風向風速儀中測量的風向是指什么
來源： http://www.1004-75.com/ 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字的形式變現出來，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定或可比性強的數據，在關于核電站反應堆氣態途徑釋放的核素的環境遷移模型研究中，同樣首先要保證風向風速等氣象要素統計的準確性。在核安全分析和環境影響評價中，必須使用到的是小時氣象數據，而小時風向值統計中分不同的計算方法和小時數據劃分方法。
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。現有研究認為，算術平均法對經過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，小時數據劃分方法中，中國《地面氣象觀測規范》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和導則。考慮中國核環境評價中相關法規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中對小時數據統計方法分為：取整個小時內采樣數據的平均；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據統計方法提出建議。
小時風向值統計包括兩方面內容：風向計算方法和小時數據統計方法。針對目前不同的統計方法，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。滑動平均法為按一種特定的方式變形后的算術平均。現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展開，并對采樣角度值總和引入補償系數。該方法補償系數的確定計算復雜，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。風向值經修正后，每次變化的增量小于180°。這種情況下，在平均區間內表示同一風向就可能出現兩個數值，即D和與它相差360°的兩個數值，導致統計結果不正確。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，因此風向需依據風速分量的不同方向進行判斷，規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《地面氣象觀測規范》規定，對人工觀測站10min風向數據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(對風向風速儀數據)也作為一種方法進行分析。小時數據不同劃分法為：中國《地面氣象觀測規范》中數據統計方法為整點前10min數據。RG1.23中各時風向分3種方法統計：取整個小時內采樣數據的平均；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個分鐘數據中找頻率最高的風向作為小時風向值)。考慮目前許多測風儀器采用的為小時中10min的觀測數據，且應用廣泛，因此此處劃分法中包括小時中6個10min的數據，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，風向在短時間內頻繁變化情況下的計算準確性。在小時值取整點前10min數據平均的結果時，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計結果影響有待進一步研究。不同的風向小時值數據統計方法中，對修正算術平均法而言，取整點前或其他時段的10min和15min的數據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數據平均值的平均作為小時值也無明顯差異，但這兩者統計方法與取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，隨著參與統計數據量差別增大，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計中的小時數據統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定或可比性強的數據，在關于核電站反應堆氣態途徑釋放的核素的環境遷移模型研究中，同樣首先要保證風向風速等氣象要素統計的準確性。在核安全分析和環境影響評價中，必須使用到的是小時氣象數據，而小時風向值統計中分不同的計算方法和小時數據劃分方法。
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。現有研究認為，算術平均法對經過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，小時數據劃分方法中，中國《地面氣象觀測規范》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和導則。考慮中國核環境評價中相關法規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中對小時數據統計方法分為：取整個小時內采樣數據的平均；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據統計方法提出建議。
小時風向值統計包括兩方面內容：風向計算方法和小時數據統計方法。針對目前不同的統計方法，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。滑動平均法為按一種特定的方式變形后的算術平均。現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展開，并對采樣角度值總和引入補償系數。該方法補償系數的確定計算復雜，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。風向值經修正后，每次變化的增量小于180°。這種情況下，在平均區間內表示同一風向就可能出現兩個數值，即D和與它相差360°的兩個數值，導致統計結果不正確。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，因此風向需依據風速分量的不同方向進行判斷，規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《地面氣象觀測規范》規定，對人工觀測站10min風向數據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(對風向風速儀數據)也作為一種方法進行分析。小時數據不同劃分法為：中國《地面氣象觀測規范》中數據統計方法為整點前10min數據。RG1.23中各時風向分3種方法統計：取整個小時內采樣數據的平均；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個分鐘數據中找頻率最高的風向作為小時風向值)。考慮目前許多測風儀器采用的為小時中10min的觀測數據，且應用廣泛，因此此處劃分法中包括小時中6個10min的數據，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，風向在短時間內頻繁變化情況下的計算準確性。在小時值取整點前10min數據平均的結果時，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計結果影響有待進一步研究。不同的風向小時值數據統計方法中，對修正算術平均法而言，取整點前或其他時段的10min和15min的數據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數據平均值的平均作為小時值也無明顯差異，但這兩者統計方法與取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，隨著參與統計數據量差別增大，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計中的小時數據統計方法以及小時風向值計算方法。
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