垂直風測量：三維風速風向儀

我們通常對水平方向的風向差異更熟悉，像大陸西岸 40° - 60° 的地方，一年到頭都吹著盛行西風；而在同緯度的亞歐大陸東岸，夏天刮東南風，冬天刮西北風。但是，對于同一個地點，垂直方向上不同海拔高度的風向有啥差異和變化，討論得就比較少。

風是怎么形成的呢？簡單來說，水平方向上氣壓不一樣，就產生了風。要是一個地方氣壓比周圍高，空氣就會從氣壓高的地方往氣壓低的地方流動，這就是風。

風一旦開始吹，就會受到其他力的影響。在高空，因為摩擦力很小，幾乎可以忽略不計，大氣主要受水平氣壓梯度力和地轉偏向力的作用，最后風向會和等壓線平行。而在近地面，大氣除了受這兩個力，還受到摩擦力的影響，最終風向和等壓線會有個夾角。

所以，在比較大的垂直空間范圍內，在同一個氣壓場的情況下，由于近地面和高空摩擦力不同，從近地面往高空，同一個地方不同海拔的風向就會發生變化。

那么垂直方向的風速風向如何測量呢？首推三維風速風向儀。

這類設備運用超聲波測量技術，既能測水平方向的風向，也能測垂直方向的風向，還能同時測出 X/Y/Z 軸的風速，也就是輸出 U、V、W 矢量數據。它的結構設計很獨特，能大幅降低風阻對測量的影響，提高測量的精準度。設備整體采用全金屬材質打造，內部沒有任何會移動的部件，結實又耐用，不管什么環境，都能全天不間斷工作，為各個領域的氣象監測提供靠譜的數據。

它的工作原理不難理解。設備里有三對超聲波換能器，它們之間的距離是固定好的。通過控制換能器的收發電路，讓多對換能器按順序發射和接收超聲波。因為超聲波在順風和逆風時的飛行時間不一樣，測量出這個時間差，再根據風速和飛行時間的關系，就能算出三個方向上的風速分量，把這些分量合起來，就能得到總的風速數值。另外，根據水平面上的風速分量可以算出水平風向，依據垂直方向的風速分量就能知道垂直風向。

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