3.2 风能梯度塔、风廓线雷达、微型探空飞机三种探测设备的测风资料对比

　　本节采用9月24日下午13：30-15：00飞机试验过程中得到的微型探空飞机数据，并选取相应时间相同高度层的风廓线雷达数据及风能梯度塔数据进行比较。得到的三种探测设备的风速、风向对比结果如图6、图7所示。本次比较共选取微型探空飞机、风廓线雷达资料各30组，而风能梯度塔由于受到高度限制，进入比较的数据只有9组。计算可得，探空飞机与风能梯度塔测得的风速非常相近，两者平均差仅为0.9m/s.而与风廓线雷达测得的风速相差偏大，平均差达3.4m/s。

　　由图7并结合计算数据可知，微型探空飞机测得的风向与风廓线雷达测得的风向非常吻合，两者平均差仅为0.47°.而微型无人驾驶探空飞机与风能梯度塔的风向平均差为7.1°.

 
图6 相同时间相同高度层三种探测设备测得的风速资料的对比

 
图7 相同时间相同高度层三种探测设备测得的风向资料的对比

3.3 结果分析

　　本文共采用两种方式对三种探测设备的获得的测风资料进行对比分析，分析结果表明风廓线雷达最低层与风能梯度塔最低层数据比较风速差别较小，仅为0.37m/s。而风廓线雷达第二层、第三层数据与风能梯度塔相应层数据比较差别稍微偏大一些.另外，如图6所示，1200m—1400m之间三种探测设备的探测数据比较结果表明微型探空飞机测得的风速与风能梯度塔测得的风速差别甚微，而与风廓线雷达测得的风速差别较大，平均差为3.4m/s,主要原因是进入比较的风能梯度塔数据偏少，另外，两者的测风原理与风场反演方法差异太大也是造成这一结果的一个重要原因。图7的风向比较显示微型探空飞机与风廓线雷达、风能梯度塔测得的风向均有较好的一致性。

　　综合上述比较结果，引起对比出现差异的主要因素有：（1）观测方法的差异，即各种探测设备的探测原理各不相同，探测的目标也存在一定的差异，探测数据必然存在误差；（2）数据处理方法的差异，即各种风场反演的方法存在很大不同。风廓线雷达测风是对其上空一定高度层及探测范围内风的平均值；而风能梯度塔是对特定位置的风的测量，是对分钟风的一个平均；飞机测量的是飞行周期内飞机经过轨迹点的风的平均；（3）有效数据的数量与质量，本文选取的数据均是经过剔除最大误差后的数据，因此数据质量可以得到保证，但由于受到条件限制，能同时用于三种探测设备比较的数据量偏少，这也在一定程度上影响了比较结果的准确性；（4）资料的同时性和同地性，资料的同时性和同地性越好，得到的对比结果越具有参考价值，由于本次试验过程中天气系统相对稳定，探测设备间距很近，且各探测设备的时间分辨率均不大，因此本次实验条件基本满足同时性和同地性原则。

4 结论

　　通过对本次实验获取数据的比较分析，我们可以得出以下结论：

　　（1）风能梯度塔与其它两种探测设备相比，它的优点是测量数据稳定可靠、耗资低，缺点是探测高度低，范围小。

　　（2）与其它两种探测设备相比，风廓线雷达探测不仅具有实时性的特点，而且探测高度高，范围大，因此风廓线雷达的使用和布网可以改善我国探空资料站点不足的缺点，并且可以获得实时风数据，为天气预报提供更及时，更有价值的参考依据。从比较分析可知，风廓线雷达得到的数据较其它两种探测设备明显偏小，主要因为风廓线雷达得到的是一定范围内风的平均值。

　　（3）微型探空飞机探测资料与其它两种探测设备相比，其最大的优点是可人为控制飞机航线，探测方式灵活。从比较分析可知，微型探空飞机的探测数据与风能梯度塔的观测数据相差不大，在误差允许范围之内。所以，微型探空飞机有较大的应用空间，不仅可以用于对人烟稀少的偏远地区进行高空探测，而且可以用于特殊气象条件或突发气象事件的高空探测等工作。微型无人驾驶飞机可成为一种方便、经济、灵活的低空探测工具。