风速。

光学经纬仪测风一般只适用于能见度好的少云晴天，夜间必须在气球上挂灯笼或其他可见光源，阴雨天气则只能在可见气球的高度内测风。

无线电经纬仪测风它是利用无线电定向原理，跟踪气球携带的探空发射机信号，测得角坐标数据。气球所在的高度则由无线电探空仪测量的温、压、湿值算出。因此无线电经纬仪测风适用于全天候，但当气球低于无线电经纬仪最低工作仰角时，测风精度迅速降低。

雷达测风一次雷达测风是雷达跟踪气球携带的无源反射靶，接收反射靶的反射信号来实现定位并计算风向、风速。二次雷达测风是跟踪气球携带的工作于应答状态的探空发射机信号来实现定位的。此法可以获取角坐标和斜距数据，从而计算出高空风，无需依赖无线电探空仪探测的温、压、湿数据计算气球高度。二次雷达测风当气球低于雷达最低工作仰角时，要放弃仰角数据。此外，气象多普勒雷达更可测量云中流场的细微结构。

导航测风利用导航系统来测定风。气球携带微型导航接收机，检出导航信号，并调制探空发射机将信号转发到地面而被接收，根据这些信号，可确定气球的轨迹，并计算出各相应高度上的风速和风向。船舶和飞机等活动观测平台通常使用导航测风。2