1、第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:基金项目:中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室指令性项目(C AMP )资助作者简介:薛筝筝(),女,硕士,工程师主要从事大气探测研究工作E Z C超声波测风仪和E L C风速风向传感器平行观测对比分析薛筝筝,肖建辉,刘青松,张磊,石菊红,(中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室,银川 ;宁夏气象防灾减灾重点
2、实验室,银川 ;宁夏大气探测技术保障中心,银川 )摘要:文章利用 年E Z C超声波测风仪和E L C风速风向传感器平行观测资料,采用相关性、均方根偏差、一致性等统计方法,对比分析了超声波测风仪的测风性能.结果表明:)E Z C超声波测风仪与E L C风速风向传感器有较好的相关性.)风速和风向偏差分布存在明显的季节变化,其中夏季分布最集中;随着风速的增大,风向偏差分布愈趋集中.)风速和风向一致率均是夏季最高,N和S方位上风向一致率最高;小风速下风速一致率较高,随着风速的增加一致率逐渐降低.关键词:超声波测风仪;传感器;相关性;偏差;一致率中图分类号:P 文献标志码:A文章编号:X()C o m
3、 p a r a t i v ea n a l y s i so np a r a l l e l o b s e r v a t i o nb yE Z Cu l t r a s o n i cw i n dm e t e ra n dE L Cw i n ds p e e da n dd i r e c t i o ns e n s o rX u eZ h e n g z h e n g,X i a oJ i a n h u i,L i uQ i n g s o n g,Z h a n gL e i,S h i J u h o n g,(K e yL a b o r a t o r yf
4、o rC h a r a c t e r i s t i cA g r i c u l t u r a lM e t e o r o l o g i c a lD i s a s t e rM o n i t o r i n g,E a r l yW a r n i n ga n dR i s kM a n a g e m e n t i nA r i dR e g i o n s,C h i n aM e t e o r o l o g i c a lA d m i n i s t r a t i o n,Y i n c h u a n ;N i n g x i aK e yL a b o
5、r a t o r yf o rM e t e o r o l o g i c a lD i s a s t e rP r e v e n t i o na n dR e d u c t i o n,Y i n c h u a n ;N i n g x i aA t m o s p h e r i cD e t e c t i o nT e c h n o l o g yS u p p o r t i n gC e n t e r,Y i n c h u a n )A b s t r a c t:B yu t i l i z i n g t h ep a r a l l e l o b s e
6、 r v a t i o nd a t a f r o mE Z Cu l t r a s o n i cw i n dm e t e r a n dE L Cw i n ds p e e da n dd i r e c t i o ns e n s o r f r o m t o a n da d o p t i n gt h es t a t i s t i c a lm e t h o d ss u c ha sc o r r e l a t i o n,r o o t m e a n s q u a r ed e v i a t i o n a n d c o n s i s t e
7、n c y,t h i s p a p e r c o m p a r e s a n d a n a l y z e s t h ew i n dm e a s u r e m e n t p e r f o r m a n c e o f u l t r a s o n i cw i n dm e t e r T h e r e s u l t s s h o wt h a t:)g o o dc o r r e l a t i o ne x i s t sb e t w e e nu l t r a s o n i cw i n dm e t e ra n dE L Cw i n ds
8、p e e da n dd i r e c t i o ns e n s o r;)t h eo b v i o u ss e a s o n a lc h a n g e se x i s ti nt h ed i s t r i b u t i o no fw i n ds p e e da n dd i r e c t i o nd e v i a t i o n s,a n dt h ed i s t r i b u t i o ni ns u m m e ri sm o s tc o n c e n t r a t e d;a l o n gw i t ht h ei n c r e
9、 a s eo fw i n ds p e e d,t h ed i s t r i b u t i o no fw i n dd i r e c t i o nd e v i a t i o n s t e n d s t ob e c o n c e n t r a t e d;)b o t h t h e c o n s i s t e n c y r a t eo fw i n d s p e e da n dt h a t o fw i n dd i r e c t i o nc a n r e a c h t h e i rm a x i m u mi ns u m m e r a
10、 n d t h em a x i m u mc o n s i s t e n c yr a t eo fw i n dd i r e c t i o nc a nb e o b t a i n e d i nNa n dSo r i e n t a t i o n s;r e l a t i v e l yh i g h e r c o n s i s t e n c y r a t e c a nb e a c h i e v e d f o r l i g h tw i n d s p e e d a n dd o w nw i n ds p e e d;a n d t h e c o
11、 n s i s t e n c y r a t ew i l l b e c o m e r e d u c e dg r a d u a l l ya l o n gw i t h t h e i n c r e a s eo fw i n d s p e e d K e yw o r d s:u l t r a s o n i cw i n dm e t e r;s e n s o r;c o r r e l a t i o n;d e v i a t i o n;c o n s i s t e n c yr a t e气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 引言风是最基本的气象要素之
12、一,也是研究大气动力学和气候变化的重要参量.风向和风速对沙尘暴、风能利用、空气污染等有重要影响 .目前被国内气象台站广泛使用的测风仪器是旋转式风杯和风向标传感器.这些仪器在业务化使用中存在一些问题,尤为突出的是:冬季气温较低,加上湿度、风速以及天气现象等气象条件的综合影响,高寒地区气象观测站及内陆高山站观测时,仪器容易出现积雪、结冰的现象,影响风观测资料的准确性和连续性.随着声学测风技术的进步,超声波测风仪取代或弥补地面风观测成为发展趋势 .检验超声波测风仪在实际应用中数据的可靠性和准确性,对超声波测风仪的业务化应用具有重要意义.王晓蕾等 对超声波测风仪和自动气象站风速风向资料进行了处理分析,
13、以检验超声风速仪水平风观测资料质量,但研究所采用的均是短序列资料,评估工作不够全面.为此,文章采用 年E Z C超声波测风仪和E L C风速风向传感器分钟资料进行对比,研究者的差异及原因,旨在为超声波测风仪的进一步应用提供理论依据.数据简介试验 场 位 于 银 川 市 掌 政 镇 大 气 探 测 基 地(N,E),选用E L C风传感器和E Z C超声波测风仪,安装方法符合 地面气象观测规 范 要 求.选 取 (夏)、(秋),(冬)、(春)共个月作为对比分析时段,采用的风速风向数据是m i n滑动平均值(分钟数据),样本量为 ,对.观测资料符合时间和空间一致性要求.E L C风速风向传感器经过
14、检定,计量性能符合要求.将E L C观测数据作为标准,求者的风速风向观测值偏差.对于每一个样本利用式()求取风速偏差Sw:SwSw Sw()式中,Sw 为E Z C超声波测风仪风速;Sw 为E L I C风速风向传感器风速.风向偏差Dw规定范围为 ,将机械风作为标准,当Dw Dw 时,利用式()求取Dw;当Dw Dw 时,利用式()求取Dw:DwDwDw ()DwDwDw ()式中,Dw 和Dw 分别为E Z C超 声 波 测 风 仪 和E L C风速风向传感器风向.风速平均偏差和风速均方根偏差分别为B和Er m s,则有:BniSwn()Er m sni(Sw)n()式中,n为种测风传感器有
15、效样本量.风向平均偏差和均方根偏差与风速统计方法相同.对比分析 相关性分析图为种测风传感器风速风向对比分析散点图,横、纵坐标分别表示E L C风速风向传感器、E Z C超声波测风仪风速风向值.从图(a)可以看出,者风速相关性较高,相关系数为 ,通过了 的显著性检验,但是对角线右侧的样本略多于左侧;者的平均风速偏差为 m/s,均方根偏差为 m/s.种测风传感器风向样本主要集中在对角线附近,部分样本集中在左上角和右下角区域,统计结果显示者相关系数为 (图 b),通过了 的显著性检验,平均风向偏差为 ,均方根偏差为 .为了进一步分析E L C风速风向传感器与E Z C超声波测风仪的相关性随季节的变化
16、特征,分别计算了不同季节者的相关系数、平均偏差和均方根偏差(表).不同季节者风速相关系数较高,为 ;者风向相关系数在春季和冬季最小,均为 ,夏季最大,秋季其次;不同季节者风速和风向平均偏差均为负值;夏季者风速和风向均方根偏差最小,秋季其次.因此得出,种测风传感器在不同季节风速相关系数高于风向,风速和风向相关系数均是夏季最高,整体上不同季节E Z C超声波测风仪风速和风向数据均偏小于E L C风速风向传感器.第期薛筝筝,等:E Z C超声波测风仪和E L C风速风向传感器平行观测对比分析图种测风传感器风速风向对比分析表不同季节E L C风速风向传感器与E Z C超声波测风仪风速和风向相关性对比季节 风速相关系数风速平均偏差/(m/s)风速均方根偏差/(m/s)风向相关系数风向平均偏差/()风向均方根偏差/()春季 夏季 秋季 冬季 偏差分析分析种测风传感器不同季节风速偏差分布情况可知,风速偏差分布存在明显的季节变化,其中夏季风速偏差分布最集中,秋季其次,春季和冬季较分散,春、夏、秋和冬季分别有 ,和 的风速偏差分布在 m/s.夏季和秋季风速偏差最大样本比例出现在 m/s处,分别达 和 ;
