[科普中國(guó)]-高空風(fēng)觀測(cè)

觀測(cè)方法

1、根據(jù)氣流對(duì)測(cè)風(fēng)儀器的動(dòng)力作用（壓力的方向和大小）來(lái)測(cè)定各高度上的風(fēng)向、風(fēng)速．這類(lèi)方法廣泛用于測(cè)定地面風(fēng)，測(cè)量高空風(fēng)時(shí)，就需要使用升空裝置將測(cè)風(fēng)儀器（風(fēng)杯、風(fēng)標(biāo)、風(fēng)壓管等）帶到各個(gè)高度上，但在觀測(cè)高度、觀測(cè)時(shí)間上受到限制。

2、根據(jù)隨氣流飄動(dòng)的物體在空中運(yùn)動(dòng)的軌跡，從而測(cè)定出風(fēng)向、風(fēng)速。這類(lèi)方法稱(chēng)軌跡法，在高空觀測(cè)中廣泛采用，用來(lái)測(cè)風(fēng)的飄浮物體，要求其慣性很小，沒(méi)有相對(duì)于空氣的水平運(yùn)動(dòng)的對(duì)象才能作為氣流水平方向運(yùn)動(dòng)軌跡的示蹤物。示蹤物在水平方向運(yùn)動(dòng)的方向和速度就是風(fēng)向、風(fēng)速需要指出的是，這樣求出的風(fēng)向、風(fēng)速是某一時(shí)段或某一氣層厚度內(nèi)氣流方向和速度的平均值。

高空風(fēng)測(cè)量中使用的示蹤物一般是灌滿(mǎn)氫氣的氣球，即氣球法測(cè)風(fēng)。氣球法測(cè)風(fēng)是把氣球看作隨氣流移動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，用儀器測(cè)量氣球相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)的角坐標(biāo)、斜距或高度，確定它的空間位置和軌跡；根據(jù)氣球在某時(shí)段內(nèi)位置的變化，就可以簡(jiǎn)易地算出它的水平位移，從而求出相應(yīng)大氣層中的平均水平風(fēng)向、風(fēng)速。在氣球的上升過(guò)程中，可測(cè)得它所經(jīng)各高度上的風(fēng)向、風(fēng)速。1809年英國(guó)J.沃利斯和T.福雷斯特首創(chuàng)測(cè)風(fēng)氣球觀測(cè)高空風(fēng)。氣球法測(cè)風(fēng)常用光學(xué)經(jīng)緯儀、無(wú)線(xiàn)電經(jīng)緯儀、一次雷達(dá)和二次雷達(dá)，以及導(dǎo)航系統(tǒng)等。1

氣球法測(cè)風(fēng)分類(lèi)光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)有單經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)和雙經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)兩種。單經(jīng)緯儀只能測(cè)定氣球的角坐標(biāo)（方位、仰角）。氣球高度一是根據(jù)氣球升速（決定于氣球凈舉力、氣球大圓周長(zhǎng)和地面空氣密度）和升空歷經(jīng)的時(shí)間來(lái)確定。但由于大氣湍流、鉛直氣流速度和空氣密度隨高度變化等因素對(duì)氣球升速的影響，這種方法確定的高度誤差大，測(cè)風(fēng)精度低，一般只在數(shù)千米高度以下使用。二是根據(jù)無(wú)線(xiàn)電探空儀測(cè)得的氣壓、溫度和濕度資料，通過(guò)計(jì)算推得高度。這種方法測(cè)風(fēng)精度較高。用雙經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)，是根據(jù)位于選定基線(xiàn)兩端的兩個(gè)經(jīng)緯儀同步觀測(cè)獲得的角坐標(biāo)值，通過(guò)幾何圖解或計(jì)算，得出各高度上的平均風(fēng)向、風(fēng)速。

光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)一般只適用于能見(jiàn)度好的少云晴天，夜間必須在氣球上掛燈籠或其他可見(jiàn)光源，陰雨天氣則只能在可見(jiàn)氣球的高度內(nèi)測(cè)風(fēng)。

無(wú)線(xiàn)電經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)它是利用無(wú)線(xiàn)電定向原理，跟蹤氣球攜帶的探空發(fā)射機(jī)信號(hào)，測(cè)得角坐標(biāo)數(shù)據(jù)。氣球所在的高度則由無(wú)線(xiàn)電探空儀測(cè)量的溫、壓、濕值算出。因此無(wú)線(xiàn)電經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)適用于全天候，但當(dāng)氣球低于無(wú)線(xiàn)電經(jīng)緯儀最低工作仰角時(shí)，測(cè)風(fēng)精度迅速降低。

雷達(dá)測(cè)風(fēng)一次雷達(dá)測(cè)風(fēng)是雷達(dá)跟蹤氣球攜帶的無(wú)源反射靶，接收反射靶的反射信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位并計(jì)算風(fēng)向、風(fēng)速。二次雷達(dá)測(cè)風(fēng)是跟蹤氣球攜帶的工作于應(yīng)答狀態(tài)的探空發(fā)射機(jī)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位的。此法可以獲取角坐標(biāo)和斜距數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出高空風(fēng)，無(wú)需依賴(lài)無(wú)線(xiàn)電探空儀探測(cè)的溫、壓、濕數(shù)據(jù)計(jì)算氣球高度。二次雷達(dá)測(cè)風(fēng)當(dāng)氣球低于雷達(dá)最低工作仰角時(shí)，要放棄仰角數(shù)據(jù)。此外，氣象多普勒雷達(dá)更可測(cè)量云中流場(chǎng)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)航測(cè)風(fēng)利用導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)測(cè)定風(fēng)。氣球攜帶微型導(dǎo)航接收機(jī)，檢出導(dǎo)航信號(hào)，并調(diào)制探空發(fā)射機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到地面而被接收，根據(jù)這些信號(hào)，可確定氣球的軌跡，并計(jì)算出各相應(yīng)高度上的風(fēng)速和風(fēng)向。船舶和飛機(jī)等活動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)通常使用導(dǎo)航測(cè)風(fēng)。2