VDI 3786 Blatt 8-2017 Environmental meteorology - Meteorological measurements - Aerological measurements.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREUmweltmeteorologieMeteorologische MessungenAerologische MessungenEnvironmental meteorology Meteorological measurements Aerological measurementsVDI 3786Blatt 8 / Part 8Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) NormenauschussFach

2、bereich UmweltmeteorolgieVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1b: UmweltmeteorogieVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch/Available at BeuthVerlag GmbH,10772Berlin Alle Rechtevorbehalten/All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V.,Dsseldorf2017Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke

3、 nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 07.060, 13.040.01Februar 2017February 2017The draft of

4、 this standard has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . . 75 Wahl des Messplatz

6、es und allgemeine Vorbereitungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.1 Wahl des Messplatzes . . . . . . . . . . . . . 85.2 Vorbereitende Manahmen . . . . . . . . . . 96 Messgertetrger und Messsysteme . . . . . . 96.1 Messgertetrger . . . . . . . . . . . . . . . . 96.2 Sonden und Messwertaufzeich

7、nung . . . . . . 146.3 Zusatzeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . 156.4 Automatische Radiosondensysteme . . . . . . 167 Grundlagen der Messverfahren . . . . . . . . . 187.1 Messung der Lufttemperatur. . . . . . . . . . 187.2 Messung der Luftfeuchte . . . . . . . . . . 187.3 Messung des Luftdrucks

8、 . . . . . . . . . . 187.4 Messung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung . . . . . . . . . . . . . . 197.5 Zustzliche Messparameter . . . . . . . . . . 208 Genauigkeitsanforderungen an Sonden und Positionierungssysteme . . . . . . . . . . . . . 218.1 Verfahrenskenngren . . . . . . . . . . . . .

9、218.2 Anforderungen an Messsonden . . . . . . . . 238.3 Anforderung an Positionierungssysteme . . 248.4 Einsatzgrenzen und Streinflsse . . . . . . 24Contents PagePrelimininary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . .

10、 . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative references. . . . . . . . . . . . . . . . 43 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 54 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . . . 75 Choosing the measurement site and general preparations . . . . . . . . . . . . . . . . 85.1 Choosing th

11、e measurement site . . . . . . . . 85.2 Preparations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Platforms and measurement systems . . . . . . 96.1 Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.2 Probes and readings . . . . . . . . . . . . . . 146.3 Additional systems . . . . . . . . . . . . . .

12、156.4 Automated radiosonde systems . . . . . . . . 167 Measurement principles . . . . . . . . . . . . . . 187.1 Air temperature measurements . . . . . . . . 187.2 Air humidity measurements . . . . . . . . . 187.3 Air pressure measurements. . . . . . . . . . 187.4 Wind speed and wind direction measur

13、ements . . . . . . . . . . . 197.5 Additional measurement parameters . . . . . 208 Accuracy requirements for probes and positioning systems . . . . . . . . . . . . . . . . 218.1 Operational characteristics . . . . . . . . . . 218.2 Requirements for probes. . . . . . . . . . . . 238.3 Requirements fo

14、r positioning systems . . . . 248.4 Limits of use and disruptive effects . . . . . 24Frhere Ausgaben: 06.87;09.15, Entwurf,deutschFormereditions: 06/87; 09/15,Draft,inGermanonlyB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection -

15、 Stand 2017-02Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20172 VDI 3786 Blatt 8 / Part 8Inhalt Seite9 Durchfhren der Messung . . . . . . . . . . . . 259.1 Begleitende Messungen am Boden. . . . . . 259.2 Sicherheitsvorkehrungen . . . . . . . . . . 259.3 Sondenaufstiege. . . .

16、 . . . . . . . . . . . . 269.4 Windprofilmessungen. . . . . . . . . . . . . 2810 Auswerteverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . 2910.1 Hhenbestimmung . . . . . . . . . . . . . . 2910.2 Auswertung der Profile . . . . . . . . . . . . 3110.3 Spezielle Auswertungen . . . . . . . . . . 31Anhang A Besti

17、mmung der Ballonhhe . . . . . . 34Anhang B Berechnung der Zeit-Hhen-Kurve . . 34B1 Hhenbestimmung bei Radarpeilung. . . . . 34B2 Doppelanschnitt . . . . . . . . . . . . . . 34B3 Einfachanschnitt . . . . . . . . . . . . . . 36Anhang C Berechnung der Druck-Hhen-Kurve . 36Anhang D Berechnung von Windge

18、schwindigkeitund -richtung . . . . . . . . . . . . . . 37D1 Ortsbestimmung mittels Radarpeilung . . . . 37D2 Ortsbestimmung mittels Doppelanschnitt . 38D3 Ortsbestimmung mittels Einfachanschnitt . 38D4 Windgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . 38D5 Windrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . 39Schr

19、ifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils ausz

20、ugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung desUrheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedin-gungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserRichtlinie mitgewirkt habe

21、n, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3786.EinleitungFr Fragen der Luftreinhaltung sind meteorologischeDaten aus verschiedenen Hhen der Atmosphre er-forderlich. Diese Informationen dienen unter ande-Contents Page9 Perf

22、orming the measurement . . . . . . . . . . . 259.1 Ancillary measurements on the ground . . . 259.2 Safety precautions. . . . . . . . . . . . . . 259.3 Probe ascents . . . . . . . . . . . . . . . . . 269.4 Wind profile measurements . . . . . . . . . 2810 Evaluation procedures . . . . . . . . . . . .

23、 . . 2910.1 Determining the height . . . . . . . . . . . . 2910.2 Profile evaluation . . . . . . . . . . . . . . . 3110.3 Special evaluations . . . . . . . . . . . . . 31Annex A Determing the balloons height . . . . . 34Annex B Computing the time-height curve . . . . 34B1 Determining the height with

24、 radar tracking.34B2 Double theodolite method. . . . . . . . . . 34B3 Single theodolite method . . . . . . . . . . 36Annex C Computing the pressure-height curve . . 36Annex D Computing the wind speedand direction . . . . . . . . . . . . . . . 37D1 Position finding by radar tracking . . . . . . 37D2

25、Position finding with the double theodolite method . . . . . . . . . . . . . . 38D3 Position finding with the single theodolite method . . . . . . . . . . . . . . 38D4 Wind speed . . . . . . . . . . . . . . . . . 38D5 Wind direction. . . . . . . . . . . . . . . . 39Bibliography . . . . . . . . . . .

26、 . . . . . . . . . . . 39Preliminary noteThe content of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processin

27、g systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this standard without infringement ofcopyright is permitted subject to the licensing condi-tions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDINotices.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this sta

28、ndard.A catalogue of all available parts of this series ofstandards can be accessed on the Internet atwww.vdi.de/3786.IntroductionInvestigating the issues relating to air pollution andits prevention requires meteorological data from var-ious altitudes in the atmosphere. This informationB974908A824A6

29、748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 3786 Blatt 8 / Part 8 3rem dazu, den Transport und die Ausbreitung luft-fremder Stoffe bzw. deren Immis

30、sion abzuschtzen,zu berechnen und zu interpretieren. Zu aerologischenMessungen, das heit zur Messung meteorologischerGren in der freien Atmosphre, verwendet manentsprechend dem Aufgabengebiet fr Untersuchun-gen der oberen Atmosphre frei fliegende Ballonsund Flugzeuge. Fr Untersuchungen der Grenz-sch

31、icht werden traditionell Fesselballonsysteme oderzunehmend unbemannte Fluggerte (UAV) einge-setzt, die mit Messsonden bestckt sind. Neben Ver-tikalprofilen von u.a. Lufttemperatur, Luftfeuchte,Luftdruck sowie von Windrichtung und -geschwin-digkeit knnen in den bodennahen Luftschichtenauch horizontal

32、e Profile ermittelt werden.Die erfassten Messgren werden durch eine Daten-erfassung in elektrische Signale umgewandelt unddurch Funk zu einem Empfnger am Boden bertra-gen. Zur Positionsbestimmung kommen Theodolite,Radarverfolgung oder satellitengesttzte Systeme(GNSS) zum Einsatz.Fr spezielle Untersu

33、chungen, vor allem im Bereichder Forschung, kann diese Richtlinie nur einen An-halt geben.1 AnwendungsbereichDie Ausbreitung von Luftbeimengungen ist auervon Windrichtung, -geschwindigkeit, Temperatur undFeuchte in Bodennhe auch davon abhngig, wie sichdiese Gren mit zunehmender Hhe ber Grund ver-nde

34、rn (vertikales Wind-, Temperatur- oder Feuchte-profil bzw. vertikaler Temperatur- oder Feuchtegradi-ent). Die Mchtigkeit des zu betrachtenden Vertikal-bereichs hngt von der Aufgabenstellung ab.Ziel aerologischer Messungen ist es, die vertikalenVerteilungen der Messgren an einem festen Ort zueinem be

35、stimmten Zeitpunkt zu ermitteln. Im Allgemeinen werden aerologische Messungen frFragen der Luftreinhaltung in Hhen bis 3000 m berGrund durchgefhrt. Die horizontale Reprsentanzder ermittelten Gren liegt in der Grenordnungeiniger 10 km, wobei sie im unteren Hhenbereichdes Aufstiegs in starkem Ma von d

36、er Orografie ab-hngig ist.Fr Zwecke der Luftreinhaltung sind meist Informa-tionen erforderlich ber: Art und Hufigkeit von vertikalen Profilen derWindrichtung und -geschwindigkeit Mechanismus und vertikale Mchtigkeit orogra-fisch beeinflusster Windsysteme Hufigkeit und Andauer von Inversionen sowiede

37、ren Ober- und Untergrenze Hhe der Inversionserves inter alia to estimate, calculate and interpretthe transport, diffusion and concentration of air pol-lutants and respectively their immission. Aerologicalmeasurements, i.e. the measurement of meteorologi-cal variables in the free atmosphere, rely on

38、free bal-loons and aircraft for investigations of the upper at-mosphere, in accordance with the relevant task. In-vestigations of the boundary layer rely traditionallyon tethered balloon systems, or increasingly un-manned aerial vehicles (UAV), which are equippedwith measuring sensors. In addition t

39、o the verticalprofiles of inter alia air temperature, air humidity, airpressure, wind direction and wind speed, in the near-ground air layers it is also possible to obtain horizon-tal profiles.The acquired measurements are converted by a dataacquisition system into electric signals, and transmit-ted

40、 by radio to a receiver on the ground. Theodolites,radar-tracking and satellite-based systems (GNSS)are used to determine the position.For special investigations, especially in research, thisStandard can only provide general indications.1ScopeIn addition to wind direction, wind speed, tempera-ture a

41、nd humidity near ground level, the diffusion ofair pollutants also depends on the way that these var-iables change with altitude (vertical profiles of wind,temperature or humidity, vertical temperature or hu-midity gradient). The extend of the vertical range ofinterest depends on each particular tas

42、k.The objective of aerological measurements is to ob-tain the vertical distributions of the measured varia-bles at a fixed location at a particular time. In general, aerological measurements associated withair pollution are conducted at heights of up to 3000 mabove ground. The results are representa

43、tive in thehorizontal dimension over an order of magnitude of afew tens of kilometres; at the lower range of the as-cent, they depend considerably on the orographicconditions.For pollution prevention purposes, information ismostly required about: type and frequency of the vertical profiles of winddi

44、rection and wind speed mechanism and vertical extent of wind systems af-fected by orographic conditions frequency and duration of inversions and their up-per and lower limits height of the inversionB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1A29BEST Beuth

45、StandardsCollection - Stand 2017-02Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20174 VDI 3786 Blatt 8 / Part 8Fr Untersuchungen des globalen Transports vonLuftbeimengungen (z.B. Radioaktivitt, Vulkan-staub) knnen Messungen bis in die Stratosphre er-forderlich sein. Im Folgend

46、en werden nur die direkten“ Messver-fahren beschrieben, bei denen das Messgert mittelseines Ballons oder anderer Fluggerte an den Messortgebracht wird oder ein Ballon selbst als Hilfsmittelzur Bestimmung des Winds eingesetzt wird (Pilotauf-stiege).Bei aerologischen Sondierungen kann die Messungdes L

47、uftdrucks erforderlich sein, um mithilfe der ba-rometrischen Hhenformel eine Hhenzuordnungder gemessenen Temperaturen und Feuchten zu er-halten, sofern dies nicht durch die Positionsbestim-mung selbst erfolgt (siehe Anhang B).Fernerkundungsverfahren, wie Sodar-, Lidarverfah-ren (einschlielich Ceilom

48、eter), werden hier nicht be-handelt (siehe VDI 3786 Blatt 11 und Blatt 19).Investigations into the global transport of air pollut-ants (e.g. radioactivity, volcanic dust) may requiremeasurements up to and including the stratosphere. In the following discussion, only the “direct” meas-urement methods

49、 are described in which the measur-ing instrument is transported to the measurement siteby means of a balloon or some other aerial vehicle, orthe balloon itself is used to measure the wind (pilotedascent).In aerological sounding, it may be necessary to meas-ure the air pressure in order to obtain, through thebarometric height formula, a height correlation withthe measured temperatures and humidities, wherethis is not done through the determined position itself(