民用航空气象地面观测规范第8章风.docx
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民用航空气象地面观测规范第8章风
第八章风
第一节风的观测
一、概述
空气的运动，可以分解为垂直的和水平的两个分量。
空气运动的垂直分量称为空气的垂直运动（如对流运动）；空气运动的水平分量则称为风。
风是由水平方向上大气压力分布不均而产生的。
风是一个向量，既有大小又有方向。
风的观测包括风向和风速的观测。
在民航地面气象观测中，统一规定测量距地面约10米高度上的风。
二、风的观测项目和定义
（一）风向：
风的来向。
单位为度。
（二）风速：
空气质点在单位时间内所移动的水平距离。
单位为米/秒。
（三）两分钟平均风速：
观测时距内两分钟的风速平均值。
（四）十分钟平均风速：
观测时距内十分钟的风速平均值。
（五）平均风向：
指在观测时距内风的平均矢向。
（六）静风：
两分钟或十分钟时距内风速平均小于0.5米/秒的风。
（七）阵风：
两分钟或十分钟时距内瞬间风速大于等于平均风速5米/秒时的最大值。
（八）大风：
瞬间风速大于等于17.0米/秒的风。
（九）最大风速：
某一时距内各个“平均风速”中的最大值（不含阵风的值）.
（十）极大风速：
某一时距内风速大于等于17.0米/秒时，出现的瞬间极大风速值（包括阵风的数值）。
（十一）三十六方位风向：
以十度为等级单位的风向。
（十二）十六方位风向：
以22.5º为等级单位的风向。
（十三）风向不定：
在观测时距内风向变化达大于等于180º，为风向不定；当风向变化大于等于６０º且小于180º，平均风速小于２米/秒，也为风向不定。
注：
1、瞬间风速：
指3秒钟的风速平均值。
2、风速单位换算关系
1米/秒=3.6千米/小时=3.3英尺/秒=1.9海里/小时
三、当机场仅有一条跑道时，在METAR和SPECI中应当使用代表跑道接地地带上空的风；当机场有二条或以上跑道时，在METAR和SPECI中应当使用代表主要跑道接地地带上空的风；。
四、在METREPORT和SPECIAL中根据本机场气象服务机构和空中交通管制部门等航空用户的协议提供跑道上的风。
沿跑道没有安装测量地面风仪器的机场，应当使用常规气象观测场中风的信息。
第二节风的记录
一、风向风速不得记不明。
为了保障飞行安全，气象服务机构一般情况下不得使用目力测量风速风向，除非在仪器故障、突发事件等时用目力判定风向风速，风速使用风力表中级数的中数进行记录，并在风速右下角加记“M”字样，同时在纪要栏内说明。
二、风向以10º为单位记录。
静风时，风向记C，风速记0，风向不定时记VRB。
三、在观测时距内当风向变化大于等于60º小于180º且风速大于等于2米/秒时，在平均风向之后按顺时针方向加记风向变化的两个极端方向。
记录格式为“平均风向／风向1V风向2”。
例1：
330／290V10
四、观测时距内出现阵风时，应当在观测簿相应栏内用铅笔由右向左划一斜线，左上方记平均风速，右下方记阵风风速。
记录格式为“平均风速／阵风”。
第三节风的报告
一、在METAR和SPECI、METREPORT和SPECIAL中应当报告距地面10m高度上的平均风向、平均风速以及风向和风速的重大变化。
风向的单位为度，分辨力为10°；风速单位为米每秒，分辨力为1m/s。
二、METREPORT和SPECIAL中的地面风，用于离场航空器时应当代表沿跑道风的情况，用于进场航空器时应代表接地地带上空风的情况。
三、METAR和SPECI中的地面风应当代表主要跑道接地地带的风的情况。
四、在METAR和SPECI中应当报告风的10min观测平均值，当10min时段内风向或风速有明显的不连续时，采用不连续后的数据求出的平均值。
注：
当风向突然而又持续地变化大于或等于30°，变化前（后）风速达到5m/s，或当风速变化大于或等于5m/s，并至少维持2min时，称为风的明显的不连续。
五、METREPORT和SPECIAL中的风应当为2min的观测平均值。
六、空中交通服务部门或机场其它用户的气象要素显示终端显示的地面风应当为2min的观测平均值。
七、在METAR和SPECI、METREPORT和SPECIAL中应当报告风向和风速的下列重大变化：
（一）如果风向变差大于或等于60°，在过去10min内平均风向变差应当如下报告：
1、当风向变化小于180°，且平均风速大于或等于2m/s时，应当报告平均风向，并按顺时针方向报告风向变化的两个极端方向；
2、当风向变化小于180°，且平均风速小于2m/s时，应当使用“VRB”（风向不定）来报告风向；
（二）当风向变化大于或等于180°，应当使用“VRB”报告，无须报告风向变化的两个极端方向；
（三）当风速大于或等于50m/s时，应当使用“P49MPS”表示；
当风速小于0.5m/s时，应当使用“CALM”（METREPORT和SPECIAL）或“00000”（METAR和SPECI）来表示静风；
（四）当过去10min时段内最大风速超过平均风速5m/s或以上时，应当报告距离平均风速的风速变差；
（五）当过去10min时段内风向或风速有明显的不连续时，应当只报告不连续以后所发生的平均风向和平均风速的变差。
八、沿跑道没有安装测量地面风仪器的机场，应当报告常规气象观测场中风的信息。
第四节测量风向的仪器
测定风向的器件，叫做风向器。
一、风向标
风向标是各种测风仪器中用于指示风向的最主要部件。
分头部、水平杆和尾翼三部分。
整个风向标可绕垂直轴旋转。
它的重心正好落在转动轴的轴心上。
当风的来向与风向标成某一交角时（见图8－1上），风对风向标产生压力。
这个压力可分解为平行和垂直于风向标的两个分力。
由于风向标头部受风面积较小，尾翼受风面积较大，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，直至风向标头部正对风的来向时（见图8－1下），由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位置。
图8－1风向标受力示意图图8－2菱形风向标
对于风向标的主要要求，一是灵敏（指风向标在风速较小或风向改变不大的情况下，也能很快地反映出来）；二是稳定（指风向标应尽量少做惯性摆动）。
目前常用的风向标有双叶型、菱型和流线型三种。
双叶型由于尾翼两翼有个20º左右的张角存在，所以灵敏性较好。
同时由于张角的存在，当风向标作惯性转动时，受到摆回平衡位置的力也要大些，所以稳定性也较好。
双叶型的最大缺点是尾翼气流的破坏较严重，会引起尾翼后的涡流。
较理想的风向标是菱型风向标（见图8－2）。
因为它的尾翼透空，气流从尾翼透空部分通过，形成一股强气流，这样尾翼不易摆动，并将尾部形成的涡流带走，使得气流稳定。
另外它的体积和重量都较小，所以它的灵敏性和稳定性都较好。
流线型风向标具有菱型风向标的优点，但在制造上较难且容易变形。
二、风向指示装置
风向标作为风向的感应器，指示风的来向；方向杆（或指北杆）作为方位坐标。
为了观测方便，将风向标指示的风向通过机械装置或电传装置传递到室内，实行遥控或自记。
第五节测量风速的仪器
测定风速的器件，叫做风速器。
它的型式很多，最常用的是杯形风速器。
一、杯形风速器的构造
杯形风速器主要由风杯、水平支架和垂直旋转轴三部分组成。
风杯一般为三个或四个，杯形呈半球体、圆锥体或半椭球体，杯口都顺向一面；整个架子连同风杯装在一个可以自由转动的轴上，当有风来时，风杯就顺着球形凸面方向自由旋转。
二、杯形风速器的测风原理
以三杯为例来讨论（见图8－3所示）。
当风从左方吹来，风杯
（1）的压力在垂直于风杯轴方向上的分力近似为零，风杯
（2）与（3）同风向成60º角相交；对风杯
（2）而言，其凹面迎风，承受风压最大；对风杯（3）而言，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，使风杯开始沿顺时针旋转；风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度就越大，风杯转动也越快。
当风杯开始转动后，风杯
（2）顺着风的方向转动，受风的压力相对减小，而风杯（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风压差为零时，风杯变作匀速转动。
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了。
图8－3风杯作用原理
三、风速指示装置
风杯转速通常是根据机械装置的指针读数或电传装置来测量的。
根据计算，风杯的转速和风速之间有如下关系：
V=2πRKN
其中，R=14.75厘米（风杯转动半径），K=2.56（实验常数），N为风杯转动频率（每秒钟风杯转动圈数）
因此，式中2πRK为常数。
所以风杯转一圈，风的行程V与N成正比。
应该指出，上述测风的原理是假定在平衡中求出风杯系数的简单（线性）关系。
但在大气中由于风速在不断地变动，风杯的适应要比风速的实际变化滞后一段时间，也就是处在不平衡中。
这种现象在风速由大变小时更加严重，如风速很快地由较大变为零时，风杯可因惯性作用而继续旋转，这样，风杯所记录的风速要比实际风速大。
同时，这种滞后消除了许多风速的起伏，因而用风杯作感应元件的风速器，测定平均风速比较好，测定瞬时风速则准确度较差。
轴部的磨擦对风杯的转动会有很大的影响。
这种影响虽在计算时已加考虑，但因使用过久或维护不良时，会使风杯在风速较小的情况下根本不能转动。
一般情况下，会使测得的风速偏小，因此应当尽量地减小这些磨擦，平时加强维护。
试验结果表明，风速在0-20米/秒时，利用风杯测定风速是令人满意的。
一般是三杯比四杯好，锥体比半球体好。
也就是说三杯锥体风速器与风速的关系更近似于直线关系，所以目前新型风杯感应器多采用三杯锥体形式。
如何才能测得有代表性的平均风速问题，目前还没有很好解决。
因为，无论取多长的时间间隔来进行风速平均，得到的风速变化曲线还是有明显的风速脉动现象。
这一方面是仪器本身存在较大的误差，另一方面，近地面风的变化是非常复杂的，客观条件对它产生了明显的影响。
因此，求代表性风速的时间间隔，各国不一致。
最长的达一小时，也有十分钟、两分钟的。
第六节自动观测系统中的风向风速传感器
一、风杯式传感器
风杯式传感器由风向传感器（见图8－4）和风速传感器（见图8－5）两部分组成。
其测量原理与本章第四、五节所述的仪器测量原理基本相同。
不同的是风向传感器采用格雷码盘来计算风向，通过数字电信号传输，而风向标是通过机械装置或电传装置传递。
风速传感器采用光电管产生方波脉冲，通过对方波脉冲进行计数来测量风速，而杯形风速器则使用机械装置或电传装置通过风杯的转动频率来计算风速。
图8－4风向传感器图8－5风速传感器
二、超声波式风向风速传感器
超声波式风向风速传感器（见图8－6）是运用超声原理探测水平风速风向。
测量原理是基于传感器探头之间超声传输的时间（见图8－7）。
超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间是与风速及超声通路有关（见图8－8）。
该传感器是同时在一个探头向两个方向超声通路的超声传输时间进行测量。
若零风速，则发送和返回的传输时间相等。
超声通路之间的风是顶风传输时间递增，而顺风传输时间则递减。
通过对这两种传输时间的测量，微控制单元计算通路之间的风速。
测量出的风速不受高度，温度和湿度的影响。
重复沿一条通路运动的方法可探测出三条通路中每一条的风速，三条通路之间120度的偏离角。
微控制单元计算风速风向，以及矩形分力，并报告给数据记录系统。
其基本参数见表8-1。
图8－6超声波式风向风速传感器
图8－7测量原理图
图8－8超声传输通路图
表8-1超声波式风向风速传感器基本参数表
特征
说明
测量范围
0...360deg（windspeedoperating
0...65m/s,survival0...129m/s）
启动风速
无
分辨率风速:
风向:
0.1m/s
1degree
精度风速:
风向:
±0.135m/sor±3%ofreading,whicheverisgreater;forreadingsupto50m/s
±5%ofreadingforreadingsof50m/sorgreater±2degrees
工作温度
标准型:
-40...+55C
加热型:
-50...+55C
电源工作:
加热:
10...15VDC/15mA（analog）
10...15VDC/15mA（EIA-232）
36VDC±10%/0.7A
第七节目测风向风速
用目力测风是气象观测员应当掌握的一种基本技能，在特殊情况下可用目力测定风向风速。
目测风向根据风对地面物（如吹烟、风袋、旗帜等）展开的方向以及人体的感觉等方法进行。
按十六方位估计。
目测风速，根据风对地面物体或海面物体的影响而引起的各种征象来判定,将风力大小分为12个等级。
因实际工作中已测量到超过12级的风，故现行风力等级表将风力等级扩充到18级（见表8－2）。
目力测定风时，观测者应站在空旷的地方，多选几个物体进行比较，尽量减少主观的估计误差。
表8-2风力等级表
风力
等级
名称
海面大概波高（m）
海面和渔船征象
陆上地物征象
相当于平地10m高处的风速
m/s
一般
最高
范围
中数
0
静风
—
—
海面平静
静、烟直上
0.0～0.2
0.0
1
软风
0.1
0.1
微波如鱼鳞状，没有浪花。
一般渔船正好能使舵
烟能表示风向，树叶略有摇动
0.3～1.5
1.0
2
轻风
0.2
0.3
小波、波长尚短，但波形显著，波峰光亮但不破裂。
渔船张帆时，可随风移行每时1-2海里
人面感觉有风，树叶有微响，旗子开始飘动。
高的草开始摇动
1.6～3.3
2.0
3
微风
0.6
1.0
小波加大，波峰开始破裂；浪沫光亮，有时有散见的白浪花。
渔船开始簸动，张帆随风移行每小时3-4海里*
树叶及小枝摇动不息，旗子展开。
高的草，摇动不息
3.4～5.4
4.0
4
和风
1.0
1.5
小浪，波长变长；白浪成群出现。
渔船满帆时，可使船身倾于一侧
能吹起地面灰尘和纸张，树枝动摇。
高的草，呈波浪起伏
5.5～7.9
7.0
5
清劲风
2.0
2.5
中浪，具有较显著的长波形状；许多白浪形成（偶有飞沫）。
渔船需缩帆一部分
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。
高的草，波浪起伏明显
8.0～10.7
9.0
6
强风
3.0
4.0
轻度大浪开始形成；到处都有更大的白沫峰（有时有些飞沫）。
渔船缩帆大部分，并注意风险
大树枝摇动，电线呼呼有声，撑伞困难。
高的草，不时倾伏于地
10.8～13.8
12.0
7
疾风
4.0
5.5
轻度大浪，碎浪而成白沫沿风向呈条状。
渔船不再出港，在海者下锚
全树摇动，大树枝弯下来，迎风步行感觉不便
13.9～17.1
16.0
8
大风
5.5
7.5
有中度的大浪，波长较长，波峰边缘开始破碎成飞沫片；白沫沿风向呈明显的条带。
所有近海渔船都要靠港，停留不出
可折毁小树枝，人迎风前行感觉阻力甚大
17.2～20.7
19.0
9
烈风
7.0
10.0
狂浪，沿风向白沫呈浓密的条带状，波峰开始翻滚，飞沫可影响能见度。
机帆船航行困难
草房遭受破坏，屋瓦被掀起，大树枝可折断
20.8～24.4
23.0
10
狂风
9.0
12.5
狂涛，波峰长而翻卷；白沫成片出现，沿风向呈白色浓密条带；整个海面呈白色；海面颠簸加大有震动感，能见度受影响，机帆船航行颇危险
树木可被吹倒，一般建筑物遭破坏
24.5～28.4
26.0
11
暴风
11.5
16.0
异常狂涛（中小船只可一时隐没在浪后）；海面完全被沿风向吹出的白沫片所掩盖；波浪到处破成泡沫；能见度受影响，机帆船遇之极危险
大树可被吹倒，一般建筑物遭严重破坏
28.5～32.6
31.0
12
飓风
14.0
—
空中充满了白色的浪花和飞沫；海面完全变白，能见度严重地受到影响
陆上少见，其摧毁力极大
32.7～36.9
35.0
13
37.0～41.4
39.0
14
41.5～46.1
44.0
15
46.2～50.9
49.0
16
51.0～56.0
54.0
17
56.1～61.2
59.0
18
≥61.3
—
第八节风对飞行的影响
风与飞行关系密切，飞机的起飞着陆应当考虑地面风的影响。
风对飞行的影响也比较复杂，包括不同时段的平均风速和瞬时风速，相对于飞行方向有顺风、逆风和侧风等不同情况和特征（见图8-9）。
一、逆风、顺风对飞机起飞着陆的影响
近地面的风，对飞机起降时的安全有直接影响。
飞机的起飞和着陆，应尽量在逆风条件下进行。
飞机顺风起飞、着陆要增长滑跑距离，减少上升率和下滑率，当风速超过规定值时，就有可能冲出跑道或撞击障碍物的危险，特别是单向起降的机场就特别注意；逆风起落能使离地速度和着陆速度减少，可以缩短滑跑距离，故一般情况下均采用逆风起降。
但如果逆风超过一定限度也可使飞机操纵困难，使着陆下滑角和下滑率加大，有可能使飞机在跑道头提前接地。
二、侧风对飞机起飞着陆的影响
在有侧风或者侧风分量很大时，飞机的起飞和着陆会变得很复杂。
当飞机在侧风中起降时，飞机除向前运动外，还顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道方向。
飞机接地后，在滑跑过程中，侧风对飞机垂直尾翼的侧压力，会使机头向侧风方向偏转，有可能造成飞机打地转等不良后果。
图8-9风对飞行的影响
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