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    [单经纬仪测风] XJF05测风经纬仪

    时间:2019-10-16 08:29:59来源:佩佩美文网 本文已影响 佩佩美文网手机站
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    单经纬仪测风实验报告

    姓名:刘浩 学号:111170052

    2013/5/8

    一、实验目的

    掌握GYR1电子式光学经纬仪的操作使用方法,学会冲灌、捕捉气球方法和准确读数的技术,编程处理观测数据。

    二、实验原理

    按固定升速数值求取氢气的净举力值,冲罐并释放固定升速气球,用经纬仪观测气球,保证气球一直在观测中心,导出数据,用单经纬仪测风计算程序计算出高空中不同高度的风向风速。

    三、 实验步骤

    1. 测风经纬仪安装、调试和使用

    a. 经纬仪应设置在开阔区域。

    b. 拉开并牢固的架设三脚架,使其顶面尽量调整水平,使顶面与观测员的第二颗

    衣扣同高。

    c. 从箱内取出经纬仪,用三脚架顶面中心螺钉把经纬仪固定。

    d. 转动望远镜,使水准仪与三个水平调节螺钉中的任意两个平行。调节这两个螺

    钉,使气泡居中央,然后将水准仪转过90度再调节另一个螺钉使气泡居中,这时望远镜转动到任意位置上,水准仪气泡偏离中心不得大于1格,否则重复上述步骤以至符合要求为止。

    e. 指北针定方位:打开磁针制动螺钉,松开磁针;转动镜筒,使指北针指向正北,

    并转动方位调整螺旋,使指北针的尖端对转磁针盒两条刻线,拨动刻度盘,使游尺“0”与方位盘上“0”对齐。使用指南针定方位,步骤同上,只是磁针的指向为正南。定好方位后,严禁转动调零手轮。 f. 瞄准远方的任意目标物,调焦距使目标物最清晰。 g. 操作变倍手轮,熟练掌握主、辅望远镜的转换方法。 2. 灌球和观测

    a. 按天气条件确定气球型号、颜色。 b. 10号球采用100米/分升速。

    c. 用当时的气温、气压查取标准密度升速值,用气球和附加物重量查取净举力。

    冲灌气球。

    d. 施放气球,跟踪观测。每隔30秒读取仰角和方位角,在读数时应使气球正好聚

    中在十字线中间,并停止转动仰角和方位角手轮。读取10组。

    四、观测资料处理

    1、列出两次观测的仰角和方位角,并用观测数据计算出不同高度的风向、

    风速。

    鉴于第一次观测为尝试,现使用第二次观测数据分析处理。

    取南北方向为x 轴(北为正),东西方向为y 轴(东为正),气球水平面投影点的坐标分量为:

    x n =Ln cos αn. y n =Ln sin αn. 其中 L n =Hn ctg βn 。

    αn 为方位角,βn 为仰角。

    则相应层的风速:

    Vn=[(xn -x n-1) 2+(yn -y n-1) 2]1/2/t.

    其中t 为相邻两次观测的时间间隔。

    2、利用实测风速采用最小二乘法拟合出风速幂指数。

    在近地层(250米以下) ,风速随高度的变化可用幂指数表示,其表达式为:

    V 2=V1(Z2/Z1) p „„①

    其中,V 1、V 2分别为Z 1、Z 2高度处的风速(

    m/s),p 为风廓线指数。 最小二乘法公式:

    对于平面上的直线:y=a+bx 如有一组数据(xi,yi ) 利用最小二乘法计算a,b 时公式如下:

    a=y0-bx0

    b =∑(xi-x0)(yi-y0)/∑(xi-x0)2

    将①式取对数并编程(见附录)计算可得到: 风廓线指数P=0.16878

    近地层风速表达式V=1.76272*Z^0.16878 画出拟合曲线与观测数据差异对比图:

    3、误差分析。

    实验误差来源可能有以下几个:

    (1)实验观测存在误差,观测时气球不断运动,很难保证每次观测都在视野正中央。

    (2)假设条件的理论误差,在计算气球升速时所用气压等条件可能与实际条件有出入,导致气球的升速并不是100m/s。

    五、 实验总结

    通过此次单经纬仪测风实验,了解了经纬仪测风的原理,初步掌握了电子式光学经纬仪的操作使用方法,学会了编程处理数据的方法。对近地层风速分布有了更深的认识。

    附Fortran 程序: program main implicit none

    integer,parameter::n=10, f=4055, m=2 real(kind=1),parameter::pi=3.141592653 real(kind=1)::c(n,m)

    real(kind=1)::a(n,m),vel(n,m)

    real(kind=1):: h(n),y=0,x=0,sum1=0,sum2=0,b=0 integer::i=1,status=0 c=0 a=0 vel=0 h=0

    open(unit=f,file="305-10.txt") do while(.true.)

    read(f,"(12x,f5.2,6x,f7.2)",iostat=status) a(i,1),a(i,2) i=i+1

    if(i>10) exit end do a=a*pi/180

    do i=1,10 h(i)=i*50 end do

    do i=1,10

    c(i,1)=h(i)*cos(a(i,2))/tan(a(i,1)) c(i,2)=h(i)*sin(a(i,2))/tan(a(i,1)) end do

    vel(1,1)=sqrt(c(1,1)*c(1,1)+c(1,2)*c(1,2))/30 vel(1,2)=90+atan(c(1,1)/c(1,2))*180/pi do i=2,10

    vel(i,1)=sqrt((c(i,1)-c(i-1,1))*(c(i,1)-c(i-1,1))+(c(i,2)-c(i-1,2))*(c(i,2)-c(i-1,2)))/30 vel(i,2)=90+atan((c(i,1)-c(i-1,1))/(c(i,2)-c(i-1,2)))*180/pi end do

    write(f,"(a2,8x,a1,17x,a1,12x,a1)")"n","x","y","h" do i=1,10

    write(f,"(I2,4x,f12.6,4x,f12.6,4x,f6.2)")i,coor(i,1),coor(i,2),h(i) end do

    write(f, "(2x,a1,10x,a1,14x,a5)") "h","v","angle" do i=1,10

    write(f, "(f6.2,f12.6,8x,f9.5)") h(i)-25,vel(i,1),vel(i,2) end do

    do i=1,5

    y=log(vel(i,1))+y x=log(h(i)-25)+x end do y=y/4 x=x/4 do i=1,5

    sum1=(log(vel(i,1))-y)*(log(h(i)-25)-x)+sum1 sum2=(log(h(i)-25)-x)*(log(h(i)-25)-x)+sum2 end do

    b=y-sum1/sum2*x b=exp(b)

    write(f,"( "p=",f7.5)") sum1/sum2

    write(f,"("V=",f7.5,"*Z^",f7.5)") b,sum1/sum2

    close(f) end

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