气象仪器实验报告完整版

南京信息工程大学气象仪器实验(实习)报告

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一、风的测量

1、测风的仪器有：测量风的仪器主要有EL型电接风向风速仪、EN

型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、单翼风向传感器和风杯风速传感器等

（1）测风仪：测风设备由气象传感器、数据记录仪、电源系统、轻型百叶箱、野外防护箱和不锈钢支架等部分构成。

风速风向等传感器为气象专用传感器，具有高精

度高可靠性的特点。数据记录仪具有风能数据采

集、实时时钟、风能数据定时存储、参数设定、

友好的人机界面和标准通信功能。广泛应用于风

电、气象、环保、机场、农林、水文、军事、仓

储、科学研究等领域。

应用范围：可用于风能、气象，工业，农业，水文水利，环保，高速公路，机场和港口等

风杯：测量风的大小

利用的原理：风能转换为机械

能，天气预报风的大小为多个测

量值的平均值。

风向标：测量风的方向

利用的原理：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图为风杯和风向标

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）测风塔：

测风塔的组成：包括塔底座、塔柱、横杆、斜杆、风速仪支架、避雷针、拉线等。

测风塔的主要功能：环境监测，风、气压、湿度等资源数据采集。

为相应的仪器设备的安装做支撑。

优点：风荷载系数小，抗风能力强。塔身挡风面积小，利于采集数据准确客观，将实测数据和实际数据的差距降到最低。采集塔柱采用外法兰盘连接，螺栓受拉，不易破坏，钢绞线加固。塔柱正三角型布置,节约钢材,跟开小，占地面积小，节约土地资源，造价低廉(仅为角钢自立塔的1/3或更少)，选址便利，塔身自重轻，运输和安装便捷、建设工期短,塔型随风荷载曲线变化设计，线条流畅，遇罕遇风灾不易倒塌，安全系数高，设计符合国家钢结构设计规范和塔桅设计规程，结构安全可靠。

（3）、EL型电接风向风速计是由感应器、指示器、记录器组成的有线遥测仪器。感应器由风向和风速俩部分组成。风向部分由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成；风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮等组成。指示器由电源、瞬时风向指示盘、瞬时风速指示盘等组成。记录器由8个风向电磁铁、自记钟、自计笔、笔挡、充放电线路等部分组成。

EL型电接风向风速计2、高空测风的方法

测风气球：测风气球是测定高空风向

风速的一种充满氢气的气球，升速有100

米/分或200米/分的。从地面施放后，一

面上升，一面在水平方向上随风飘行。与

此同时用测风经纬仪不断跟踪观测，并记

下它每分钟的仰角和方位角，然后经过计

算求出气球经过的空中各层的平均风向

和风速。

风筝：利用风筝上携带的各种测量仪器，获取不同时刻，不同位置和高度上的风来进行计算。

飞机：原理与方法与风筝类似，但是，其本身造价较高，因此一般使用量也少。

3、超声波测速仪

该仪器为目前测量风速较为先进的仪器，测量的风为三维，一般仪器测的风为二位。

利用的原理：超声波测速仪每隔一相

等时间，发出一超声脉冲信号，每隔

一段时间接收到一经汽车反射回的

该超声脉冲信号，若汽车匀速行驶，

则间隔时间相同，根据发出和接收到

的信号间的时间间隔差和声速，测出

被测汽车的速度。（与雷达测速相似）

优点：测量误差小。

4、其他先进测量仪器

大气风场测量的主要手段目前

主要的大气风场测量手段有声雷达、微波雷达和激光雷达。

一、多普勒声雷达

多普勒声雷达是一种测量大气对流层低层常用的遥测手段，

它可以较好地测量低空由几十米开始到几百米乃至一公里范围内地风廓线，还可以用于测量折射率结构常数等湍流参数量廓线。

声雷达发射声波后，接收大气的后向散射信号，由于大气中气团是随风运动的，因此，接收的信号和发射信号的频率之间会有多普勒频移。由于发射波长是以知的，测量到多普勒频率漂移的大小，就可以得到气团运动速度。

二、微波雷达

微波风廓线雷达是目前用来测量风廓线的一种主要设备，它通过发射微波脉冲，探测大气中湍流涡漩对微波后向散射或待测大气中的云、雨、冰或其它降水粒子等运动粒子的回波信号的多普勒频移来反演大气风廓线，并由它的回波功率可以反演折射率结构常数的廓线，其波长较红外和激光长许多倍，因而受大气的影响小得多，是目前主要应用的风速测量的系统。

三、测风激光雷达

测风激光雷达是以激光器为光源向大气发射激光脉冲，接收大气（气溶胶粒子和大气分子)的后向散射信号，通过分析发射激光的径向多普勒频移来反演风速的，从探测方式上可以分为相干探测激光雷达和非相干探测（直接探测）激光雷达。

二、雨的测量

1、降雨测量参数

雨量：一定时间内，降水总量。

雨强：单位时间内，降水量。

测量标准：降水雨mm为单位（或kg/m2），取一位小数。日降水量应读到0.2mm，最好读到0.1mm.周或月降水量应精确到1mm，日降水量的测量应定时进行。

换算方法：据气象部门介绍：气象预报把下雨、下雪都叫做降水，降水的多少叫降水量，表示降水量的单位通常用毫米。1毫米的降水量是指单位面积上水深1毫米。

从天空降落到地面上的雨水（或融化后的固体降水）既不流走，也不渗透到地里，同时也不被蒸发掉而积聚起来的一层水的深度，通常以毫米为单位。降雨量可以用雨量器来测量，同时还可以用雨量计来自动记录雨势的变化和雨量的大小。

2、测量降水的仪器

主要有雨量器，常用的测量降水的仪器有雨量器、翻斗式雨量器、虹吸式雨量计和双阀容栅式雨量传感器等。

上图为虹吸式雨量器

3、翻斗式雨量器

应用：翻斗式雨量计系列产品用于气象台（站）、水文站、水电站、排涝站、铁路、公路、国防、科研等部门用来测量液体降水量、降水

强度、降水起迄时间。

单翻斗雨量器

组成：翻斗式雨量计由翻斗式雨量传感器系列产品，雨量显示器

（记录仪）、传输三芯信号屏蔽线（150米以内）所组成。翻斗式雨量传感器分辩力为0.1，0.2，0.5，1.0mm。

弊端：如果雨量大，则雨水会溢出，测量结果不准确；如果雨量小，雨水下不到里面去，也会带来很大的误差。

4、光学雨量器

光学雨量传感器主要由光源、光源整合器、采样空间、接收器、数据处理部分组成。当雨滴（或雪粒等其他降水粒子）穿越采样空间时，雨滴会遮挡激光，接受传感器接受到的光信号和由光信号转变的电信号（如电压或电流）就会改变，当雨滴穿过采样空间后，接受传感器的电信号又恢复雨滴进入采样空间之前的状态。在雨滴穿越采样空间时，对接受传感器的电信号进行处理，就可以得到雨滴穿越采样空间的时间。

原理：利用光的反射，折射测量雨的大小，强度。

特点：光学雨量传感器具有免维护时间长、适应性好等特点，可以广泛应用于恶劣环境下的自动雨量监测。光学雨量传感器在暴雨、山洪、泥石流等灾害性

降水天气的自动监测、

预警中起着关键作用，

具有良好的推广价值和

应用前景。同时，光学

雨量传感技术的研究可

填补该领域的国内空白，

为气象仪器的国产化做出贡献。

5、新型雨量器：称重式雨量器

原理：利用下面带有的传感器测量雨的重量，得到雨的大小等。

弊端：冬季结冰，误差大。

组成：雨量计由承雨筒、智能传感器、数据采集器、GPRS无线信号接收器和双行液晶显示器以及与之相配套的系统软件组成

6、虹吸式雨量计

应用：用来连续记录液体降水量，降水的起

迄时间和降水强度，适用于气象台(站)、水文

站、农业、林业等有关单位。

利用虹吸原理排出浮子塞内降水,最大优点：

节约能源，降水有记录，不需要人守候，精

度高，但必须定时到现场去更换记录纸。

雨量器