单经纬仪测风实验报告
姓名：刘浩 学号：111170052
2013/5/8
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。
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：
x n =Ln cos αn. y n =Ln sin αn. 其中 L n =Hn ctg βn 。
αn 为方位角，βn 为仰角。
则相应层的风速:
Vn=[(xn -x n-1) 2+(yn -y n-1) 2]1/2/t.
其中t 为相邻两次观测的时间间隔。
2、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：
V 2=V1(Z2/Z1) p „„①
其中，V 1、V 2分别为Z 1、Z 2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-bx0
b =∑(xi-x0)(yi-y0)/∑(xi-x0)2
将①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*Z^0.16878 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 main implicit none
integer,parameter::n=10, f=4055, m=2 real(kind=1),parameter::pi=3.141592653 real(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=0 integer::i=1,status=0 c=0 a=0 vel=0 h=0
open(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(i>10) exit end do a=a*pi/180
do i=1,10 h(i)=i*50 end do
do 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 do
vel(1,1)=sqrt(c(1,1)*c(1,1)+c(1,2)*c(1,2))/30 vel(1,2)=90+atan(c(1,1)/c(1,2))*180/pi do i=2,10
vel(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)))/30 vel(i,2)=90+atan((c(i,1)-c(i-1,1))/(c(i,2)-c(i-1,2)))*180/pi end do
write(f,"(a2,8x,a1,17x,a1,12x,a1)")"n","x","y","h" do i=1,10
write(f,"(I2,4x,f12.6,4x,f12.6,4x,f6.2)")i,coor(i,1),coor(i,2),h(i) end do
write(f, "(2x,a1,10x,a1,14x,a5)") "h","v","angle" do i=1,10
write(f, "(f6.2,f12.6,8x,f9.5)") h(i)-25,vel(i,1),vel(i,2) end do
do i=1,5
y=log(vel(i,1))+y x=log(h(i)-25)+x end do y=y/4 x=x/4 do i=1,5
sum1=(log(vel(i,1))-y)*(log(h(i)-25)-x)+sum1 sum2=(log(h(i)-25)-x)*(log(h(i)-25)-x)+sum2 end do
b=y-sum1/sum2*x b=exp(b)
write(f,"( 'p=',f7.5)") sum1/sum2
write(f,"('V=',f7.5,'*Z^',f7.5)") b,sum1/sum2
close(f) end
单经纬仪测风实验报告
姓名：刘浩 学号：111170052
2013/5/8
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。
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：
x n =Ln cos αn. y n =Ln sin αn. 其中 L n =Hn ctg βn 。
αn 为方位角，βn 为仰角。
则相应层的风速:
Vn=[(xn -x n-1) 2+(yn -y n-1) 2]1/2/t.
其中t 为相邻两次观测的时间间隔。
2、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：
V 2=V1(Z2/Z1) p „„①
其中，V 1、V 2分别为Z 1、Z 2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-bx0
b =∑(xi-x0)(yi-y0)/∑(xi-x0)2
将①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*Z^0.16878 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 main implicit none
integer,parameter::n=10, f=4055, m=2 real(kind=1),parameter::pi=3.141592653 real(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=0 integer::i=1,status=0 c=0 a=0 vel=0 h=0
open(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(i>10) exit end do a=a*pi/180
do i=1,10 h(i)=i*50 end do
do 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 do
vel(1,1)=sqrt(c(1,1)*c(1,1)+c(1,2)*c(1,2))/30 vel(1,2)=90+atan(c(1,1)/c(1,2))*180/pi do i=2,10
vel(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)))/30 vel(i,2)=90+atan((c(i,1)-c(i-1,1))/(c(i,2)-c(i-1,2)))*180/pi end do
write(f,"(a2,8x,a1,17x,a1,12x,a1)")"n","x","y","h" do i=1,10
write(f,"(I2,4x,f12.6,4x,f12.6,4x,f6.2)")i,coor(i,1),coor(i,2),h(i) end do
write(f, "(2x,a1,10x,a1,14x,a5)") "h","v","angle" do i=1,10
write(f, "(f6.2,f12.6,8x,f9.5)") h(i)-25,vel(i,1),vel(i,2) end do
do i=1,5
y=log(vel(i,1))+y x=log(h(i)-25)+x end do y=y/4 x=x/4 do i=1,5
sum1=(log(vel(i,1))-y)*(log(h(i)-25)-x)+sum1 sum2=(log(h(i)-25)-x)*(log(h(i)-25)-x)+sum2 end do
b=y-sum1/sum2*x b=exp(b)
write(f,"( 'p=',f7.5)") sum1/sum2
write(f,"('V=',f7.5,'*Z^',f7.5)") b,sum1/sum2
close(f) end