气象仪器报告参考资料 .docVIP

一、实验目的 认识各类常用气象仪器； 2、了解各常用气象仪器的原理及优缺点 二、实验内容及原理 1、风向标 风向标是测定风来向的设备。风向标基本上是一个不对称形状的物体，重心点固定於垂直轴上。 当风吹过，对空气流动产生较大阻力的一端便会顺风转动，显示风向引。 简介： 风向标外形可分为尾翼、平衡锤、指向杆、转动轴四部分。风速和风向是分别利用磁感风速杯和风向标来量度。磁感风速杯通常有三个对称风杯，固定於垂直轴上，令每个风杯的直径面都是垂直。由於风杯凹面比凸面承受较大的风力，风杯轮便会随风转动，观测员可从风杯转动的速度来确定风速。 工作原理： 当风的来向与风向标成某一交角时，风对风向标产生压力，这个力可以分解成平行和垂直于风向标的两个风力。由于风向标头部受风面积比较小，尾翼受风面积比较大，因而感受的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好对风的来向时，由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一方位。 风向标的箭头永远指向风的来源，其原理其实非常简单：箭尾受风面积比箭头大，若箭头及箭尾均受风，箭尾必会被风推后，使箭头移往风的来源。风向标装置于高杆子上，为使风向纪录更准确，必须于杆底用指南针测定10秒的风向(当时风向须稳定)。 2、风杯 简介： 普遍采用的测定风速的仪器是风杯式风速计，它的感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。 工作原理： 当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯2与3同风向成60度角相交，对风杯2而言，其凹面迎着风，承受的风压最大;风杯3其凸面迎风，风的绕流作用使其所受风压比风杯2小，由于风杯2与风杯3在垂直于风杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。 风杯开始转动后，由于杯2顺着风的方向转动，受风的压力相对减小，而杯3迎着风以同样的速度转动，所受风压相对增大，风压差不断减小，经过一段时间后（风速不变时），作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的大小。 当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘或磁棒转动，通过电路得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。目前新型转杯风速表均是采用三杯的，并且锥形杯的性能比半球形的好,当风速增加时转杯能迅速增加转速，以适应气流速度,风速减小时，由于惯性影响，转速却不能立即下降,旋转式风速表在阵性风里指示的风速一般是偏高的成为过高效应（产生的平均误差约为10%） 3、气象雷达 简介： 气象雷达是专门用于大气探测的雷达。属于主动式微波大气遥感设备。与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。常规雷达装置大体上由定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等部分组成。 工作原理： 气象雷达通过方向性很强的天线向空间发射脉冲无线电波，它在传播过程中和大气发生各种相互作用。如大气中水汽凝结物（云、雾和降水）对雷达发射波的散射和吸收；非球形粒子对圆极化波散射产生的退极化作用，无线电波的空气折射率不均匀结构和闪电放电形成的电离介质对入射波的散射，稳定层结大气对入射波的部分反射；以及散射体积内散射目标的运动对入射波产生的多普勒效应等。 气象雷达回波不仅可以确定探测目标的空间位置、形状、尺度、移动和发展变化等宏观特性，还可以根据回波信号的振幅、相位、频率和偏振度等确定目标物的各种物理特性，例如云中含水量、降水强度、风场、铅直气流速度、大气湍流、降水粒子谱、云和降水粒子相态以及闪电等。此外，还可利用对流层大气温度和湿度随高度的变化而引起的折射率随高度变化的规律，由探测得到的对流层中温度和湿度的铅直分布求出折射率的铅直梯度，并通过分析无线电波传播的条件，预报雷达的探测距离，也可根据雷达探测距离的异常现象（如超折射现象）推断大气温度和湿度的层结。 4、GPS探空仪 简介： GPS高空探测系统是新一代探空系统，他采用数字化测量电路测量大气温、压、湿,并运用GPS测量大气风向、风速。采用GPS技术实现气象探空，能够大大提高气象探空的准确性,降低地面接收系统的成本,提高气象探空系统的自动化程度。 工作原理： GPS气象探空主要有空中射频转发和空中数字转发两种方式： （1）射频转发方案是将球载设备接收到的GPS射频信号直接下变频到气象探空专用频