2 各种探测仪器的原理
2.1 风廓线雷达及其风场反演方法
风廓线雷达又称风廓线仪，顾名思义风廓线雷达提供的是风的廓线。在大气中随时存在着各种尺度的湍流，它们引起的折射指数的不均匀变化，对无线电波会产生散射作用。湍流存在于气流之中并随之移动，因此可以将湍流作为风的示踪物。风廓线雷达就是以晴空湍流作为探测目标，利用大气湍流对雷达电磁波的散射作用，探测大气风场。
由于风是一个矢量，要求雷达的天线具有三个或五个正交波束，通过测定每个波束方向风速引起的多普勒频移，在一定的假设条件下（湍流均匀、各向同性的假设下）就可计算出回波信号所在高度上的水平风向、风速和垂直气流速度。在一次测量中，风廓线雷达可以得到同一时刻不同高度层的水平风速风向廓线和垂直气流廓线。
基于风廓线雷达探测资料的风场反演方法常用速度-方位显示方法（Velocity Azimuth Display），称作VAD方法。
2.2 微型探空飞机及其风场反演方法
微型探空飞机是一种专门用于大气探测实验的气象飞机。它具有自动导航、自动驾驶功能。它采用GPS导航，在自动控制系统控制下完成预定航线的飞行，并实时地将飞机的轨迹和其他资料传送到地面，地面接收系统的微机显示飞机的经纬度和高度等数据。微型探空飞机的风场反演方法有水平空速归零测风方法和解析测风方法。本文采用水平空速归零测风方法。
水平空速归零测风方法就是利用微型无人驾驶飞机可以在很小的半径范围盘旋飞行的特点，使飞机在水平面上盘旋飞行，盘旋飞行一圈，相对空气而言，飞机回到了同一点，水平空速矢量之和为零，平均水平风速等于飞机平均水平地速。飞机在空中飞行时，相对地面的运动称为地速，相对空气的运动称为空速。空速（Vg）、地速（Va）和风速（V）的关系为：