单经纬仪测风.doc

单经纬仪测风实验报告姓名：刘浩学号：1111700522013/5/8一、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。编号第一次第二次仰角方位角仰角方位角111.87240.0923.42230.20211.15243.6025.71235.08310.73245.1626.33238.88412.56245.4726.03242.29513.78244.2426.43246.72614.69242.7527.78252.53716.98243.1029.33259.32818.50245.2230.97265.95920.59249.0332.56272.931022.66254.5733.54279.91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：xn=Lncosn.yn=Lnsinn.其中Ln=Hnctgn。n为方位角，n为仰角。则相应层的风速:Vn=(xn-xn-1)2+(yn-yn-1)21/2/t.其中t为相邻两次观测的时间间隔。高度（m）风速(m/s)方位角253.85129.8753.11118.91253.23113.01753.62108.12253.3394.82752.8671.13252.9551.13752.8837.64253.0625.14753.3922.72、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：V2=V1(Z2/Z1)p 其中，V1、V2分别为Z1、Z2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-bx0b=(xi-x0)(yi-y0)/(xi-x0)2将式取对数并编程（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*Z0.16878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 mainimplicit noneinteger,parameter:n=10, f=4055, m=2real(kind=1),parameter:pi=3.141592653real(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=0integer:i=1,status=0c=0a=0vel=0h=0open(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(i10) exitend doa=a*pi/180do i=1,10 h(i)=i*50end dodo 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 dovel(1,1)=sqrt(c(1,1)*c(1,1)+c(1,2)*c(1,2)/30vel(1,2)=90+atan(c(1,1)/c(1,2)*180/pido i=2,10vel(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)/30vel(i,2)=90+atan(c(i,1)-c(i-1,1)/(c(i,2)-c(i-1,2)*180/piend dowrite(f,(a2,8x,a1,17x,a1,12x,a1)n,x,y,hdo i=1,10write(f,(I2,4x,f12.6,4x,f12.6,4x,f6.2)i,coor(i,1),coor(i,2),h(i)end dowrite(f, (2x,a1,10x,a1,14x,a5) h,v,angledo i=1,10 write(f, (f6.2,f12.6,8x,f9.5) h(i)-25,vel(i,1),vel(i,2)end dodo i=1,5 y=log(vel(i,1)+y x=log(h(i)-25)+xend do y=y/4 x=x/4do i=1,5 sum1=(log(vel(i,1)-y)*(log(h(i)-25)-x)+sum1