风灾是世界上最严重的自然灾害之一，主要有台风（飓风）、龙卷风、寒潮风、雷暴风、风暴潮等。对风进行有效探测，可为大风预报预警和应对提供重要数据支撑。
目前，用于测量风速、风向的仪器设备有机械式风向风速传感器、叶轮风速计、热式风速仪、超声波测风仪和激光测风雷达等。如何确保风速测量仪器数据精准可靠？这就需要通过风洞试验来验证和校准。
风洞试验如何做？ “超声波风速仪已安装，固定状态检查完毕”“风洞状态检查完毕”“标准器状态检查完毕”“风速测控软件状态检查完毕”“微差压计已清零，可开始进行超声波风速仪计量校准”……经过一番准备，风洞实验室工作人员就可以开展风速仪检测和检定工作了。 其实，风洞试验的过程并不复杂。 第一步，需要试验人员针对需要校准的风速仪选定相应的检定规程或校准规范，并确定实验室环境是否满足风速仪校准或检定的要求。目前，风速仪校准的环境要求统一定义为温度不高于30℃、湿度不高于85%。 第二步，将测风标准器和被检测仪器安装于风洞的试验段内，并检查其牢固程度，因为60米/秒的风速相当于17级飓风，安装如不牢固，可能导致试验失败甚至会损坏仪器。 第三步，通过风洞测控软件将风速调节至需要的风速点，待风速稳定后同时读取测风标准器的风速值和被测仪器的风速值，每个风速点需读取三次。做完检定规程或校准规范规定的所有风速点，整个试验就完成了！ 哪些行业需要做风洞试验？ 风速测量仪器广泛应用于气象、环境、交通、建筑、风电等行业，其检测标准、结果与防灾减灾、环境监测、能源利用等有密切关系。 常见的风洞有气象风洞、航空航天风洞、建筑风洞、汽车风洞等，甚至还有可供滑雪运动员进行气流模拟训练的风洞。可见，风洞的应用领域非常广泛。我国的大飞机C919在上天之前，也经过了严格的风洞试验。 以我国气象部门的风洞试验为例，国家级、省级气象计量检定机构均建有气象风洞试验设备和流程。其中，国家气象计量站一直保持着全国气象风速的最高标准。 目前，国家气象计量站共有4套气象风洞装置，分别是90米/秒开闭两用气象回路风洞、70米/秒气象回路风洞、30米/秒气象回路风洞和2.4米/秒微风直路风洞。 “平民”和“贵族”风洞有何差别？
目前主流的气象风洞主要分为回路风洞和直路风洞两种。回路风洞占地面积较大，优势是风速流场比较稳定，能耗较小、噪声小；直路风洞占地面积较小，但是能耗大、噪声大。回路风洞外观为环状管道，直路风洞外观似火车车厢，但长度没那么长，一般为12米左右。但是，不管是哪一种风洞，都是通过控制变频器调节电机转速，从而产生不同速度大小的风。
目前，世界通用的风速标准装置主要分为标准皮托静压管检定装置和激光多普勒测风标准装置两种。其中，标准皮托静压管检定装置是最常用的。在风洞试验中，将标准皮托管和需要校准的风速仪同时安装于风洞试验段内，将两者的测量值进行比对即可清晰地看到所测风速仪数据是否准确。由于标准皮托管价格便宜，该装置也被称为风速标准检定界的“平民”装置。
而激光多普勒测风标准装置原理与皮托静压管完全不一样，它采用的是非接触式测量方式。通过激光多普勒流速仪产生的两束相干光，在空间相干后形成明暗相间的干涉条纹，然后通过干涉条纹的距离和气流流过这段距离所用的时间，就可以直接测量出标准风速值了。激光多普勒流速仪的测量结果更加精准，但其价格非常昂贵，被称为风速标准检定界的“贵族”。
来源 | 中国气象局气象宣传与科普中心（中国气象报社）
编辑 | 中国气象局气象宣传与科普中心（中国气象报社）全媒体记者 刘钊
