Способ определения скорости приводного ветра

 

Использование: при дистанционном определении с аэрокосмических носителей метеорологических параметров атмосферы, а именно скорости приводного ветра в районах с конвективной атмосферной циркуляцией . Сущность: в каждой конвективной ячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналов Ui, U2. Us на трех периферийных участках с поперечными размерами 2-5 км и вычисляют значение модуля VK - скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах конвективной ячейки, и углов #1, #, д$ между направлением распространения электромагнитных сигналов и соответствующими направлениями векторов VK скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах соответствующих участков конвективной ячейки, а перед нахождением значений v0 определяют результирующие скорости vi, V2, va приводного ветра на каждом из трех периферийных участков конвективной ячейки . 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

(н)э G 01 W 1/08

- ТЕЫ;Ж

ИОТГ -.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5012213/10 (22) 21;11.91 (46) 07.09.93. 6юл. М 33 — 36 (76) Бухаров M. В. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

ПРИВОДНОГО ВЕТРА (57) Использование: при дистанционном определении с аэрокосмических носителей метеорологических параметров атмосферы, а именно скорости приводного ветра в районах с конвективной атмосферной циркуляцией. Сущность: в каждой конвективной ячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналов

01, 02, 0з на трех периферийных участках с поперечными размерами 2-5 км и вычисляИзобретение относится к определению метеорологических параметров посредством дистанционного зондирования с помощью электромагнитных волн сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, а точнее — с использованием способов дистанционного зондирования с аэрокосмических носителей, и наиболее эффективно может быть использовано при оперативном определении значений скорости приводного ветра над морской поверхностью B районах, где в перемещающейся атмосфере наблюдается дополнительная конвективная циркуляция открытого, либо закрытого типа, возникающая вследствие различия температуры морской поверхности и воздушной массы и имеющая горизонтальные пространственные масштабы от десятков до сотен километров.

„„RU„„ 2000583 С ют значение модуля v — скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах конвективной ячейки, и углов у, р, р между направлением распространения электромагнитных сигналов и соответствующими направлениями векторов чк скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах соответствующих участков конвективной ячейки, а перед нахождением значений vo определяют результирующие скорости vi, v2 чз приводного ветра на каждом из трех периферийных участков конвективной ячейки. 1 з, и. ф-лы, 2 ил.

Известен способ определения скорости ветра, заключающийся в преобразовании ее в пропорциональный электрический сигнал, формировании на его основе двух дополнительных сигналов, по результату сравнения которых с пороговыми значениями определяют скорости, соответствующие наличию шквалов ветра.

Недостатком известного способа является невозможность быстрого (за время менее 5 — 6 мин) получения поля скоростей приводного ветра.

Известен способ определения скорости приводного ветра, заключающийся в измерении с искусственного спутника Земли интенсивности радиолокационных сигналов, рассеянных в обратном направлении от морской поверхности с двух ортогональных

О

О

О (Л

Г) 2000583 направлений, по значениям которых судят о величине скорости ветра, Недостатком известного способа является относительно грубое пространственное разрешение на поверхности Земли, близкое к 70х20 км, которое не позволяет даже наблюдать контуры большинства ячеек атмосферной конвекции с диаметром до

100 км. Кроме того, погрешность определения направления ветра, составляющая примерно -200, является недостаточной для восстановления значений скорости ветра в районах с атмосферной конвекцией с диаметром даже в сотни километров.

Иэ известных наиболее близким по технической сущности является способ определения скорости приводного ветра, заключающийся в последовательном облучении со спутника радиолокационными сигналами различных участков морской поверхности. преобразования значений интенсивности радиолокационных сигналов, рассеиваемых участками морской поверхности в обратном направлении, в пропорциональные (интенсивности) электрические сигналы, по различию между которыми определяют границы конвективных ячеек, поле скоростей приводного ветра в которых искажено влиянием мезомасштабной атмосферной конвекции.

Несмотря на то, что известный способ впервые позволил на качественном уровне наблюдать изменение скорости приводного ветра конвективной циркуляцией в атмосфере, до настоящего времени еще нет способов количественного восстановления скорости такого ветра по значениям рассеянных сигналов. Одной из причин этого является значительная пространственная изменчивость и неопределенность направлений приводного ветра в пределах конвективной ячейки, вследствие чего количественное восстановление значений скорости ветра традиционными способами оказывается невозможным.

Целью изобретения является количественное определение скорости приводного ветра на периферии конвективных ячеек.

В способе определения скорости приводного ветра, при котором посылают спутниковым радиолокаторам бокового обзора электромагнитные сигналы в исследуемую область, принимают рассеянные в обратном направлении электромагнитные сигналы, выделяют конвективные ячейки и выявляют направление общего переноса атмосферы, измеряют значение угла а между направлением распространения электромагнитных сигналов и направлени5

55 ем общего переноса атмосферы, а при обработке результатов измерений вычисляют значение модуля скорости v> общего переноса атмосферы, в каждой конвективной ячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналов

01, 02, 0з на трех периферийных участках с поперечными размерами 2 — 5 км и вычисляют значение модуля v — скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах конвективной ячейки и углову, уг, 1р между направлением распространения электромагнитных сигналов и соответствующими направлениями векторов чк скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах

cooTB8TcTBóþùèõ участков конвективной ячейки, а после нахождением значения vp определяют результирующие скорости ч1, ч2, чз приводного ветра на каждом из трех периферийных участков конвективной ячейки, Причем наименьшая погрешность определения обеих компонент v< и чк скорости приводного ветра достигается при р = -90 и gi =90 . т. е. когда первый и втооой участки соответствуют началу и окончанию распространения электромагнитных сигналов конвективной ячейки со спутника, Необходимость выбора поперечных размеров участков не превышающими 2-5 км (но не менее 1 — 2 км) связана с тем, что во многих случаях область усиления приводного ветра на периферии конвективной ячейки является относительно узкой и не превышает этих размеров. Одинаковость размеров участков необходима для получения единого пространственного масштаба, с которым скорость ветра определяется для разных участков периферии конвективной ячейки.

Время. s течение которого необходимо проводить измерения в трех различных участках периферии конвективной ячейки, не должно превышать 3-5 мин, т. к., в противном случае, из-эа изменения температуры атмосферы размеры конвективной ячейки могут увеличиться, либо уменьшиться и, соответственно, во всех трех участках синхронно может измениться значение vK.

Предложенный способ позволяет определять скорость приводного ветра не только на периферии конвективных ячеек, где ветер максимален, но и в пределах всей поверхности, охватываемой ячейкой. Для этого необходимо только выбирать соответствующие три участка таким образом, чтобы они располагались в пределах одной и той же окружности, концентричной к периферии ячейки. Кроме того, поскольку скорость при2000583

45

55 водного ветра вблизи центральных участков конвективных ячеек мала (в большинстве случаев не превышает 3 — 5 м/с), а следовательно, мало и значение сигналов (Vi=1, 2.

3), необходимо, чтобы уровень собственных шумов используемого радиолокатора бокового обзора (РЛС БО) был значительно меньше измеряемых сигналов 0ь

На фиг. 1 представлены геометрия облучения со спутника района морской поверхности с атмосферной конвекцией. тремя участками(1-3) на периферии конвективной ячейки и соответствующие им компоненты вектора скорости приводного ветра и их углы; на фиг. 2 представлены графики радиолокационных контрастов k31=U3/Ui и

1з2=0з/U2, рассчитанные для РЛС БО при разных углах а и значениях ч /ч, 0,25 (кривая 4),0,5(кривая 5) и 1(кривая 6). При этом участок 3 выбран соответствующим наибольшему из возможных значений сигнала

Ui на периферии ячейки

Для подтверждения возможности осуществления изобретения рассмотрим конкретный пример реализации способа применительно к определению скорости приводного ветра на периферии ячеек с открытой атмосферной конвекцией, которые наблюдаются при съемке морской поверхности с помощью РЛ С БО (длина волны 3 см, размер элемента разрешения 1 — 2 км), отечественных океанографических спутников типа "Океан" или "Космос-1500".

Способ реализуется следующим образом, В процессе полета спутника над морской поверхностью с помощью РЛС БО ее последовательно облучают радиолокационными сигналами (длительность импульса 3 мкс), принимают компоненты сигнала, рассеянные в обратном направлении, преобразуют их в электрические сигналы, пропорциональные интенсивности излучения, рассеянного каждым участком морской поверхности, передают эти электрические сигналы на наземный пункт приема (например, в r, Москве) и запоминают их на фотоносителе (с помощью фототелеграфного аппарата) или на магнитной ленте, либо на магнитной дискете. В последних случаях для визуализации запомненных значений сигнала они выводятся на дисплей (например, устройства "PerlcoIor — 2000" или персональной ЭВМ типа IBM PC/АТ), По представленным в виде радиолокационных изображений значениям электрических сигналов визуально определяют положение конвективных ячеек, т. е. районы, поле скоростей приводного ветра в которых искажено влиянием атмосферной

35 конвекции. При этом также определяют тип конвективной циркуляции — открытая или закрытая. Для этого дополнительно используют, например, результаты близких(за 3-6 ч) по времени (к моменту съемки РЛС БО) предшествующих судовых измерений скоростей ветра, которые нанесены на синоптическую карту района съемки РЛС БО.

Из всех наблюдающихся на виэуализированном радиолокационном изображении конвективных ячеек отбирают только такие, которые имеют круговую или близкую к ней (D>/D4 1,3) форму. В пределах каждой такой ячейки на ее периферии определяют координаты трех участков (см. фиг. 1) с поперечными размерами от 2х1 до 5х5 км, например, 4х4 км, Причем в качестве третьего участка целесообразно выбрать участок с наибольшими значениями сигналов, т. к. при этом минимизируется погрешность дальнейшего определения скорости, после чего по запомненным (на магнитной ленте или дискете) значениям электрических сигналов для этих участков определяют средние арифметические (в пределах каждого участка) значения сигналов. либо просто измеряют значения сигналов, если размеры выбранных участков равны размеру элемента разрешения РЛС БО (21 км ).

В пределах каждой конвективной ячейКи VQ И гХ ПОСТОЯННЫ. а Чк поСТОЯННа по величине на периферии ячейки. Учитывая это и задавая значения gI от -180 до +1800 рассчитывают значение модуля и угла для вектора скорости приводного ветра на всей периферии ячейки.

Реализация предложенного способа позволяет не только количественно и более детально исследовать пространственную структуру поля приводного ветра в районах с атмосферной конвекцией, но и получать новые знания о характере протекания синоптических процессов. Предложенный способ обеспечивает возможность обнаружения ранее не распознававшегося при спутниковой съемке нового типа двухмасштабной атмосферной конвекции, а также распознать ситуацию. соответствующую зарождению циклонического вихря на вторичном холодном фронте.

Формула изобретения

Способ определения скорости приводного ветра, при котором посылают спутниковым радиолокатором бокового обзора электромагнитные сигналы в исследуемую область, принимают рассеянные в обратном направлении электромагнитные сигналы, выделяют конвективные ячейки и выявляют направление общего переноса ат20005S3 яогроЮяеиие иХюуцеюеия

Queue(u мчЖлаюи ,аьру ю мосферы. измеряют значение угла ао между направлением распространения электромагнитных сигналов и направлением общего переноса атмосферы, а при обработке результатов измерений вычисляют значение модуля скорости чо общего переноса атмосферы, отличающийся тем, что в каждой конвективной ячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналов Ul, 02, U3 на трех периферийных участках с поперечными размерами 2-5 км, вычисляют значение модуля чк — скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах конвективной ячейки, и углов у1,, у3 между направлением распространения электромагнитных сигналов и соответству5 ющими направлениями векторов v скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах соответствующих участков конвективной ячейки, а после нахождения значения vo

10 определяют результирующие скорости ч1, vz, v3 приводного ветра на каждом из трех периферийных участков конвективной ячейки.

2000583

-Ю

ffpt

М7

Фиг 2

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101

Редактор

Заказ 3078

Составитель Т.Иванова

Техред M.Ìîðråíòâë Корректор Е. Папп

Тираж Подписное

НПО -"Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5