風(fēng)向風(fēng)速儀中測(cè)量的風(fēng)向是指什么
來(lái)源： http://www.pfyin.com/ 類別：實(shí)用技術(shù) 更新時(shí)間：2013-03-13 閱讀次
【本資訊由中國(guó)糧油儀器網(wǎng)提供】 風(fēng)向風(fēng)速儀是一種利用特定傳感器進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)向測(cè)量的儀器，其測(cè)量結(jié)果直接以數(shù)字的形式變現(xiàn)出來(lái)，那么風(fēng)向風(fēng)速儀中測(cè)量的風(fēng)向是指什么呢？下面我們一起從風(fēng)向的概念及四種統(tǒng)計(jì)風(fēng)向的概念來(lái)一起了解一下。
在大氣的近地面層，由于風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的湍流性質(zhì)，使風(fēng)向風(fēng)速成為在時(shí)間和空間上都隨時(shí)間變化的量，而大氣擴(kuò)散研究的動(dòng)力學(xué)模式中需要相對(duì)穩(wěn)定或可比性強(qiáng)的數(shù)據(jù)，在關(guān)于核電站反應(yīng)堆氣態(tài)途徑釋放的核素的環(huán)境遷移模型研究中，同樣首先要保證風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。在核安全分析和環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，必須使用到的是小時(shí)氣象數(shù)據(jù)，而小時(shí)風(fēng)向值統(tǒng)計(jì)中分不同的計(jì)算方法和小時(shí)數(shù)據(jù)劃分方法。
目前常用的計(jì)算小時(shí)風(fēng)向值的方法有算術(shù)平均法、滑動(dòng)平均法、矢量平均法和頻率最高法�，F(xiàn)有研究認(rèn)為，算術(shù)平均法對(duì)經(jīng)過(guò)0°風(fēng)向的處理誤差較大，計(jì)算出的風(fēng)向偏南風(fēng)的概率變大；滑動(dòng)平均法也為算術(shù)平均法的范疇，多用于風(fēng)向風(fēng)速儀風(fēng)要素的采集中，同樣對(duì)過(guò)零風(fēng)向的處理誤差較大；矢量平均法結(jié)果更符合實(shí)際情況；頻率最高法一般在人工氣象站中采用。而現(xiàn)有的對(duì)過(guò)零風(fēng)向的修正方法不多，且計(jì)算復(fù)雜，不便應(yīng)用。同時(shí)，小時(shí)數(shù)據(jù)劃分方法中，中國(guó)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中對(duì)風(fēng)向風(fēng)速儀的風(fēng)向取為整點(diǎn)前10min的最多風(fēng)向，同時(shí)，核島主要采用美國(guó)核管會(huì)(NRC)、國(guó)家核安全管理委員會(huì)(NNSA)以及國(guó)際原子能委員會(huì)頒布的法規(guī)和導(dǎo)則。考慮中國(guó)核環(huán)境評(píng)價(jià)中相關(guān)法規(guī)和導(dǎo)則與以上委員會(huì)所頒布的是一致的，而美國(guó)核管會(huì)RG1.23中對(duì)小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法分為：取整個(gè)小時(shí)內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個(gè)15min的平均值；取小時(shí)中4個(gè)15min值平均的平均。因此，本文提出新的過(guò)零風(fēng)向修正方法，同時(shí)對(duì)4種風(fēng)向計(jì)算方法進(jìn)行比較，并用實(shí)測(cè)資料對(duì)不同小時(shí)值劃分方法進(jìn)行對(duì)比分析，以期研究風(fēng)向計(jì)算各方法的適用性，并對(duì)中國(guó)導(dǎo)則中小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法提出建議。
小時(shí)風(fēng)向值統(tǒng)計(jì)包括兩方面內(nèi)容：風(fēng)向計(jì)算方法和小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法。針對(duì)目前不同的統(tǒng)計(jì)方法，下面分別展開具體討論。風(fēng)向常用的計(jì)算方法有算術(shù)平均法、滑動(dòng)平均法、矢量平均法和頻率最高法等。4種算法中，算術(shù)平均法和滑動(dòng)平均法需要修正過(guò)零風(fēng)向，而現(xiàn)有的修正方法判斷復(fù)雜，因此文中提出新的過(guò)零風(fēng)向修正方法�；瑒�(dòng)平均法為按一種特定的方式變形后的算術(shù)平均�，F(xiàn)有修正方法將風(fēng)向圓圖在平面直角坐標(biāo)上按旋輪線參變方程連續(xù)展開，并對(duì)采樣角度值總和引入補(bǔ)償系數(shù)。該方法補(bǔ)償系數(shù)的確定計(jì)算復(fù)雜，難以簡(jiǎn)便應(yīng)用。修正方法通過(guò)比較風(fēng)向前后觀測(cè)值，對(duì)經(jīng)過(guò)0°的風(fēng)向進(jìn)行處理。其中，風(fēng)向正或反的旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎�，過(guò)零時(shí)稱為正向過(guò)零，反之稱為反向及反向過(guò)零。該方法判斷簡(jiǎn)便，并解決了風(fēng)向過(guò)零時(shí)直接平均使得偏南風(fēng)概率變大的誤差。風(fēng)向值經(jīng)修正后，每次變化的增量小于180°。這種情況下，在平均區(qū)間內(nèi)表示同一風(fēng)向就可能出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)值，即D和與它相差360°的兩個(gè)數(shù)值，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果不正確。矢量平均法需要同期的風(fēng)速資料，能表征風(fēng)向和風(fēng)速的密切關(guān)系。由于風(fēng)向在0°—360°變化，因此風(fēng)向需依據(jù)風(fēng)速分量的不同方向進(jìn)行判斷，規(guī)定南北分量氣流向北為正值，東西分量氣流向東為正值。頻率最高法《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)人工觀測(cè)站10min風(fēng)向數(shù)據(jù)的選取方法應(yīng)當(dāng)采用頻率最高法，對(duì)風(fēng)向風(fēng)速儀的風(fēng)向平均方法則沒(méi)有明確說(shuō)明。因此這里將頻率最高法(對(duì)風(fēng)向風(fēng)速儀數(shù)據(jù))也作為一種方法進(jìn)行分析。小時(shí)數(shù)據(jù)不同劃分法為：中國(guó)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法為整點(diǎn)前10min數(shù)據(jù)。RG1.23中各時(shí)風(fēng)向分3種方法統(tǒng)計(jì)：取整個(gè)小時(shí)內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個(gè)15min的平均值；取小時(shí)中4個(gè)15min平均值的平均(說(shuō)明：文中對(duì)該劃分法的理解為，對(duì)算術(shù)和矢量均值而言，按照各自計(jì)算方法對(duì)小時(shí)中的4個(gè)15min分別取平均值，然后對(duì)計(jì)算出的4個(gè)平均值再做平均，最終結(jié)果作為小時(shí)風(fēng)向值；對(duì)頻率最高法而言，仍為在小時(shí)的60個(gè)分鐘數(shù)據(jù)中找頻率最高的風(fēng)向作為小時(shí)風(fēng)向值)�？紤]目前許多測(cè)風(fēng)儀器采用的為小時(shí)中10min的觀測(cè)數(shù)據(jù)，且應(yīng)用廣泛，因此此處劃分法中包括小時(shí)中6個(gè)10min的數(shù)據(jù)，即6個(gè)10min平均值的平均。
文中對(duì)過(guò)零風(fēng)向的修正方法簡(jiǎn)便，修正后的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。該修正方法提高了在風(fēng)向變換期，在小尺度湍流的作用下，風(fēng)向在短時(shí)間內(nèi)頻繁變化情況下的計(jì)算準(zhǔn)確性。在小時(shí)值取整點(diǎn)前10min數(shù)據(jù)平均的結(jié)果時(shí)，風(fēng)向的4種計(jì)算方法中，修正算術(shù)平均法準(zhǔn)確度高于其余3種計(jì)算方法，推薦使用。但在小風(fēng)、靜風(fēng)占比例較高的地方，矢量平均法更為適用，但風(fēng)速值大小對(duì)小時(shí)風(fēng)向統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響有待進(jìn)一步研究。不同的風(fēng)向小時(shí)值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法中，對(duì)修正算術(shù)平均法而言，取整點(diǎn)前或其他時(shí)段的10min和15min的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均的結(jié)果無(wú)明顯差異；取4個(gè)15min平均值的平均或6個(gè)10min數(shù)據(jù)平均值的平均作為小時(shí)值也無(wú)明顯差異，但這兩者統(tǒng)計(jì)方法與取10min和15min的結(jié)果的相關(guān)性較差；取60min時(shí)段的平均值作為小時(shí)值則與其余方法差別最大。同時(shí)，隨著參與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量差別增大，結(jié)果差別增大，因此，建議中國(guó)盡快頒布相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則，明確地面風(fēng)向風(fēng)速儀小時(shí)風(fēng)向值統(tǒng)計(jì)中的小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法以及小時(shí)風(fēng)向值計(jì)算方法。
在大氣的近地面層，由于風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的湍流性質(zhì)，使風(fēng)向風(fēng)速成為在時(shí)間和空間上都隨時(shí)間變化的量，而大氣擴(kuò)散研究的動(dòng)力學(xué)模式中需要相對(duì)穩(wěn)定或可比性強(qiáng)的數(shù)據(jù)，在關(guān)于核電站反應(yīng)堆氣態(tài)途徑釋放的核素的環(huán)境遷移模型研究中，同樣首先要保證風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。在核安全分析和環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，必須使用到的是小時(shí)氣象數(shù)據(jù)，而小時(shí)風(fēng)向值統(tǒng)計(jì)中分不同的計(jì)算方法和小時(shí)數(shù)據(jù)劃分方法。
目前常用的計(jì)算小時(shí)風(fēng)向值的方法有算術(shù)平均法、滑動(dòng)平均法、矢量平均法和頻率最高法�，F(xiàn)有研究認(rèn)為，算術(shù)平均法對(duì)經(jīng)過(guò)0°風(fēng)向的處理誤差較大，計(jì)算出的風(fēng)向偏南風(fēng)的概率變大；滑動(dòng)平均法也為算術(shù)平均法的范疇，多用于風(fēng)向風(fēng)速儀風(fēng)要素的采集中，同樣對(duì)過(guò)零風(fēng)向的處理誤差較大；矢量平均法結(jié)果更符合實(shí)際情況；頻率最高法一般在人工氣象站中采用。而現(xiàn)有的對(duì)過(guò)零風(fēng)向的修正方法不多，且計(jì)算復(fù)雜，不便應(yīng)用。同時(shí)，小時(shí)數(shù)據(jù)劃分方法中，中國(guó)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中對(duì)風(fēng)向風(fēng)速儀的風(fēng)向取為整點(diǎn)前10min的最多風(fēng)向，同時(shí)，核島主要采用美國(guó)核管會(huì)(NRC)、國(guó)家核安全管理委員會(huì)(NNSA)以及國(guó)際原子能委員會(huì)頒布的法規(guī)和導(dǎo)則。考慮中國(guó)核環(huán)境評(píng)價(jià)中相關(guān)法規(guī)和導(dǎo)則與以上委員會(huì)所頒布的是一致的，而美國(guó)核管會(huì)RG1.23中對(duì)小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法分為：取整個(gè)小時(shí)內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個(gè)15min的平均值；取小時(shí)中4個(gè)15min值平均的平均。因此，本文提出新的過(guò)零風(fēng)向修正方法，同時(shí)對(duì)4種風(fēng)向計(jì)算方法進(jìn)行比較，并用實(shí)測(cè)資料對(duì)不同小時(shí)值劃分方法進(jìn)行對(duì)比分析，以期研究風(fēng)向計(jì)算各方法的適用性，并對(duì)中國(guó)導(dǎo)則中小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法提出建議。
小時(shí)風(fēng)向值統(tǒng)計(jì)包括兩方面內(nèi)容：風(fēng)向計(jì)算方法和小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法。針對(duì)目前不同的統(tǒng)計(jì)方法，下面分別展開具體討論。風(fēng)向常用的計(jì)算方法有算術(shù)平均法、滑動(dòng)平均法、矢量平均法和頻率最高法等。4種算法中，算術(shù)平均法和滑動(dòng)平均法需要修正過(guò)零風(fēng)向，而現(xiàn)有的修正方法判斷復(fù)雜，因此文中提出新的過(guò)零風(fēng)向修正方法�；瑒�(dòng)平均法為按一種特定的方式變形后的算術(shù)平均�，F(xiàn)有修正方法將風(fēng)向圓圖在平面直角坐標(biāo)上按旋輪線參變方程連續(xù)展開，并對(duì)采樣角度值總和引入補(bǔ)償系數(shù)。該方法補(bǔ)償系數(shù)的確定計(jì)算復(fù)雜，難以簡(jiǎn)便應(yīng)用。修正方法通過(guò)比較風(fēng)向前后觀測(cè)值，對(duì)經(jīng)過(guò)0°的風(fēng)向進(jìn)行處理。其中，風(fēng)向正或反的旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎�，過(guò)零時(shí)稱為正向過(guò)零，反之稱為反向及反向過(guò)零。該方法判斷簡(jiǎn)便，并解決了風(fēng)向過(guò)零時(shí)直接平均使得偏南風(fēng)概率變大的誤差。風(fēng)向值經(jīng)修正后，每次變化的增量小于180°。這種情況下，在平均區(qū)間內(nèi)表示同一風(fēng)向就可能出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)值，即D和與它相差360°的兩個(gè)數(shù)值，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果不正確。矢量平均法需要同期的風(fēng)速資料，能表征風(fēng)向和風(fēng)速的密切關(guān)系。由于風(fēng)向在0°—360°變化，因此風(fēng)向需依據(jù)風(fēng)速分量的不同方向進(jìn)行判斷，規(guī)定南北分量氣流向北為正值，東西分量氣流向東為正值。頻率最高法《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)人工觀測(cè)站10min風(fēng)向數(shù)據(jù)的選取方法應(yīng)當(dāng)采用頻率最高法，對(duì)風(fēng)向風(fēng)速儀的風(fēng)向平均方法則沒(méi)有明確說(shuō)明。因此這里將頻率最高法(對(duì)風(fēng)向風(fēng)速儀數(shù)據(jù))也作為一種方法進(jìn)行分析。小時(shí)數(shù)據(jù)不同劃分法為：中國(guó)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法為整點(diǎn)前10min數(shù)據(jù)。RG1.23中各時(shí)風(fēng)向分3種方法統(tǒng)計(jì)：取整個(gè)小時(shí)內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個(gè)15min的平均值；取小時(shí)中4個(gè)15min平均值的平均(說(shuō)明：文中對(duì)該劃分法的理解為，對(duì)算術(shù)和矢量均值而言，按照各自計(jì)算方法對(duì)小時(shí)中的4個(gè)15min分別取平均值，然后對(duì)計(jì)算出的4個(gè)平均值再做平均，最終結(jié)果作為小時(shí)風(fēng)向值；對(duì)頻率最高法而言，仍為在小時(shí)的60個(gè)分鐘數(shù)據(jù)中找頻率最高的風(fēng)向作為小時(shí)風(fēng)向值)�？紤]目前許多測(cè)風(fēng)儀器采用的為小時(shí)中10min的觀測(cè)數(shù)據(jù)，且應(yīng)用廣泛，因此此處劃分法中包括小時(shí)中6個(gè)10min的數(shù)據(jù)，即6個(gè)10min平均值的平均。
文中對(duì)過(guò)零風(fēng)向的修正方法簡(jiǎn)便，修正后的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。該修正方法提高了在風(fēng)向變換期，在小尺度湍流的作用下，風(fēng)向在短時(shí)間內(nèi)頻繁變化情況下的計(jì)算準(zhǔn)確性。在小時(shí)值取整點(diǎn)前10min數(shù)據(jù)平均的結(jié)果時(shí)，風(fēng)向的4種計(jì)算方法中，修正算術(shù)平均法準(zhǔn)確度高于其余3種計(jì)算方法，推薦使用。但在小風(fēng)、靜風(fēng)占比例較高的地方，矢量平均法更為適用，但風(fēng)速值大小對(duì)小時(shí)風(fēng)向統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響有待進(jìn)一步研究。不同的風(fēng)向小時(shí)值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法中，對(duì)修正算術(shù)平均法而言，取整點(diǎn)前或其他時(shí)段的10min和15min的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均的結(jié)果無(wú)明顯差異；取4個(gè)15min平均值的平均或6個(gè)10min數(shù)據(jù)平均值的平均作為小時(shí)值也無(wú)明顯差異，但這兩者統(tǒng)計(jì)方法與取10min和15min的結(jié)果的相關(guān)性較差；取60min時(shí)段的平均值作為小時(shí)值則與其余方法差別最大。同時(shí)，隨著參與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量差別增大，結(jié)果差別增大，因此，建議中國(guó)盡快頒布相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則，明確地面風(fēng)向風(fēng)速儀小時(shí)風(fēng)向值統(tǒng)計(jì)中的小時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法以及小時(shí)風(fēng)向值計(jì)算方法。
【中國(guó)糧油儀器網(wǎng)】部分文章轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，且不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。如其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)下載使用，自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)?0日內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系。
最近更新儀器
推薦儀器
相關(guān)新聞
熱門產(chǎn)品