1 仪器差异分析

　　1．1人工站测量风的仪器

　　人工站测量风的仪器是采用EL型电接风撸自身向风速计进行风向风速的连续记录，并通过EN型测风数据处理仪进行风的整理。EL型电接风向风速仪是由感应器、指示器、记录器组成的有线遥测仪器。感应器由风向和风速两部分组成：风向部分由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成；风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮等组成。风向风速仪在风的作用下，风向测量仪尾翼产生旋转力矩使风向标转动，并不断调整指向杆指示风向。风向标感应的风向必须传递到地面的指示仪表上，以触点式最为简单，风向标带动触点，接通代表风向的灯泡或记录笔电磁铁，作出风向的指示或记录，但它的分辨只能做到一个方位（22．5°）。风速测量仪在风力作用下，风杯绕转轴旋转，其转速正比于风速。转速可以用电触点、测速发电机、齿轮或光电计数器等记录。

　　EN型测风风数据处理仪，是感应器风杯带动发电机输出的交流电压的频率，作为主机的风速型号，风向标带动的接触器与方位块组成的开关作为风的信号。

　　1．2自动站测量风的仪器

　　自动站测风的仪器是采用单翼风向传感器和风杯风速传感器进行风的自动观测，自动站风向风速传感器由风向传感器、风速传感器及传感支架三部分组成。风向EL15—12／2A是低起动风速的光电风向传感器，由格雷码、电压、电流三种输出方式，风向是风向标摆动带动电位器的滑臂摆动，输出一组格雷码编码的数字电平信号。当风标转动时，带动格雷码盘，按照码盘切槽的设计，码盘每转动2．8°，光电管组就会产生新的七位并行格雷码输出，风向用度表示；风速EL15—1／1A是响应快、启动风速低的光电子风速计，风速传感器采用三杯式感应器，风杯由碳纤维增强塑料制成，风速是随着风杯转动的快慢，在光电作用下，风速传感器输出频率不同的脉冲信号。当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘转动，使下面的光敏三极管有时接收到上面发光二极管发射的光线而导通，有时接收不到上面发光二极管照射来的光线而截止。这样就能得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。

　　2 资料对比分析

　　采用广西桂林、都安、灵山、防城4个基准气候观测站2004－2008年人工站与自动站风的同步自动观测资料，分别对2分钟平均风向风速、10分钟平均风向风速、极大风风向风速作资料的差异对比分析。

　　2．1风速对比差值

　　设Ui为第i次人工站观测值，Ai为第i次自动站观测值，则第i次的对比差值为：

　　运用以上公式，分别统计出桂林、都安、灵山、防城站2004－2008年2分钟平均风速人工站与自动站偏差情况：桂林各月对比差值在－0．48～0．34m·s－1之间，年对比差值在－0．03～0．16m·s－1之间；都安各月对比差值在0．07～0．37m·s－1之间，年对比差值在0．20～0．27m·s－1之间；灵山各月对比差值在0．09～0．41m·s－1之间，年对比差值在0．17～0．3m·s－1之间；防城各月对比差值在0．13～0．52m·s－1之间，年对比差值在0．27～0．31m·s－1之间。用同样方法统计得：10分钟平均风速桂林各月对比差值在－0．27～0．2m·s－1之间，年对比差值在－0．03～0．11m·s－1之间；都安各月对比差值在－0．02～0．27m·s－1之间，年对比差值在0．13～0．20m·s－1之间；灵山各月对比差值在0．07～0．35m·s－1之间，年对比差值在0．13～0．28m·s－1之间；防城各月对比差值在0．08～0．43m·s－1之间，年对比差值在0．20～0．25m·s－1之间；极大风风速桂林各月对比差值在－0．24～1．24m·s－1之间，年对比差值在0．43～0．93m·s－1之间；都安各月对比差值在0．05～1．13m·s－1之间，年对比差值在0．19～0．82m·s－1之间；灵山各月对比差值在0．3～1．2m·s－1之间，年对比差值在0．56～1．02m·s－1之间；防城各月对比差值在－0．07～1．22m·s－1之间，年对比差值在0．30～0．98m·s－1之间。

　　2．2风速一致率

　　风速一致率是表示自动站与人工观测相一致的程度，通过以下公式：一致率的范围，是指某要素对比差值月评估标准的2倍。

　　运用以上公式，统计得4站共20a2min平均风速、10min平均风速、极大风月、年风速一致率为：2min平均风速月风速一致率在25．63％～45．97％之间，年一致率在34．58％～41．31％之间；10min平均风速月风速一致率在37．97％～85．59％之间，年一致率在55．86％～74．58％之间；极大风风速月一致率在3．23％～56．67％，年一致率在15．15％～46．09％。

　　2．3风向相符率

　　风向记录分析采用风向相符率，风向相符率是指自动站所测风向对应下表中所给范围时，即认为两者相符（人工站观测风速大于等于0．2m·s－1）。运用以上公式，统计得4站共20a风向相符率情况：2分钟平均风向月风向相符率在52．45％～94．72％之间，年风向相符率在59．28％～95．33％之间；10分钟平均风向月风向相符率在49．37％～99．56％之间，年风向相符率在78．13％～98．79％之间。极大风月风向相符率在32．26％～100．00％之间，年风向相符率在55．48％～89．13％之间。

　　2．4风向频率分析

　　人工站与和自动站年平均风向频率有很大差别，由4站共20a资料统计得：自动站静风出现次数为544次，人工站静风出现次数为4076次。自动站静风出现的频率明显小于人工站，其原因在于自动站采用低惯性轻金属的风传感器，其启动风速仅为0．3m·s－1，与人工站风感应相比，具有惯性小、启动快、感应灵敏的特点，这些差异属于仪器自身原因［3］。

　　3 资料差异分析评估

　　3．1资料差异分析

　　由资料分析结果可知，各月风速对比差值2min平均风速比10min平均风速大，且各月对比差值表现为：防城＞灵山＞都安＞桂林，说明防城靠海风比较大，也就是风大时，人工站的观测数据比自动站大；10min平均风速各月风速一致率和风向相符率均比2min平均风速的大，说明10min平均风向风速人工站与自动站比较接近；极大风风速一致率比较低，从4站共20a资料统计出各月风速一致率最高为59．26％，最低为3．23％；说明瞬时风人工站与自动站差异很大；10min平均风向各月风向相符率比2min平均风向的大，且大部分达到90以上。可见，10min平均风向人工站与自动站差异不大，说明10min平均风向人工站与自动站比较接近。但极大风风向相符率极不稳定，波动比较大，防城站上下波动值达67．78％。

　　3．2资料差异评估

　　根据对比观测期间监测资料分析评估技术原则，风速对比差值规定标准值为0．2m·s－1；风速一致率规定标准值为80％；风向相符率规定标准值为70％［5］。由4站5a共240个月的资料统计结果，2分钟平均风速各月对比差值未超标的有100个月，占资料总数的41．67％；风速一致率无1达标；风向相符率达标的有187个月，占资料总数的77．92％；10分钟风对比差值未超标的有157个月，占资料总数的65．42％；风速一致率达标的仅有6个月，占资料总数的2．5％；；风向相符率达标的有235个月，占资料总数的97．92％；极大风对比差值达标的仅有11个月，占资料总数的4．58％；风速一致率无1达标；风向相符率达标的有109个月，占资料总数的45．42％。4站20a2分钟风年对比差值未超标的有7a；风速一致率无1达标；风向相符率达标的有16a；10分钟风对比差值超标的有7a，风速一致率无1达标；风向相符率100％达标。极大风对比差值未超标的仅有1a；风速一致率无1达标；风向相符率达标的有8a。由以上所有的统计数据说明，说明短时风人工站与自动站差异比较大，平均风时间越长风速差异率就减少，风向相符率越大。

　　4 资料差异原因分析

　　4．1观测仪器制作材料不一致

　　自动站风的采集资料与人工站的采集资料差异的主要原因是：制作材料不同，造成分辨率和准确率差别较大，其次，仪器性能的敏感性不同，也是导致自动站和人工站观测数据差异的原因之一。

　　自动站的风杯、风向标与人工站的风杯、风向标不是同一种材料制成，所以测得的风向风速就有一定的差别，由于自动站风杯是用碳纤维增强塑料制成，其材料较轻便，则灵敏性较高。自动站采用低惯性轻金属的风传感器，与人工站风感应相比，具有惯性小、启动快、感应灵敏的特点。其次，风杯不一样大，自动站的风杯比人工站的风杯小。当风速较小时，自动站风速明显大于人工站，由于自动站的风杯小，惯性也小，此时自动站的风速比人工站的风速大，当风较大时，由于人工站的风杯大，惯性也大，此时，人工站的风速比自动站的风速大，特别是出现大风时，人工站已达到大风的标准，而自动站却未达到，像这种情况，常有发生。

　　4．2观测方法不一致

　　自动站与人工站存在的偏差，原因除仪器的系统偏差外，由于仪器的工作原理不同，采样方式和算法不同，造成了自动站与人工站观测数据之间的差异。人工站观测的风向是16个方位，风速2～40m·s－1，起动风速：1．5m·s－1。并通过EN型测风风数据处理仪，每个正点打印输出2min、10min平均风向风速，每天20时打印输出日极大风速、最大风速及相应的风向、出现时间，日合计、日平均，并可随时显示各种瞬时值和平均值，存储24h风向风速记录。每天抄录到月报表的有：2min、10min平均风向风速和最多风向、最大风速、极大风速。自动站观测的风向是36个方位，以度（°）为单位，其启动风速仅为0．3m·s－1。风向、风速采用滑动平均方法风速以1s为步长，求3s的滑动平均值；以1s为步长，求1min和2min滑动平均风速；以1min为步长，求10min滑动平均风速。

　　每月数据文件有2min或10min滑动平均风向风速的分钟数据，整理出每小时的2min、10min平均风向风速、最大风向风速、极大风向风速。

　　5 结语

　　风是一种自然力，既可以利用，也可能造成灾害。在天气预报中有重要作用，风常作为良好的预报指标而广泛应用；防灾减灾需要应用风的资料；风能资源的开发与利用，更必须风资料的支持。本文过对广西4个国家基准气候观测站5a的人工站与自动站风的同步自动观测资料对比分析，让大家基本了解测风仪器性能，掌握了人工站与自动站风的观测资料差异原因及差异程度，在今后使用过程中应对数据进行均一性订正，使其在风能源开发利用中真正起到指导性的作用。