近地面層以上大氣層中的風。
基本介紹
- 中文名：高空風
- 外文名：upper wind
- 相關術語：高空風觀測
- 學科分支：天氣學
描述,探測,誤差來源,
描述
高空風是指地面上空各高度的空氣水平運動。空氣水平運動的大小即風速，通常用“m/s”表示；空氣水平運動的來向稱為風向，以正北為0°，順時針方向增大的角度，用“°”表示。
高空風最終與等壓線平行圖1 高空風最終與等壓線平行
探測
測量近地層以上大氣的物理、化學特性的方法和技術，稱為高空氣象探測。高空氣象探測以測定大氣各高度上的溫度、濕度、氣壓、風向、風速為主，其他還有一些特殊項目，如大氣成分、臭氧、輻射、大氣電等。高空風探測是高空氣象探測的主要內容之一。
高空風也可採用像地面風一樣的方法通過將測風儀器安裝在空基平台上進行探測。但通常是利用示蹤物隨空氣運動的軌跡來進行探測，或者利用都卜勒效應進行遙感探測。氣球探風是把氣球看作是氣流移動的質點，用儀器測量氣球相對於觀測點的空間坐標位置，確定氣球的空間位置與運動的軌跡；根據氣球在某段時間內位置的變化，計算出它的水平位移，從而計算出相應大氣層中的平均風向和風速。
測量近地面直至30千米高空的風向風速。通常將飛升氣球作為隨氣流移動的質點，用地面設備（經緯儀或雷達）跟蹤氣球的飛升軌跡，讀取其時間間隔的仰角、方位角、斜距，確定其空間位置的坐標值，可求出氣球所經過高度上的平均風向風速。根據地面測風設備不同，分為如下幾種：
（1）經緯儀測風
有單經緯儀測風和雙經緯儀測風兩種。單經緯儀只能測出氣球的仰角和方位角，氣球高度由升速和施放時間推算。氣球升速是根據當時空氣密度、球皮等附加物重量計算出氣球淨帶力，按照淨舉力灌充氫氣來確定。但由於大氣湍流和空氣密度隨高度變化，以及氫氣泄漏等因素的影響，氣球升速不均勻導致高度誤差大，測風精度低。在配合探空儀觀測時，氣象站用探空儀測得的溫度，氣壓、濕度資料計算出氣球高度。雙經緯儀測風是在已知基線長度的兩端，架設兩架經緯儀同步觀測，分別讀出氣球的仰角、方位角，利用三角法或矢量法計算氣球高度和風向風速。經緯儀測風只適用於能見度好的少雲天氣，夜間必需配掛可見光源，陰雨天氣只能在可見氣球高度內測風。
（2）無線電經緯儀測風
無線電經緯儀測風系統無線電經緯儀測風系統利用無線電定向原理，跟蹤氣球攜帶的探空儀發射機信號，測得角坐標數據，氣球高度則由探空資料計算得出。因此無線電經緯儀適用於全天候，但當氣球低於其最低工作仰角時，測風精度將迅速降低。
圖2 無線電經緯儀測風系統
（3）雷達測風
是利用雷達測定飛升的氣球位置。它不僅測定氣球的角坐標，而且能測定氣球與雷達的距離，即斜距。由仰角、方位角、斜距計算高空風。雷達測風法又可分為一次雷達測風法和二次雷達測風法。前者是利用氣球上懸掛的金屬反射體反射雷達發射的脈衝信號，測定氣球角坐標和斜距；後者利用氣球懸掛的發射回答器，當發射回答器受雷達發射的脈衝激勵後產生回答信號，由回答信號測定氣球角坐標和斜距。顯然，在相同的發射功率下，二次雷達比一次雷達探測距離更遠，可測更高的高空風。但隨著技術的發展，發射功率已不是大的技術障礙時，著眼於提高測風精度和經濟效應等方面，一次雷達測風也有其獨特優勢。
圖3 無線電低空測風雷達
（4）導航測風
利用導航系統來測定風。氣球攜帶微型導航接收機，檢出導航信號，並調製探空發射機將信號轉發到地面而被接收，根據這些信號，可確定氣球的軌跡,並計算出各相應高度上的風速和風向。如圖所示,任意甲、乙兩個導航台的導航信號在空間某點被接收時存在時間差，對應不同的等時間差，構成空間一組雙曲線族（實線）；同理甲、丙兩個導航台的導航信號，在空間任意點接收到的等時間差，也在空間形成另一組雙曲線族（虛線）。氣球在空間某點測得甲、乙兩台的時間差，可以確定它位於一根相對應的雙曲線l1上。同時測得甲、丙兩台的時間差後，也可以找到位於另一根相對應的雙曲線l2。l1和l2兩根雙曲線的交點P，便是氣球的地理位置。根據各時段氣球理地位置的水平位移即可計算出高空的風速和風向。至於氣球的高度則由氣球上的無線電探空儀測定。船舶和飛機等活動觀測平台通常使用導航測風。
（5）衛星測風
從20世紀60年代開始,氣象衛星探測的高空風場(見衛星測風)，為觀測站稀少地區提供了資料。
誤差來源
高空風探測誤差來源於兩部分：一是對氣球運動的不完全跟蹤引起的誤差；二是氣球的運動與實際大氣運動之間的差異造成的誤差。氣球相對於大氣的運動由氣流尾流導致產生渦流，這種誤差在日常業務觀測中並不重要。不完全跟蹤引起的誤差是高空風探測誤差的主要來源。由於定位跟蹤設備的不同，所引起的探測誤差也是不同的。
