風向風速儀中測量的風向是指什么
來源： http://m.web-tv.com.cn/ 類別：實用技術 更新時間：2013-03-13 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網(wǎng)提供】 風向風速儀是一種利用特定傳感器進行風速和風向測量的儀器，其測量結果直接以數(shù)字的形式變現(xiàn)出來，那么風向風速儀中測量的風向是指什么呢？下面我們一起從風向的概念及四種統(tǒng)計風向的概念來一起了解一下。
在大氣的近地面層，由于風場結構的湍流性質，使風向風速成為在時間和空間上都隨時間變化的量，而大氣擴散研究的動力學模式中需要相對穩(wěn)定或可比性強的數(shù)據(jù)，在關于核電站反應堆氣態(tài)途徑釋放的核素的環(huán)境遷移模型研究中，同樣首先要保證風向風速等氣象要素統(tǒng)計的準確性。在核安全分析和環(huán)境影響評價中，必須使用到的是小時氣象數(shù)據(jù)，而小時風向值統(tǒng)計中分不同的計算方法和小時數(shù)據(jù)劃分方法。
目前常用的計算小時風向值的方法有算術平均法、滑動平均法、矢量平均法和頻率最高法�，F(xiàn)有研究認為，算術平均法對經(jīng)過0°風向的處理誤差較大，計算出的風向偏南風的概率變大；滑動平均法也為算術平均法的范疇，多用于風向風速儀風要素的采集中，同樣對過零風向的處理誤差較大；矢量平均法結果更符合實際情況；頻率最高法一般在人工氣象站中采用。而現(xiàn)有的對過零風向的修正方法不多，且計算復雜，不便應用。同時，小時數(shù)據(jù)劃分方法中，中國《地面氣象觀測規(guī)范》中對風向風速儀的風向取為整點前10min的最多風向，同時，核島主要采用美國核管會(NRC)、國家核安全管理委員會(NNSA)以及國際原子能委員會頒布的法規(guī)和導則�？紤]中國核環(huán)境評價中相關法規(guī)和導則與以上委員會所頒布的是一致的，而美國核管會RG1.23中對小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法分為：取整個小時內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個15min的平均值；取小時中4個15min值平均的平均。因此，本文提出新的過零風向修正方法，同時對4種風向計算方法進行比較，并用實測資料對不同小時值劃分方法進行對比分析，以期研究風向計算各方法的適用性，并對中國導則中小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法提出建議。
小時風向值統(tǒng)計包括兩方面內(nèi)容：風向計算方法和小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法。針對目前不同的統(tǒng)計方法，下面分別展開具體討論。風向常用的計算方法有算術平均法、滑動平均法、矢量平均法和頻率最高法等。4種算法中，算術平均法和滑動平均法需要修正過零風向，而現(xiàn)有的修正方法判斷復雜，因此文中提出新的過零風向修正方法�；瑒悠骄榘匆环N特定的方式變形后的算術平均�，F(xiàn)有修正方法將風向圓圖在平面直角坐標上按旋輪線參變方程連續(xù)展開，并對采樣角度值總和引入補償系數(shù)。該方法補償系數(shù)的確定計算復雜，難以簡便應用。修正方法通過比較風向前后觀測值，對經(jīng)過0°的風向進行處理。其中，風向正或反的旋轉時，設順時針方向為正向，過零時稱為正向過零，反之稱為反向及反向過零。該方法判斷簡便，并解決了風向過零時直接平均使得偏南風概率變大的誤差。風向值經(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)表示同一風向就可能出現(xiàn)兩個數(shù)值，即D和與它相差360°的兩個數(shù)值，導致統(tǒng)計結果不正確。矢量平均法需要同期的風速資料，能表征風向和風速的密切關系。由于風向在0°—360°變化，因此風向需依據(jù)風速分量的不同方向進行判斷，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《地面氣象觀測規(guī)范》規(guī)定，對人工觀測站10min風向數(shù)據(jù)的選取方法應當采用頻率最高法，對風向風速儀的風向平均方法則沒有明確說明。因此這里將頻率最高法(對風向風速儀數(shù)據(jù))也作為一種方法進行分析。小時數(shù)據(jù)不同劃分法為：中國《地面氣象觀測規(guī)范》中數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法為整點前10min數(shù)據(jù)。RG1.23中各時風向分3種方法統(tǒng)計：取整個小時內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個15min的平均值；取小時中4個15min平均值的平均(說明：文中對該劃分法的理解為，對算術和矢量均值而言，按照各自計算方法對小時中的4個15min分別取平均值，然后對計算出的4個平均值再做平均，最終結果作為小時風向值；對頻率最高法而言，仍為在小時的60個分鐘數(shù)據(jù)中找頻率最高的風向作為小時風向值)�？紤]目前許多測風儀器采用的為小時中10min的觀測數(shù)據(jù)，且應用廣泛，因此此處劃分法中包括小時中6個10min的數(shù)據(jù)，即6個10min平均值的平均。
文中對過零風向的修正方法簡便，修正后的計算結果準確。該修正方法提高了在風向變換期，在小尺度湍流的作用下，風向在短時間內(nèi)頻繁變化情況下的計算準確性。在小時值取整點前10min數(shù)據(jù)平均的結果時，風向的4種計算方法中，修正算術平均法準確度高于其余3種計算方法，推薦使用。但在小風、靜風占比例較高的地方，矢量平均法更為適用，但風速值大小對小時風向統(tǒng)計結果影響有待進一步研究。不同的風向小時值數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法中，對修正算術平均法而言，取整點前或其他時段的10min和15min的數(shù)據(jù)進行平均的結果無明顯差異；取4個15min平均值的平均或6個10min數(shù)據(jù)平均值的平均作為小時值也無明顯差異，但這兩者統(tǒng)計方法與取10min和15min的結果的相關性較差；取60min時段的平均值作為小時值則與其余方法差別最大。同時，隨著參與統(tǒng)計數(shù)據(jù)量差別增大，結果差別增大，因此，建議中國盡快頒布相應的標準導則，明確地面風向風速儀小時風向值統(tǒng)計中的小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法以及小時風向值計算方法。
在大氣的近地面層，由于風場結構的湍流性質，使風向風速成為在時間和空間上都隨時間變化的量，而大氣擴散研究的動力學模式中需要相對穩(wěn)定或可比性強的數(shù)據(jù)，在關于核電站反應堆氣態(tài)途徑釋放的核素的環(huán)境遷移模型研究中，同樣首先要保證風向風速等氣象要素統(tǒng)計的準確性。在核安全分析和環(huán)境影響評價中，必須使用到的是小時氣象數(shù)據(jù)，而小時風向值統(tǒng)計中分不同的計算方法和小時數(shù)據(jù)劃分方法。
目前常用的計算小時風向值的方法有算術平均法、滑動平均法、矢量平均法和頻率最高法�，F(xiàn)有研究認為，算術平均法對經(jīng)過0°風向的處理誤差較大，計算出的風向偏南風的概率變大；滑動平均法也為算術平均法的范疇，多用于風向風速儀風要素的采集中，同樣對過零風向的處理誤差較大；矢量平均法結果更符合實際情況；頻率最高法一般在人工氣象站中采用。而現(xiàn)有的對過零風向的修正方法不多，且計算復雜，不便應用。同時，小時數(shù)據(jù)劃分方法中，中國《地面氣象觀測規(guī)范》中對風向風速儀的風向取為整點前10min的最多風向，同時，核島主要采用美國核管會(NRC)、國家核安全管理委員會(NNSA)以及國際原子能委員會頒布的法規(guī)和導則�？紤]中國核環(huán)境評價中相關法規(guī)和導則與以上委員會所頒布的是一致的，而美國核管會RG1.23中對小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法分為：取整個小時內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個15min的平均值；取小時中4個15min值平均的平均。因此，本文提出新的過零風向修正方法，同時對4種風向計算方法進行比較，并用實測資料對不同小時值劃分方法進行對比分析，以期研究風向計算各方法的適用性，并對中國導則中小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法提出建議。
小時風向值統(tǒng)計包括兩方面內(nèi)容：風向計算方法和小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法。針對目前不同的統(tǒng)計方法，下面分別展開具體討論。風向常用的計算方法有算術平均法、滑動平均法、矢量平均法和頻率最高法等。4種算法中，算術平均法和滑動平均法需要修正過零風向，而現(xiàn)有的修正方法判斷復雜，因此文中提出新的過零風向修正方法�；瑒悠骄榘匆环N特定的方式變形后的算術平均�，F(xiàn)有修正方法將風向圓圖在平面直角坐標上按旋輪線參變方程連續(xù)展開，并對采樣角度值總和引入補償系數(shù)。該方法補償系數(shù)的確定計算復雜，難以簡便應用。修正方法通過比較風向前后觀測值，對經(jīng)過0°的風向進行處理。其中，風向正或反的旋轉時，設順時針方向為正向，過零時稱為正向過零，反之稱為反向及反向過零。該方法判斷簡便，并解決了風向過零時直接平均使得偏南風概率變大的誤差。風向值經(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)表示同一風向就可能出現(xiàn)兩個數(shù)值，即D和與它相差360°的兩個數(shù)值，導致統(tǒng)計結果不正確。矢量平均法需要同期的風速資料，能表征風向和風速的密切關系。由于風向在0°—360°變化，因此風向需依據(jù)風速分量的不同方向進行判斷，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《地面氣象觀測規(guī)范》規(guī)定，對人工觀測站10min風向數(shù)據(jù)的選取方法應當采用頻率最高法，對風向風速儀的風向平均方法則沒有明確說明。因此這里將頻率最高法(對風向風速儀數(shù)據(jù))也作為一種方法進行分析。小時數(shù)據(jù)不同劃分法為：中國《地面氣象觀測規(guī)范》中數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法為整點前10min數(shù)據(jù)。RG1.23中各時風向分3種方法統(tǒng)計：取整個小時內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的平均；取一個15min的平均值；取小時中4個15min平均值的平均(說明：文中對該劃分法的理解為，對算術和矢量均值而言，按照各自計算方法對小時中的4個15min分別取平均值，然后對計算出的4個平均值再做平均，最終結果作為小時風向值；對頻率最高法而言，仍為在小時的60個分鐘數(shù)據(jù)中找頻率最高的風向作為小時風向值)�？紤]目前許多測風儀器采用的為小時中10min的觀測數(shù)據(jù)，且應用廣泛，因此此處劃分法中包括小時中6個10min的數(shù)據(jù)，即6個10min平均值的平均。
文中對過零風向的修正方法簡便，修正后的計算結果準確。該修正方法提高了在風向變換期，在小尺度湍流的作用下，風向在短時間內(nèi)頻繁變化情況下的計算準確性。在小時值取整點前10min數(shù)據(jù)平均的結果時，風向的4種計算方法中，修正算術平均法準確度高于其余3種計算方法，推薦使用。但在小風、靜風占比例較高的地方，矢量平均法更為適用，但風速值大小對小時風向統(tǒng)計結果影響有待進一步研究。不同的風向小時值數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法中，對修正算術平均法而言，取整點前或其他時段的10min和15min的數(shù)據(jù)進行平均的結果無明顯差異；取4個15min平均值的平均或6個10min數(shù)據(jù)平均值的平均作為小時值也無明顯差異，但這兩者統(tǒng)計方法與取10min和15min的結果的相關性較差；取60min時段的平均值作為小時值則與其余方法差別最大。同時，隨著參與統(tǒng)計數(shù)據(jù)量差別增大，結果差別增大，因此，建議中國盡快頒布相應的標準導則，明確地面風向風速儀小時風向值統(tǒng)計中的小時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法以及小時風向值計算方法。
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