4.激光风速仪的测量原理及其存在的问题。 1) 原理
激光风速仪（Laser Doppler Anemometer LDA; Laser Doppler Velocimeter LDV) 是建立在激光技术和多普勒频移原理基础上，通过频率测量来测定风速的（F?V）。
激光通过大气层时，大气层中的气溶胶粒子对入射光有散射效应，而运行的气溶胶粒子将使散射光的频率产生多普勒频移效应。在接收器内比较发射光的参考光和散射光的频差，就可确定运载气溶胶粒子（Aerosol particle)的气流速度。 激光风速仪由以下五部分组成：
1、 激光器； 2、 入射光学单元；
3、 收集光学单元：收集运动流体中粒子的散射光，得到多普勒频移频率fD； 4、 多普勒信号处理单元：频率跟踪器，计数式处理器，光子相关器； 5、 数据处理系统：模拟量、数字量转换成风速。 差动式频移LDV系统示意图 多普勒频移频率
2usin fD??2 ? u??2sin??2fD
2) 激光测速仪存在的问题：
激光风速仪测得的风速并不是真正的大气流动速度，而是悬浮于气流中的散射粒子的运动速度。因为粒子与流体的密度有显著差异，粒子不可能完全跟随流体运动，其速度总会有差异，这就造成了激光测量的误差。
若up为粒子速度，uf为流体流速，则由于粒子不完全跟随流体运动而造成的相对误差为 ??
uf?up100up100 ??(1??)?,??uf100100uf31
这就是激光测速技术中的离子跟随问题： ?=1,?=0，完全跟随；
??1,??0，粒子超前于流体运动； ??1,??0，粒子滞后流体运动。
第9章 高空风的观测
1.简述经纬仪气球测风原理。
气球以速度w上升，测得方位角α(相对正北)、仰角δ。在t时刻气球上升的高度为：H=wt气球在水平方向上的投影距离为：L=Hctgδ。水平风速为：v=L/t假如连续测量，测得多组数据。第i个点处测得αi、δi，则可得
vi=
(Lisin(ai+1-ai))+((Li+1-Li)cos(ai+1-ai))ti+1-ti22 ?(Li(ai+1-ai))+(w(ti+1-ti)ctgd-ti+1-ti2Hsec2d(di+1-di))2
双经纬仪测风是在已知基线长度的两端，架设两架经纬仪同步观测，分别读出气球的仰角、方位角，利用三角法或矢量法计算气球高度和风向风速。 2.单经纬仪测风的优缺点有哪些？ 优点：测量简单，节省人力；
缺点：有上升下沉气流时，会使气球上升速度偏大或偏小，并且气球本身上升速度在不同高度有变化。 3.双经纬仪平面投影法在什么情况下不能使用？ 水平投影法计算球高的公式为：
bsin?tan?bsin?tan??sin?sin(???)
bsin?tan?bsin?tan?H???sin?sin(???)H??
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由此推出
?H?2???tan?1????tan?1?????????????H?sin2??H?H??tan?1????tan?1?????????????2??sin2?
在实际工作中，要求球高计算值的最大相对误差不能超过实际球高的5%。因此，在观测中出现以下三种情况之一就不能使用水平面投影法： ①.
?(或?)?358或?(或?)?2；
②. ????4或????176； ③.
?(或?)?88或?(或?)?2。
4.双经纬仪垂直面投影法在三种情况下的球高计算公式。
A点对P的仰角为?、P′的仰角为?′；B点对P的仰角为?、P′的仰角为?′。B点对A的仰角以?表示。AB长已知，记为C。
'''在?APA?AP'sin?' P中，H??P'PA''?B??BPsin? 在?BPBP中，H??PP''1) P到基线的垂线交基线于A、B之间
如图，在AP′B中，应用正弦定理得
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AP'CBP'??'?'''sin(???)sin[180?(???)]sin(???)
所以有
Csin(????)sin????sin(???)Csin(????)??BP'sin?'?H??P?PBsin????sin(???)
H??P'PA'?AP'sin?'?2) P到基线的垂线交基线于A的外侧
如图，在AP′B中，应用正弦定理得
AP'CBP' ??sin(?'??)sin(?'??')sin(180???'??)所以有
Csin(????)sin??sin(?????)
?Csin(???)??BP'sin?'?H??P?PBsin??sin(?????)H??P'PA'?AP'sin?'?3) P到基线的垂线交基线于B的外侧 图与2)类似，在AP′B中，应用正弦定理得
AP'CBP' ??sin[180??(?'??)]sin(?'??')sin(?'??)所以有
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Csin(????)sin??sin(?????)
?Csin(???)??BP'sin?'?H??P?PBsin??sin(?????)H??P'PA'?AP'sin?'?5.探空气球的上升公式为：
CD?r2?1/212Aw?[1?exp(?z)],
rCD??mCD?r2?1/2z)]?0.96 若[1?exp(?m时，等速上升，求此时高度，如果预定200m/min，求此高度的升速(m=40g , r=30cm , P=1.25kg/m3 , CD=0.4 , A=188g )
CD?r2?1/2z)]?0.96 解：①由于[1?exp(?mCD?r2?z)=0.078 得exp(?mCD?r2?z=-2.55 ?m z=
2.55*40g2.55m= =0.724m
CD?r2?0.4?*(0.3m)2*1.25kg/m3CD?r2?1/212A②w?[1?exp(?z)]=200*0.96m/s=192m/s
rCD??m6.有一球的附加物重13g，灌w=100m/min的气球，P=780mmHg，T=-10C，查出A，如果平衡器20g，需要多少砝码
解：P=780mmHg，T=-10 C, w=100m/min,
查表得：w0=102m/min 又由于B=13g 查表得：A=14g
由于平衡器重20g，因此 砝码重为14+13-20=7g 答：需要7 g重的砝码。
7.B=40g，w=200m/s，P=770mmHg，T=10C，查出A，平衡器150g，需要多少砝码，步骤？
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