垂直风测量：三维风速风向仪

我们通常对水平方向的风向差异更熟悉，像大陆西岸 40° - 60° 的地方，一年到头都吹着盛行西风；而在同纬度的亚欧大陆东岸，夏天刮东南风，冬天刮西北风。但是，对于同一个地点，垂直方向上不同海拔高度的风向有啥差异和变化，讨论得就比较少。

风是怎么形成的呢？简单来说，水平方向上气压不一样，就产生了风。要是一个地方气压比周围高，空气就会从气压高的地方往气压低的地方流动，这就是风。

风一旦开始吹，就会受到其他力的影响。在高空，因为摩擦力很小，几乎可以忽略不计，大气主要受水平气压梯度力和地转偏向力的作用，最后风向会和等压线平行。而在近地面，大气除了受这两个力，还受到摩擦力的影响，最终风向和等压线会有个夹角。

所以，在比较大的垂直空间范围内，在同一个气压场的情况下，由于近地面和高空摩擦力不同，从近地面往高空，同一个地方不同海拔的风向就会发生变化。

那么垂直方向的风速风向如何测量呢？首推三维风速风向仪。

这类设备运用超声波测量技术，既能测水平方向的风向，也能测垂直方向的风向，还能同时测出 X/Y/Z 轴的风速，也就是输出 U、V、W 矢量数据。它的结构设计很独特，能大幅降低风阻对测量的影响，提高测量的精准度。设备整体采用全金属材质打造，内部没有任何会移动的部件，结实又耐用，不管什么环境，都能全天不间断工作，为各个领域的气象监测提供靠谱的数据。

它的工作原理不难理解。设备里有三对超声波换能器，它们之间的距离是固定好的。通过控制换能器的收发电路，让多对换能器按顺序发射和接收超声波。因为超声波在顺风和逆风时的飞行时间不一样，测量出这个时间差，再根据风速和飞行时间的关系，就能算出三个方向上的风速分量，把这些分量合起来，就能得到总的风速数值。另外，根据水平面上的风速分量可以算出水平风向，依据垂直方向的风速分量就能知道垂直风向。

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