Способ обнаружения очагов выпавшего дождя
Изобретение относится к метеорологии и наиболе эффективно может быть использовано для обнаружения и картирования геометрии полей осадков. Целью изобретения является повышение точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружение очагов дождя, выпадающего между пунктами наземной сети земледельческой зоны. Количество осадков периодически измеряют при помощи наземной сети, по измеренным значениям и с учетом географического положения устанавливают очаги выпавших осадков, а также ежесуточно измеряют состояния верхнего слоя почвы Кроме того, измеряют значения удельной эффективной площади рассеяния участков около 2 км через заданные интервалы при помощи искусственных спутников Земли одновременно с измерениями количества осадков, а о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами сети судят по измеренным значениям площади рассеяния в пределах почв одного типа вне пункта и охватывающего этот пункт 1 ил со с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4610270/10 (22) 09,11,88 (46) 07.06,91. Бюл. М 21 (71) Гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР (72) М.В.Бухаров, Т.Х,Геохланян и Г.В.Бугаева (53) 551.508.25 (088.8) (56) Алибекова Ж.Д. Пространственно-временная структура полей жидких осадков.—
Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с.77, 97.
Брылев Г.Б. и др. Радиолокационныехарактеристики облаков и осадков. — Л.: Гидрометеоиздат, 1986, с.4, 50.
Код для составления декадных и ежедневных агрометеорологических телеграмм, КН вЂ” 21. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988, с, 77, (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧАГОВ ВЫПАВШЕГО ДОЖДЯ (57) Изобретение относится к метеорологии и наиболе эффективно может быть испольИзобретение относится к метеорологии и наиболее эффективно может быть использовано для обнаружения и картирования геометрии полей осадков, выпавших в весенний, летний и осенний периоды на поверхность суши в пределах обширных аграрных районов страны, может быть использовано также для определения статистики выпадения очагов дождя в пределах аграрных территорий с редкой осадномерной сетью, что важно при решении задач прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур, для практики проектирования систем связи, линий передачи
„„Я „„1654759 А1 зовано для обнаружения и картирования геометрии полей осадков. Целью изобретения является повышение точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружение очагов дождя, выпадающего между пунктами наземной сети земледельческой зоны. Количество осадков периодически измеряют при помощи наземной сети, по измеренным значениям и с учетом географического положения устанавливают очаги выпавших осадков, а также ежесуточно измеряют состояния верхнего слоя почвы.
Кроме того, измеряют значения удельной эффективной площади рассеяния участков около 2 км через заданные интервалы при
2 помощи искусственных спутников Земли одновременно с измерениями количества осадков, а о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами сети, судят по измеренным значениям площади рассеяния в пределах почв одного типа вне пункта и охватывающего этот пункт. 1 ил. электроэнергии и разработки маршрутов движения авиалайнеров, Целью изобретения является повышение точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружение очагов дождя, выпадавшего в промежутках между пунктами наземной сети земледельческой эоны.
Выполнение способа обнаружения очагов выпавшего дождя позволяет регулярно выявлять в пределах всей земледельческой зоны страны все очаги выпавшего дождя, их геометрию и границы с погрешностью не хуже 1 — 2 км. Полученная таким образом ин1654759 формация может быть использована при решении задач прогноза и анализа характера метеорологических процессов в земледельческой зоне, при прогнозе урожайности культур и в других областях народного хозяйства. Указанное преимущество способа является следствием совместного использования наземных и спутниковых средств контроля за состоянием атмосферы и поверхности суши, а также установленных условий, обеспечивающих возможность однозначного определения очагов осадков, не наблюдаемых сравнительно редкой сетью наземных агрометстанций.
На чертеже представлена схема размещения используемых устройств и связи между ними, необходимые для реализации способа.
Система, реализующая предлагаемый способ, содержит наземные агрометеорологические станции (AMC) 1, радиолокационную станцию 2 бокового обзора (РЛСБО), размещенную на искусственном спутнике 3
Земли (ИСЗ), и центр 4 приема данных с приемной антенной 5, посредством которой центр 4 приема данных осуществляет получение результатов измерений с AMC 1 и
РЛСБО 2.
В качестве пунктов наземных АМС 1 могут быть использованы пункты действующей на территории СССР сети АМС, которые регулярно передают (по телеграфным каналам) в Гидрометцентр СССР результаты измерений количества осадков и состояния верхнего почвенного покрова в пределах станции, В качестве РЛСБО 2 может быть использована действующая в настоящее время
РЛСБО ИСЗ типа "Космос — 1500", которая установлена на ИСЗ "Океан", РЛСБО действует автоматически и проводит измерение значений удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) участков поверхности суши в полосе обзора шириной 450 км и длиной свыше 2000 км, В процессе измерений с помощью РЛСБО осуществляются следующие операции. Через антенну РЛСБО, имеющую узкую (в направлении полета) и веерообразную (в плоскости, ортогональной полету ИСЗ) диаграмму направленности, излучают (с периодом 0,01 с) импульсы (длительностью 3 мкс) вертикально поляризованного электромагнит-излучения (на длине волны 3 см). Излученные импульсы взаимодействуют с участками поверхности суши (в пределах площади элемента разрешения, близкой к 2.км ) и после рассеяния
Z принимаются антенной РЛСБО на той же поляризации, С помощью внутренних блоков РЛСБО выделяются значения огибаю5
55 щей мощности принятого (с каждого участка поверхности) после рассеяния излучения и преобразуются в электрические сигналы, значения которых пропорциональны УЭГ!Р соответствующих участков поверхности, Полученные таким образом электрические сигналы по системе связи передаются на наземный пункт приема, где они запоминаются на фотоносителях.
Способ реализуется следующим образом.
С помощью РЛСБО 2, установленной на ИСЗ 3, имеющем высоту орбиты, близкую к 650 км, и период обращения вокруг Земли, близкий к 90 мин в процессе полета ИСЗ над аграрными районами страны измеряют
УЭПР участков поверхности, каждый из которых имеет площадь, близкую к 2 км . Из2 мерения УЭПР проводят в весенний, летний и осенний периоды, когда на поверхности почвенного покрова отсутствуют заморозки и снежный покров, а состояние верхнего слоя (глубиной до 5 см) не влажнее мягкопластичного. Указанная высота ИСЗ обеспечивает возможность обзора за один виток полосы поверхности Земли шириной 450 км (при углах наблюдения p20 — 46 ) и длиной свыше 2000 км, что значительно больше расстояния между пунктами АМС. Вследствие этого в пределах каждой полосы обзора оказывается несколько AMC. Необходимость использования данных АМС вызвана тем, что значения УЭПР почвенного покрова зависят от многих трудноучитываемых факторов и в общем случае практически не могут быть рассчитаны иэ — эа неопределенности следующих параметров; шероховатости почвы, средней высоты растительности, профиля влаж ости верхнего слоя почвы и т.д.
Однако при определенных значениях средней влажности верхнего почвенного покрова и площади элементарных участков наблюдения, близкой к 2 км (что обеспечи3 ° вается с помощью РЛСБО океанографических ИСЗ) по значениям УЭПР оказывается возможным однозначное выявлени очагoB выпавших осадков, сумма которых за сутки до съема превышает 1 мм. При этих же условиях возможно и однозначное выявление районов, в пределах которых суточная сумма жидких осадков не превысила 0,2 мм.
Для выявления укаэанных ситуаций, относительно которых возможно однозначное дешифрирование очагов осадков по результатам измерений УЭПР, на AMC земледельческой зоны, попадающих в пределы полосы обэора РЛСБО, дополнительно измеряютт количества осадков, выпавших (с момента предшествующего стандартного измерения в 8.00 по местному времени) на
1654759 так далее оказывается минимальным из — эа относительно большой площади усреднения, С учетом этого о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами AMC, cyдят по выполнению условия 0; — 0 31 > К, где (f, oc, — значения УЭПР в дБ относительно 1 м исследуемых участков поверхности в пределах почв одного типа вне пункта АМС и охватывающего этот пункт соответственно. Причем в пределах охватываемого пункта AMC за предшествующие съемке с ИСЗ сутки должно быть зарегистрировано не более 0,2 мм осадков в виде дождя и состояние слоя верхнего почвенно45
55 момент измерения значений УЭПР, При этом время измерения УЭПР, соответствующее пролету ИСЗ над исследуемым районом, определяют по программе измерений; рассчитываемой и выдаваемой потребите- 5 лям (с заблаговременностью до двух недель) для соответствующего ИСЗ.
Результаты измерений УЭП Р, количества осадков и влажности верхнего слоя почвенного покрова далее по действующим в 10 настоящее время каналам связи поступают в центр 4 приема данных, например, через приемную антенну 5, где проводится их дальнейший анализ, Анализ совокупности результатов изме- 15 рений показал, что общгй характер связи количества выпавших за сутки осадков и величины измерения УЭПР (в пределах одного типа почвы) достаточно сложен, но имеет два характерных участка. Это участок 20 резкого возрастания УЭПР при сумме осадков менее 1 мм и слабого увеличения при сумме осадков более 1 мм. Причем относительное различие в чувствительности УЭПР к осадкам на этих двух участках достигает 25
30 раз и более для почв с мягкопластичным состоянием верхнего слоя или -более сухих, т.е. при таких условиях лив евые осадки (более 1 мм) дают как бы ска ек УЭПР на границе зоны осадков. Для более влажных 30 почв (текучих и липких, определяемых на
АМС) характер изменения УЭПР оказывается не такой резкий и вероятность однозначного дешифрирования границ очагов выпавшего дождя резко падает. Очаги до- 35 ждя (выпадающие в виде ливня) имеют линейные размеры примерно 1 — (10 — 20) км, вследствие чего при измерении УЭПР в пределах участков поверхности площадью, близкой к 2 км, такие очаги и их границы 40 еще могут однозначно распознаваться, а искажающее влияние (на величину УЭПР) неоднородностей почвенного покрова, защитных полос леса, речек, озер, дорог и го покрова (на начало суток измерения
УЭПР) должно быть не влажнее мягкопластичного; К вЂ” константа(измеряется, например, в дБ), величина которой зависит о средней высоты слоя преобладающего (на исследуемом участке поверхности) типа растительности и составляет 3 дБ для почв без растительности или с преобладанием низкой(менее 10 см) растительности. В противоположном случае, когда на пункте AMC за период от предшествующей суток до момента измерений УЭПР оказываются зарегистрированы осадки (дождь) в количестве более 1 мм, а состояние верхнего слоя почвы (по данным агрометстанций эа предшествующие сутки) не влажнее мягкопластичного, используется соотношение (f — о; — К, где о,", o С помощью действующей наземной сети AMC выявляется не более 5-10 от всех очагов выпавшего дождя, между тем как предлагаемым способом оказывается возможным выявить практически 100 очагов и с высокой точностью (до 1 км) определить их границы. Формула изобретения Способ обнаружения очагов выпавшего дождя, заключающийся в периодическом измерении количества осадков при помощи наземной сети агрометеорологических станций, по измеренным значениям которых и с учетом их географического положения устанавливают очаги выпавших осадков и их геометрию, а также в ежесуточных измерениях состояния верхнего слоя почвы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружения очагов дождя, выпавшего между пунктами наземной сети, дополнительно измеряют значения удельной эффективной площади рассеяния участков около 2 км поверхности суши через заданные интервалы времени в 1654759 Нопроблеиие gvucmow ОС 7 ра бО Составитель Н,Макаренко Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор И.Шулла Заказ 1949 Тираж 276 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 несколько суток при помощи искусственных спутников Земли одновременно с измерениями количества осадков, выпавших в течение суток к моменту измерения удельной эффективной площади рассеяния, о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами сети, судят по выполнению условия of — (Ct К где оР, с4, — значения удел ьной эффективной площади рассеяния в дБ относительно 1 м участков поверхности в пределах почв одного типа вне пункта и охватывающего этот пункт соответственно, К вЂ” константа, дБ, зависящая от средней высоты слоя растительного покрова менее 10 см, с учетом того, что в пределах охватываемого пункта за предыдущие сутки зарегистрирово не более 0,2 мм осадков в виде дождя и состояние верхнего слоя почвенного покрова не влажнее мягкопластичного, а геометрию и границы очагов определяют с учетом измерений сумм осадков 5 на пунктах сети по пространственному положению участков поверхности в пределах почв одного типа, для которых выполнено условие ojр — A@7 — К, где cPj, о5 — значения удельной эффективной площади рассеяния вне пункта сети, на котором к моменту измерения значения удельной эффективной площади рассеяния зарегистрировано более 1 мм осадков в виде дождя и состояние верхнего слоя почвенного покрова ко дню 15 измерения было не влажнее мягкопластичного, и участка поверхности с этим пунктом соответственно, 
