矢量法基线测风的坐标系选取与数据处理分析

　　1经纬仪测风简介

　　经纬仪测风是一种利用光学测风经纬仪跟踪和测定测风气球在空中的仰角和方位角，并结合其它已知量计算某一高度层上风速、风向的测风技术，通常分为单经纬仪测风和双经纬仪测风。单经纬仪测风中，采用施放固定升速气球来确定测风气球的高度。由于气球升速实际上并不恒定，特别是在地形复杂的地区或存在着强的大气垂直运动时，测风误差很大，甚至使测风记录不能使用。为了克服这种影响，采用双经纬仪基线观测法，直接观测测风气球的高度。

　　双经纬仪测风是把二台光学测风经纬仪分别安放在已知坐标的二个观测点上，同时观测测风气球的运动，根据仰角、方位角的观测值通过三角函数关系计算气球的实际高度和各高度上的风速、风向。二个观测点之间的连线在水平面上的投影称为线，所以又称基线测风。

　　无论是单经纬仪测风还是双经纬仪测风，首要问题是选定坐标系，并在既定坐标系内计算某一高度层上的风速、风向。基线测风的准确度较高，是光学经纬仪测风在科研、试验中常用的一种方法。但在进行基线测风数据处理中坐标系的选取一直没有得到统一，根据个人的习惯不同有很大的随意性，在数据处理时经常引起混淆。

　　2坐标系选取分析

　　在气象领域，关于仰角和方位角的规定是:仰角以水平方向为O“，向上增加;方位角以北向为0o，顺时针增加。在实际工作中，通常采用的坐标系有二种:一是x轴指向北、y轴指向东的坐标系;二是x轴指向东、y轴指向北的坐标系。由于按气象领域的惯例:轴指向天顶，上面二种坐标系的选取就会产生x轴、y轴、:轴形成左手坐标系和右手坐标系两种不同结果。虽然现行的《高空气象探测规范》采用的是x轴指向北、y轴指向东、:轴指向天顶的左手坐标系，但究竟选取哪种坐标系更合适呢?本文通过空间直角坐标系和协议地球坐标系的定义、不同坐标系之间的转换以及有关标准对坐标系的规定等几个方面来讨论。

　　2.1空间直角坐标系

　　三维笛卡儿坐标系又称空间直角坐标系，规定x轴、y轴、:轴互相垂直，满足正交归一化条件，并构成右手坐标系。

　　在世界气象组织《气象仪器和观测方法指南》第五版第六章6.1节中明确指出:“在极坐标中，水平矢量风是用风速和风向来表示的。在笛卡儿坐标中，水平矢量被分解成两个正交分量(以下简称为分量)。”

　　显然，气象直角坐标系是笛卡儿坐标系在特定领域的特殊应用，作为笛卡儿坐标系应满足笛卡儿坐标系的定义构成右手坐标系。