最大風(fēng)速與極大風(fēng)速

每日的10分鐘平均最大風(fēng)速和瞬間極大風(fēng)速是地面氣象觀測(cè)的項(xiàng)目。其中，每日的10分鐘平均最大風(fēng)速(也稱日10分鐘最大風(fēng)速)資料多取自EL型電接風(fēng)向風(fēng)速儀或EN型風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀；每日的瞬間極大風(fēng)速(也稱日極大風(fēng)速)資料多取自EN型風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀、或達(dá)因測(cè)風(fēng)儀、或其它新型的測(cè)風(fēng)設(shè)備。

從地面氣象觀測(cè)的規(guī)定可知，平均風(fēng)速實(shí)際上是一段時(shí)間內(nèi)瞬間風(fēng)速的平均，一段時(shí)間內(nèi)的瞬間風(fēng)速越大則平均風(fēng)速也愈大。因此，平均最大風(fēng)速與瞬間極大風(fēng)速有一定的關(guān)系或有因果的關(guān)系。

評(píng)估10分鐘平均最大風(fēng)速和極大風(fēng)速記錄正確性的客觀方法：

( 1) 以日極大風(fēng)速資料為 Y、日10 分鐘最大風(fēng)速為 X , 建立回歸方程和評(píng)估方程。多站用的評(píng)估方程( 如全省通用) , 用多站的資料進(jìn)行回歸分析; 單站用的評(píng)估方程, 則可用單站或同類儀器站的資料分析會(huì)更為準(zhǔn)確。

( 2) 使用評(píng)估方程進(jìn)行資料準(zhǔn)確性的審核。把實(shí)際觀測(cè)到的日10分鐘最大風(fēng)速值代入評(píng)估方程, 以計(jì)算出的 Y 值估計(jì)量與日極大風(fēng)速實(shí)測(cè)記錄比較, 若超出 95% 預(yù)報(bào)置信估計(jì)區(qū)間的, 應(yīng)把日 10 分鐘最大風(fēng)速和日極大風(fēng)速記錄作為可疑記錄處理, 對(duì)這兩記錄作進(jìn)一步的檢查, 人工判別其是否準(zhǔn)確。

( 3) 把通用的評(píng)估方程寫入地面氣象報(bào)表審核程序中, 以日極大風(fēng)速值在95% 預(yù)報(bào)置信估計(jì)區(qū)間以外作為記錄疑誤提示的一個(gè)指標(biāo), 實(shí)現(xiàn)對(duì)日10分鐘最大風(fēng)速與極大風(fēng)速記錄準(zhǔn)確性的客觀判別。

對(duì)極大風(fēng)速或10分鐘最大風(fēng)速的數(shù)據(jù)估計(jì)：

(1) 當(dāng)日10分鐘最大風(fēng)速記錄正常、日極大風(fēng)速缺測(cè), 而在業(yè)務(wù)、服務(wù)、氣候評(píng)價(jià)等工作中又需要估計(jì)極大風(fēng)速數(shù)值時(shí)( 如臺(tái)風(fēng)過(guò)程出現(xiàn)日極大風(fēng)速值缺測(cè)) , 可以通過(guò)評(píng)估方程求出日極大風(fēng)速值的估計(jì)值。

(2) 當(dāng)日極大風(fēng)速值記錄正常、日10分鐘最大風(fēng)速缺測(cè), 也可以通過(guò)評(píng)估方程得出10分鐘最大風(fēng)速估計(jì)值( 最好重新建立評(píng)估方程，把10分鐘最大風(fēng)速為 Y, 極大風(fēng)速為 X , 取 8 個(gè)站的資料進(jìn)行回歸分析，得到回歸評(píng)估方程為：最大風(fēng)速 Y = 086 0502±1.50) 。

龍卷風(fēng)的最大風(fēng)速半徑

對(duì)于龍卷風(fēng)最大風(fēng)速半徑的了解非常重要，因?yàn)槊芊饨ㄖ飪?nèi)的氣壓變化可能導(dǎo)致建筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷。大部分建筑物每28立方米體積就會(huì)有一平方英尺的開(kāi)口以便平衡結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部之間的空氣壓力。氣壓變化幅度大約相當(dāng)于最大風(fēng)速半徑數(shù)值的一半，龍卷風(fēng)的最大風(fēng)速半徑通常都是其中心或風(fēng)眼向外約46米到150米之間。通過(guò)雷達(dá)測(cè)風(fēng)儀實(shí)際測(cè)得的龍卷風(fēng)中最寬的一個(gè)是1999年在俄克拉荷馬州北部洛根縣和佩恩縣交界處小鎮(zhèn)馬爾霍爾（Mulhall）出現(xiàn)的，該州1999年出現(xiàn)了龍卷風(fēng)的大爆發(fā)，其最大風(fēng)速半徑超過(guò)800米。

熱帶氣旋的最大風(fēng)速半徑

熱帶氣旋的最大持續(xù)風(fēng)速最大，最大風(fēng)速半徑也就越小。經(jīng)過(guò)觀察還確認(rèn)，強(qiáng)烈熱帶氣旋產(chǎn)生降雨量最多的通常都在最大風(fēng)速半徑以內(nèi)。

最大風(fēng)速半徑有助于確認(rèn)熱帶氣旋會(huì)直接襲擊的地點(diǎn)。如果一個(gè)熱帶氣旋接近陸地到最大風(fēng)速半徑范圍內(nèi)，那么就可以認(rèn)為這個(gè)熱帶氣旋對(duì)該地進(jìn)行了直接襲擊。最大風(fēng)速半徑還有在熱帶氣旋最大潛在強(qiáng)度的計(jì)算公式中使用，這個(gè)公式就是依靠熱帶氣旋最大風(fēng)速半徑附近的風(fēng)速來(lái)確認(rèn)其最終潛力。

熱帶氣旋產(chǎn)生最強(qiáng)烈風(fēng)暴潮的范圍通常會(huì)與最大風(fēng)速半徑重合。因?yàn)闊釒庑齼?nèi)最強(qiáng)烈的風(fēng)都處在最大風(fēng)速半徑內(nèi)，這一區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的海浪也最為強(qiáng)烈，并且海浪還會(huì)以最終以風(fēng)暴中心為圓心向外漂移。熱帶氣旋會(huì)把三倍于最大風(fēng)力半徑范圍內(nèi)的海水混合，并且由于上升流的作用而降低海洋表面的海水溫度。

測(cè)量

最大風(fēng)速半徑傳統(tǒng)上是由偵察機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。并且也可以通過(guò)在天氣圖上測(cè)量氣旋中心與系統(tǒng)最大壓力梯度之間的距離來(lái)確定。使用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)量紅外衛(wèi)星圖像上頂端云層溫度最低的位置到風(fēng)眼中溫度最高部分之間的距離，也可以測(cè)定最大風(fēng)速半徑。這種方法可行的原理在于，熱帶氣旋中最強(qiáng)烈的氣往往位于其最深層對(duì)流中，在紅外衛(wèi)星圖像上，最深層對(duì)流也就是溫度最低的頂端云層。此外，多普勒氣象雷達(dá)的速度數(shù)據(jù)也可以用來(lái)測(cè)算龍卷風(fēng)和靠近海岸熱帶氣旋的這一參數(shù)。

最大風(fēng)速（maximum wind speed）是指給定時(shí)段內(nèi)的10分鐘平均風(fēng)速的最大值。極大風(fēng)速是指給定時(shí)段內(nèi)的瞬時(shí)風(fēng)速的最大值。比如挑取一天最大風(fēng)速就是在這一天內(nèi)任意的10分鐘平均值的最大者為日最大風(fēng)速；一天的極大風(fēng)速就在這一天內(nèi)瞬時(shí)（一般是指1s）風(fēng)速的最大值。 說(shuō)的簡(jiǎn)單點(diǎn)就是最大風(fēng)速是個(gè)平均值，極大風(fēng)速是個(gè)瞬時(shí)值。在指定的同一時(shí)段內(nèi)，極大風(fēng)速永遠(yuǎn)大于等于最大風(fēng)速，絕大部分情況下極大風(fēng)速大于最大風(fēng)速。

臺(tái)風(fēng)海面最大風(fēng)速是表征臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的重要要素之一，它對(duì)海上石油平臺(tái)、碼頭等最大設(shè)計(jì)風(fēng)速、最大波高的計(jì)算均具有十分重要的意義。由于目前利用氣象衛(wèi)星、雷達(dá)跟蹤和飛機(jī)偵察等現(xiàn)代化的儀器裝備，仍然很難準(zhǔn)確地獲得臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速，利用實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速與臺(tái)風(fēng)中心最低氣壓所建立的統(tǒng)計(jì)方程則常常性能不穩(wěn)定。

臺(tái)風(fēng)在海上生成以后，熱帶預(yù)報(bào)員面臨著如何預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)的路徑和強(qiáng)度變化的兩個(gè)問(wèn)題。 異常路徑和強(qiáng)度變化的研究,，可以為這兩類預(yù)報(bào)問(wèn)題提供理論支撐。長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于強(qiáng)度變化的可能原因是從三個(gè)方面去探索的, 即非絕熱加熱的影響, 包括洋面加熱和臺(tái)風(fēng)環(huán)流區(qū)域內(nèi)的潛熱釋放、高空槽的作用和島嶼的地形強(qiáng)迫。最近，有學(xué)者從天氣學(xué)的角度提出了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的一種新的可能機(jī)制。即相鄰中尺度渦旋與臺(tái)風(fēng)渦旋的相互作用可以使臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)。

在無(wú)強(qiáng)迫無(wú)耗散的框架內(nèi), 一個(gè)中尺度渦旋與臺(tái)風(fēng)渦旋的相互作用在一定時(shí)段內(nèi)可激發(fā)出臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)。 在一定的合理的參數(shù)范圍, 臺(tái)風(fēng)環(huán)流區(qū)域內(nèi)的中尺度渦旋與臺(tái)風(fēng)渦旋的相互作用, 可以在臺(tái)風(fēng)環(huán)流的局域, 形成一個(gè)強(qiáng)切向風(fēng)速中心, 與無(wú)相互作用的情況相比, 其切向風(fēng)速的最大值增加了4m/s。目前臺(tái)風(fēng)界分析中尺度渦旋和臺(tái)風(fēng)渦旋相互作用的若干研究仍部分采用正壓模式。

熱帶氣旋等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19201-2006)已于2006年5月9日經(jīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布，定于2006年6月15日起正式實(shí)施。增加了“強(qiáng)臺(tái)風(fēng)”和“超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)”兩個(gè)等級(jí)。

熱帶低壓(TD)：最大風(fēng)速為10.8～17.1米/秒，底層中心附近最大風(fēng)力6-7級(jí)；

熱帶風(fēng)暴(TS)：最大風(fēng)速為17.2～24.4米/秒，風(fēng)力8-9級(jí)；

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)：最大風(fēng)速為24.5～32.6米/秒，風(fēng)力10-11級(jí)；

臺(tái)風(fēng)(TY)：最大風(fēng)速為32.7～41.4米/秒，風(fēng)力12-13級(jí)；

強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)：最大風(fēng)速為41.5～50.9米/秒，風(fēng)力14-15級(jí)；

超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(Super TY)：最大風(fēng)速為51.0以上米/秒，風(fēng)力16級(jí)或以上。

世界上風(fēng)力資源最多的是世界第七大陸——南極洲。在那里，一般的風(fēng)速是17-18米/秒，最大風(fēng)速可達(dá)75米/秒以上。但是，南極洲的最大風(fēng)速并不是世界的最大風(fēng)速。我國(guó)海南島瓊?？h，1973年4月，一次臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)，估計(jì)風(fēng)速有81米/秒。日本的室戶岬，1961年4月的一次臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)，風(fēng)速曾達(dá)到84.5米/秒。1934年，美國(guó)華盛頓測(cè)到了103.2米/秒的風(fēng)速，這才算是世界上最大的風(fēng)速。

據(jù)中國(guó)天氣網(wǎng)消息，2014年19日7時(shí)10分，臺(tái)風(fēng)“威馬遜”在廣西防城港市光坡鎮(zhèn)沿海登陸，雖然已經(jīng)是24小時(shí)之內(nèi)的第三次登陸，但三顧華南的“威馬遜”勢(shì)力依然強(qiáng)盛，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有15級(jí)（48米/秒），防城港城區(qū)多地監(jiān)測(cè)到12級(jí)（118km/h）以上的強(qiáng)風(fēng)，局地還曾出現(xiàn)接近17級(jí)(202km/h)的強(qiáng)風(fēng)。那么這種風(fēng)速相當(dāng)于怎樣的概念？

眾所周知，我國(guó)高速公路的限速為時(shí)速120公里，按此標(biāo)準(zhǔn)，臺(tái)風(fēng)登陸后三小時(shí)內(nèi)防城港城區(qū)多個(gè)監(jiān)測(cè)站的瞬時(shí)風(fēng)速都超過(guò)了120km/h，尤其臺(tái)風(fēng)剛剛登陸時(shí)城區(qū)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)力還曾達(dá)到201km/h，超過(guò)國(guó)內(nèi)高速限速上限60%以上，按照我國(guó)交通法第九十九條的規(guī)定，高速公路上超速50%以上的構(gòu)成危險(xiǎn)駕駛，將被處以吊銷駕照的懲罰，這種程度的強(qiáng)風(fēng)甚至比一個(gè)專業(yè)男子網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)勢(shì)發(fā)球具有更強(qiáng)的沖擊力，幾乎接近女子網(wǎng)球員大威廉姆斯的極限發(fā)球速度。 2100433B

客運(yùn)專線高速列車安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)值研究至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)最大瞬時(shí)風(fēng)速和大風(fēng)盛行風(fēng)向的研究分析，得出高速列車傾覆的風(fēng)險(xiǎn)值及線路與風(fēng)向夾角，對(duì)客運(yùn)專線高速列車安全運(yùn)行構(gòu)成一定影響，為客運(yùn)專線大風(fēng)天氣下列車安全運(yùn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)論：以最大瞬時(shí)風(fēng)速2年一遇設(shè)計(jì)值確定高速列車安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)度或車速限值：當(dāng)K2-max〉30．0m/s時(shí)列車停運(yùn)、30．0m/s≤K2-max≤20m/s時(shí)列車限速、K2-max≤15．0m/s時(shí)列車正常運(yùn)行。最大瞬時(shí)風(fēng)速2年一遇設(shè)計(jì)風(fēng)速為客運(yùn)專線高速列車安全運(yùn)行提供了一個(gè)具有安全性，又有風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)的直觀評(píng)判指標(biāo)。 2100433B

最大瞬時(shí)風(fēng)速，某個(gè)時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時(shí)風(fēng)速值。 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中通常是指某一時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)速，這個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)短通常與測(cè)量?jī)x器的反應(yīng)相關(guān)。如龔德?。?979）等人研制的一種以數(shù)碼形式輸出的測(cè)風(fēng)裝置在測(cè)量最大瞬時(shí)風(fēng)速時(shí)每次測(cè)量反應(yīng)最短時(shí)間需要10s，因此作者將測(cè)量結(jié)果中測(cè)量時(shí)間為10秒的風(fēng)速極大值。 隨著測(cè)量?jī)x器的改進(jìn)，在實(shí)際應(yīng)用中最大瞬時(shí)風(fēng)速值通常是指3秒鐘（3秒陣風(fēng)）的滑動(dòng)平均風(fēng)速。

風(fēng)是空氣流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象?？諝饬鲃?dòng)有上下流動(dòng)和左右流動(dòng)，上下流動(dòng)為垂直運(yùn)動(dòng)，也叫對(duì)流；左右流動(dòng)為水平運(yùn)動(dòng)，也就是風(fēng)。風(fēng)是一個(gè)矢量，用風(fēng)向和風(fēng)速表示。當(dāng)前，風(fēng)速測(cè)量的儀器主要有下列幾種：

最大瞬時(shí)風(fēng)速風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)

風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)是最常見(jiàn)的一種風(fēng)速計(jì)。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)最早由英國(guó)魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時(shí)是四杯，后來(lái)改用三杯。它由3個(gè)互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個(gè)方向。整個(gè)感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)數(shù)器等記錄。

最大瞬時(shí)風(fēng)速葉輪風(fēng)速儀

風(fēng)速計(jì)的葉輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，先經(jīng)過(guò)一個(gè)臨近感應(yīng)開(kāi)頭，對(duì)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行“計(jì)數(shù)”并產(chǎn)生一個(gè)脈沖系列，再經(jīng)檢測(cè)儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。

最大瞬時(shí)風(fēng)速熱線風(fēng)速計(jì)

一根被電流加熱的金屬絲，流動(dòng)的空氣使它散熱，利用散熱速率和風(fēng)速的平方根成線性關(guān)系，再通過(guò)電子線路線性化（以便于刻度和讀數(shù)），即可制成熱線風(fēng)速計(jì)。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長(zhǎng)為2mm；最小的探頭直徑僅1μm，長(zhǎng)為0.2mm。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強(qiáng)度，有時(shí)用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭。熱線探頭在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測(cè)量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動(dòng)流場(chǎng)中進(jìn)行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)熱線風(fēng)速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補(bǔ)償線路加以改善。

4、超聲波風(fēng)速儀

超聲風(fēng)速風(fēng)向儀的工作原理是利用超聲波時(shí)差法來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。通過(guò)正、逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高頻聲能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。由于它很好地克服了機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀固有的缺陷，因而能全天候地、長(zhǎng)久地正常工作，越來(lái)越廣泛地得到使用．它將是機(jī)械式風(fēng)速儀的強(qiáng)有力替代品。

超聲波風(fēng)速計(jì)的應(yīng)用便利、精確，在很多領(lǐng)域都能靈活運(yùn)用，廣泛應(yīng)用于城市環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)力發(fā)電、氣象監(jiān)測(cè)、橋梁隧道、航海船舶、航空機(jī)場(chǎng)、各類風(fēng)扇制造業(yè)、需要抽風(fēng)排氣系統(tǒng)的行業(yè)等。

5、皮托管風(fēng)速儀

皮托管是測(cè)量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。由法國(guó)H.皮托發(fā)明而得名。嚴(yán)格地說(shuō)，皮托管僅測(cè)量氣流總壓，又名總壓管；同時(shí)測(cè)量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管，但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。皮托管的構(gòu)造，頭部為半球形，后為一雙層套管。測(cè)速時(shí)頭部對(duì)準(zhǔn)來(lái)流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來(lái)流總壓p0，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓力計(jì)。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開(kāi)有一排孔（靜壓孔），感受來(lái)流靜壓p，經(jīng)外套管也傳至壓力計(jì)。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數(shù)，進(jìn)而再求速度。總壓孔有一定面積，它所感受的是駐點(diǎn)附近的平均壓強(qiáng)，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會(huì)有誤差，故測(cè)算流速時(shí)應(yīng)加一個(gè)修正系數(shù)ζ。ζ值一般在0.98～1.05范圍內(nèi)，在已知速度之氣流中校正或經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)皮托管校正而確定。皮托管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，用途很廣。如飛機(jī)頭部或機(jī)翼前緣常裝設(shè)皮托管，測(cè)量相對(duì)空氣的飛行速度，又稱空速管。