最大瞬時風(fēng)速測量儀器

風(fēng)是空氣流動時產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象。空氣流動有上下流動和左右流動，上下流動為垂直運動，也叫對流；左右流動為水平運動，也就是風(fēng)。風(fēng)是一個矢量，用風(fēng)向和風(fēng)速表示。當(dāng)前，風(fēng)速測量的儀器主要有下列幾種：

最大瞬時風(fēng)速風(fēng)杯風(fēng)速計

風(fēng)杯風(fēng)速計是最常見的一種風(fēng)速計。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計最早由英國魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時是四杯，后來改用三杯。它由3個互成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方向。整個感應(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、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。

最大瞬時風(fēng)速葉輪風(fēng)速儀

風(fēng)速計的葉輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成電信號，先經(jīng)過一個臨近感應(yīng)開頭，對葉輪的轉(zhuǎn)動進行“計數(shù)”并產(chǎn)生一個脈沖系列，再經(jīng)檢測儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。

最大瞬時風(fēng)速熱線風(fēng)速計

一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，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。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2mm；最小的探頭直徑僅1μm，長為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。為了增加強度，有時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行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動流場中進行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗熱線風(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差法來實現(xiàn)風(fēng)速的測量。通過正、逆壓電效應(yīng)實現(xiàn)高頻聲能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。由于它很好地克服了機械式風(fēng)速風(fēng)向儀固有的缺陷，因而能全天候地、長久地正常工作，越來越廣泛地得到使用．它將是機械式風(fēng)速儀的強有力替代品。

超聲波風(fēng)速計的應(yīng)用便利、精確，在很多領(lǐng)域都能靈活運用，廣泛應(yīng)用于城市環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)力發(fā)電、氣象監(jiān)測、橋梁隧道、航海船舶、航空機場、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H.皮托發(fā)明而得名。嚴(yán)格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時測量總壓、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。測速時頭部對準(zhǔn)來流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來流總壓p0，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓力計。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓p，經(jīng)外套管也傳至壓力計。對于不可壓縮流動，根據(jù)伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數(shù)，進而再求速度?？倝嚎子幸欢娣e，它所感受的是駐點附近的平均壓強，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會有誤差，故測算流速時應(yīng)加一個修正系數(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)簡單，使用方便，用途很廣。如飛機頭部或機翼前緣常裝設(shè)皮托管，測量相對空氣的飛行速度，又稱空速管。

最大瞬時風(fēng)速，某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風(fēng)速值。 在實際應(yīng)用過程中通常是指某一時間內(nèi)的平均風(fēng)速，這個時間段的長短通常與測量儀器的反應(yīng)相關(guān)。如龔德俊（1979）等人研制的一種以數(shù)碼形式輸出的測風(fēng)裝置在測量最大瞬時風(fēng)速時每次測量反應(yīng)最短時間需要10s，因此作者將測量結(jié)果中測量時間為10秒的風(fēng)速極大值。 隨著測量儀器的改進，在實際應(yīng)用中最大瞬時風(fēng)速值通常是指3秒鐘（3秒陣風(fēng)）的滑動平均風(fēng)速。

客運專線高速列車安全運行的風(fēng)險值研究至關(guān)重要。通過對最大瞬時風(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)險值及線路與風(fēng)向夾角，對客運專線高速列車安全運行構(gòu)成一定影響，為客運專線大風(fēng)天氣下列車安全運行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)論：以最大瞬時風(fēng)速2年一遇設(shè)計值確定高速列車安全運行風(fēng)險度或車速限值：當(dāng)K2-max〉30．0m/s時列車停運、30．0m/s≤K2-max≤20m/s時列車限速、K2-max≤15．0m/s時列車正常運行。最大瞬時風(fēng)速2年一遇設(shè)計風(fēng)速為客運專線高速列車安全運行提供了一個具有安全性，又有風(fēng)險度等級的直觀評判指標(biāo)。 2100433B

最大風(fēng)速（maximum wind speed）是指給定時段內(nèi)的10分鐘平均風(fēng)速的最大值。極大風(fēng)速是指給定時段內(nèi)的瞬時風(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（一般是指1s）風(fēng)速的最大值。 說的簡單點就是最大風(fēng)速是個平均值，極大風(fēng)速是個瞬時值。在指定的同一時段內(nèi)，極大風(fēng)速永遠大于等于最大風(fēng)速，絕大部分情況下極大風(fēng)速大于最大風(fēng)速。

每日的10分鐘平均最大風(fēng)速和瞬間極大風(fēng)速是地面氣象觀測的項目。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、或達因測風(fēng)儀、或其它新型的測風(fēng)設(shè)備。

從地面氣象觀測的規(guī)定可知，平均風(fēng)速實際上是一段時間內(nèi)瞬間風(fēng)速的平均，一段時間內(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 , 建立回歸方程和評估方程。多站用的評估方程( 如全省通用) , 用多站的資料進行回歸分析; 單站用的評估方程, 則可用單站或同類儀器站的資料分析會更為準(zhǔn)確。

( 2) 使用評估方程進行資料準(zhǔn)確性的審核。把實際觀測到的日10分鐘最大風(fēng)速值代入評估方程, 以計算出的 Y 值估計量與日極大風(fēng)速實測記錄比較, 若超出 95% 預(yù)報置信估計區(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, 對這兩記錄作進一步的檢查, 人工判別其是否準(zhǔn)確。

( 3) 把通用的評估方程寫入地面氣象報表審核程序中, 以日極大風(fēng)速值在95% 預(yù)報置信估計區(qū)間以外作為記錄疑誤提示的一個指標(biāo), 實現(xiàn)對日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。

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

(1) 當(dāng)日10分鐘最大風(fēng)速記錄正常、日極大風(fēng)速缺測, 而在業(yè)務(wù)、服務(wù)、氣候評價等工作中又需要估計極大風(fēng)速數(shù)值時( 如臺風(fēng)過程出現(xiàn)日極大風(fēng)速值缺測) , 可以通過評估方程求出日極大風(fēng)速值的估計值。

(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, 也可以通過評估方程得出10分鐘最大風(fēng)速估計值( 最好重新建立評估方程，把10分鐘最大風(fēng)速為 Y, 極大風(fēng)速為 X , 取 8 個站的資料進行回歸分析，得到回歸評估方程為：最大風(fēng)速 Y = 086 0502±1.50) 。

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。我國海南島瓊海縣，1973年4月，一次臺風(fēng)過境時，估計風(fēng)速有81米/秒。日本的室戶岬，1961年4月的一次臺風(fēng)過境時，風(fēng)速曾達到84.5米/秒。1934年，美國華盛頓測到了103.2米/秒的風(fēng)速，這才算是世界上最大的風(fēng)速。