Способ определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности

Авторы патента:

Неижмак Андрей Николаевич (RU)

Расторгуев Игорь Поликарпович (RU)

Виноградов Николай Петрович (RU)

G01W1 - Метеорология

Владельцы патента RU 2491582:

Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки высоты расположения верхней границы мощных конвективных облачных образований. Сущность: измеряют радиационную температуру теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, температуру воздуха у поверхности Земли, приземное атмосферное давление, а также определяют температуру точки росы. По полученным данным рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью. Сравнивают рассчитанную температуру с измеренной радиационной температурой теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова. Если радиационная температура теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, равна рассчитанной температуре облачного воздуха на данной высоте или превышает ее, то за высоту верхней границы мощной конвективной облачности принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге. Технический результат: упрощение способа и расширение пространственных границ его применимости.

Изобретение относится к метеорологии, а именно к методам оценки высоты расположения верхней границы мощных конвективных облачных образований, и может быть использовано при метеорологическом обеспечении авиации и других отраслей экономики, а также для прогноза опасных метеорологических явлений и неблагоприятных условий погоды, связанных с мощной конвективной облачностью.

Известен способ определения высоты верхней границы облачности, основанный на проведении радиолокационной разведки погоды. Сущность радиолокационной разведки заключается в активном зондировании атмосферы, в результате которого по параметрам радиоэхо оценивают некоторые характеристики облачности, в том числе и высоту верхней границы (Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, ч.I. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С.451-454). К недостаткам данного подхода можно отнести редкую сеть радиолокационных станций и существенную зависимость качества зондирования от состояния атмосферы между станцией и целью.

Известен способ определения высоты верхней границы облачности, базирующийся на осуществлении воздушной разведки погоды. Воздушная разведка погоды представляет собой реальный полет пилотируемого летательного аппарата с целью оценки некоторых параметров состояния атмосферы (Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации Вооруженных Сил. М.: Воениздат, 1992. С.343).

К недостаткам следует отнести дороговизну, сложность осуществления, нерегулярность воздушной разведки погоды. Поэтому такие данные, хоть и наиболее объективные, могут получаться и применяться при решении ограниченного числа задач метеорологического обеспечения.

Из известных наиболее близким является способ определения высоты верхней границы облачности (Патент на изобретение RU №2323459 С2, G01W 1/00), заключающийся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли.

Недостатком данного способа является использование в решающем правиле эмпирического коэффициента, зависящего от среднего значения температуры воздуха у земли, который необходимо рассчитывать для каждого конкретного района.

Техническим результатом изобретения является расширение пространственных границ применимости способа определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности без уточнения эмпирического коэффициента.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности, заключающемся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, согласно изобретению, дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и определяют температуру точки росы, по результатам измерений рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью, сравнивают рассчитанную температуру с измеренной радиационной температурой теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и если Т_в≤Т_р, где Т_в - рассчитанное значение температуры облачного воздуха на данной высоте, Т_р - измеренная радиационная температура теплового излучения, уходящего от верхней границы облачного покрова, то за высоту верхней границы мощной конвективной облачности принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге.

Сущность изобретения.

Применение дополнительно данных о значениях приземного атмосферного давления и температуры точки росы позволяет при помощи известной адиабатической модели развития конвективного облака (Матвеев Л.Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. С.534-536) рассчитать температуру воздуха по высотам в конвективном облаке, что дает возможность применять способ для различных районов без учета местных эмпирических коэффициентов.

Способ реализуется следующим образом. С помощью радиометра ИК-диапазона, установленного, например, на космическом аппарате метеорологического назначения проводят измерения значений радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы интересующего участка мощной конвективной облачности. В этом же районе у поверхности земли проводят квазисинхронные измерения приземного атмосферного давления и температуры, определяют температуру точки росы. Измерение давления и определение температуры точки росы может быть выполнено, например, с использованием ртутного барометра и психрометра (Метеорологические измерения на аэродромах / Н.В.Бочарников [и др.]. СПб.: Гидрометеоиздат, 2008. С.272,295-302).

Применяя полученные данные приземных метеорологических наблюдений, можно определить температуру воздуха по высотам в конвективном облаке при помощи адиабатической модели развития конвективного облака следующим образом. Согласно указанной модели изменение состояния сухого воздуха, поднимающегося от поверхности земли до уровня конденсации, можно представить линейной зависимостью, что позволяет определить высоту уровня конденсации, то есть нижней границы облачности, температуру воздуха и атмосферное давление на данном уровне (выражения (8)-(10) в Неижмак А.Н., Марчуков С.В. Способ расчета высоты верхней границы конвективной облачности: гидрометеорологическое обеспечение. Экологическая безопасность и мониторинг (выпуск 1 часть 1): сб. статей / Воронеж: ВАИУ, 2010. С.119-121).

Выше уровня конденсации воздух является влажным, насыщенным водяным паром и изменение его состояния описывается влажноадиабатическим законом. Благодаря выделению скрытой теплоты парообразования изменение состояния влажного насыщенного воздуха можно считать линейным только на небольших участках. Поэтому моделируют подъем облачного воздуха с заданной дискретностью (например 10 гПа) по шкале давления. На каждом шаге подъема рассчитывают высоту расположения и температуру облачного воздуха (выражения (4)-(7) в Неижмак А.Н., Марчуков С.В. Способ расчета высоты верхней границы конвективной облачности: гидрометеорологическое обеспечение. Экологическая безопасность и мониторинг (выпуск 1 часть 1): сб. статей / Воронеж: ВАИУ, 2010. С.119-121). Когда его расчетная температура достигнет или станет ниже измеренной радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы мощной конвективной облачности, ход вычислений прекращают и, исходя из высоты расположения облачного воздуха на последнем шаге подъема, находят высоту верхней границы мощной конвективной облачности.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет определять высоту верхней границы мощной конвективной облачности в любом географическом районе без уточнения эмпирических коэффициентов по местным исходным данным.

Способ определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности, заключающийся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, отличающийся тем, что дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и определяют температуру точки росы, по результатам измерений рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью, сравнивают рассчитанную температуру с измеренной радиационной температурой теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и если Т_в≤Т_р, где Т_в - рассчитанное значение температуры облачного воздуха на данной высоте, Т_р - измеренная радиационная температура теплового излучения, уходящего от верхней границы облачного покрова, то за высоту верхней границы мощной конвективной облачности принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге.

Изобретение относится к области океанографии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн. .

Способ измерения общего содержания bro и oclo в стратосфере с использованием рассеянного солнечного излучения // 2490678

Изобретение относится к дистанционным оптическим способам контроля газового состава атмосферного воздуха. .

Способ определения режимов химического загрязнения атмосферы, способствующих формированию опасных концентраций приземного озона // 2489737

Изобретение относится к области мониторинга, в частности к мониторингу химически опасных объектов. .

Способ создания искусственных облаков парообразных щелочных и щелочноземельных металлов в верхней атмосфере земли и устройство для его осуществления // 2488265

Изобретение относится к исследованиям верхней атмосферы Земли и околоземного космического пространства методом искусственных светящихся облаков и может быть использовано, например, при активных воздействиях на атмосферные процессы.

Способ определения параметров турбулентной атмосферы // 2488095

Изобретение относится к физике атмосферы и может быть использовано при определении структурной характеристики показателя преломления, параметра Штреля и радиуса Фрида.

Измерительно-навигационный комплекс, устанавливаемый на лед // 2486471

Изобретение относится к комплексам для измерения параметров среды и может быть использовано при мониторинге окружающей среды. .

Устройство для дистанционного измерения параметров атмосферы // 2485676

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах дистанционного сбора информации о давлении, температуре и влажности атмосферы (воздуха).

Наукастинг появления геоэффективных потоков протонов в околоземном космическом пространстве // 2485557

Изобретение относится к области прогноза космической погоды, определяемой вспышечной активностью Солнца, и может быть использовано для прогноза геоэффективных последствий солнечных вспышек, в частности явлений нарушения коротковолновой радиосвязи, ухудшение определения местоположения по данным ГЛОНАСС/GPS навигации; повышение радиационной опасности для экипажей и пассажиров высотных самолетов с трассами полета в полярных областях, а также сбоям в работе бортовых космических приборов и возрастанию опасности радиационного поражения экипажей пилотируемых космических аппаратов.

Двухсредный исследовательский и навигационный комплекс с системой обеспечения точной навигационной привязки для подводных подвижных технических объектов // 2485447

Способ определения высоты верхней границы кучево-дождевой облачности // 2482521

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высоты верхней границы кучево-дождевой облачности. .

Способ прогноза геоэффективных солнечных вспышек // 2491583

Изобретение относится к области солнечно-земной физики и может быть использовано для краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек

Способ определения дифференциации нагрузок загрязняющих веществ по природным и антропогенным объектам подфакельного пространства атмосферных выбросов промышленного предприятия // 2492512

Изобретение относится к области инженерной экологии и может быть использовано для определения дифференциации нагрузок загрязняющих веществ по отдельным экологически значимым объектам, попадающим в подфакельное пространство аэропромвыбросов

Лазерный дистанционный способ оценки мгновенной скорости и направления ветра // 2494422

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в прикладной метеорологии для дистанционного измерения мгновенной скорости и направления ветра. Атмосферу облучают одним зондирующим лазерным пучком, регистрируют в течение времени измерения пространственные реализации сигналов обратного рассеяния атмосферы в зависимости от расстояния от лидара, выделяют на двумерной плоскости «время измерения - расстояние от лидара» произвольно выбранную неоднородность сигнала обратного рассеяния и определяют поперечную и продольную составляющие мгновенной скорости ветра используя анализ размеров неоднородности сигнала обратного рассеяния в двумерной плоскости «время измерения - расстояние от лидара». Изобретение обеспечивает получение приближенной оценки мгновенной скорости и направления ветра на горизонтальной трассе используя всего один лазерный пучок и упрощение обработки данных измерений. 5 ил.

Способ дистанционного оптического зондирования слабо рассеивающей атмосферы // 2495452

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик слабо рассеивающей атмосферы. Согласно способу осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, по пересекающимся трассам зондирования, проходящим по неколлинеарным направлениям. Осуществляют прием эхо-сигналов в точках посылки, осуществляют посылку световых импульсов по дополнительным трассам, каждая из которых пересекает все предыдущие трассы. Общее число трасс - не менее пяти. Характеристики атмосферы определяют по мощностям этих сигналов с использованием расчетных формул. Технический результат - повышение точности определений за счет корректного учета фоновой засветки атмосферы. 1 ил.

Способ определения высоты нижней границы облачности // 2497159

Изобретение относится к метеорологии, навигации и позволяет аппаратурно, в реальном масштабе времени определять высоту нижней границы облачности. Сущность изобретения: при помощи широкопанорамной автоматизированной сканирующей системы автоматически определяются наиболее контрастные участки, по которым определяется высота нижней границы облачности. При этом кадр, состоящий из M×N ячеек, разбивается на слои энергетической яркости. Пo скорости перемещения фрагмента облачного поля относительно ячеек (ячейковой скорости слоев) и высотной разности слоев, заданной по стандартной модели Земли, определяется высота нижней границы облачности. Технический результат - автоматизация определения высоты нижней границы облачности по смещению ее пространственной структуры излучения в реальном масштабе времени и расширение функциональных возможностей метеорологических наблюдений (например, дистанционное определение смерчей, опасных грозовых состояний облачности, тайфунов, оптической разведки движения летательных аппаратов как в дневное, так и в ночное время). 3 ил.

Способ контроля загрязнения атмосферного воздуха // 2498359

Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано для контроля атмосферного воздуха. Сущность: проводят сбор, анализ и ведение базы данных выбросов предприятий. Выбирают основные специфические индикаторные соединения для контроля на источниках выбросов - «отпечатки предприятий». Создают сеть автоматизированных станций контроля загрязнения атмосферного воздуха, места размещения которых определены по результатам анализа расчетов рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Проводят круглосуточный мониторинг, осуществляя непрерывное автоматическое измерение содержания загрязняющих веществ в атмосфере и на источниках загрязнения предприятий, замеры метеорологических параметров атмосферы. Устанавливают источник загрязнения по наличию в воздухе специфических индикаторных соединений. Сравнивают с результатами анализов на предприятии - источнике загрязнения, определяют причины возникновения и необходимость изменения технологического режима. Технический результат: повышение эффективности, достоверности и оперативности контроля. 2 табл.

Способ пространственной количественной оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха // 2503042

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля чистоты воздуха населенных мест. Сущность: проводят выбор территории, которую необходимо исследовать на предмет состояния уровня загрязнения атмосферного воздуха. На исследуемой территории в точках натурных замеров проводят натурные инструментальные замеры концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Карту исследуемой территории покрывают регулярной сеткой, выделяют на ней узловые точки и отмечают расположение точек, в которых были проведены натурные замеры. Выявляют все источники загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории и проводят сбор данных о параметрах выбросов от указанных источников загрязнения атмосферного воздуха. Затем выполняют расчет приземных концентраций загрязняющих веществ в точках натурных замеров и в узловых точках заданной регулярной сетки от указанных источников загрязнения атмосферного воздуха с применением стандартных математических моделей и программных средств. Для каждой точки, где имеются данные и расчета рассеивания, и натурных замеров, определяют коэффициент соответствия как отношение измеренной концентрации к рассчитанной. Далее точки натурных замеров концентраций загрязняющих веществ объединяют на карте непересекающимися отрезками в треугольники, образуя систему треугольников с вершинами в точках натурных замеров. Для каждого треугольника решают уравнение плоскости с установлением коэффициентов уравнения, зависящих от координат вершин треугольника - точек натурных замеров, и значений коэффициентов соответствия в них. Затем относят каждую узловую точку расчетной сетки к какому-либо треугольнику или устанавливают, что она лежит вне указанной системы треугольников. Для каждой узловой точки, лежащей внутри системы треугольников, рассчитывают коэффициент соответствия по уравнению плоскости соответствующего треугольника. А для узловых точек, лежащих вне системы треугольников, расчет коэффициента соответствия выполняют методом экстраполяции. Для этого значения коэффициента соответствия в узловой точке принимают равными коэффициентам соответствия в ближайшей точке, лежащей на внешней границе системы треугольников. Ранее рассчитанные приземные концентрации загрязняющих веществ в узловых точках заданной регулярной сетки умножают на полученные коэффициенты соответствия с получением уточненной концентрации загрязняющих веществ в узловых точках сетки. Затем строят карту пространственного распределения уточненных концентраций загрязняющих веществ, по которой количественно оценивают уровень загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории. Технический результат: повышение точности пространственной количественной оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха. 5 табл., 9 ил.

Способ обнаружения айсбергов // 2506614

Изобретение относится к области дистанционного зондирования ледяного покрова и может быть использовано для обнаружения айсбергов. Сущность: получают спутниковые радиолокационные снимки. Выделяют зоны аномального значения радиолокационного сигнала, сравнивая его с эталонным значением. Одновременно на изображении, полученном в оптическом диапазоне длин волн, определяют положение теней. В случае совпадения аномалий на радиолокационном снимке с соответствующими тенями на изображении, полученном в оптическом диапазоне длин волн, аномалии идентифицируют как айсберги. Через некоторое время повторяют описанные процедуры и прогнозируют траекторию движения айсберга, например, путем экстраполяции его положения на время, равное приему информации из следующего сеанса. После этого сравнивают наблюдаемое положение айсберга с прогнозируемым. При совпадении прогнозируемой траектории движения и отмеченной по данным наблюдений принимают окончательное решение о наличии айсберга. Технический результат: повышение достоверности определения айсбергов. 1 з.п.ф-лы.

Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата // 2509322

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. Способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата заключается в том, что сначала осуществляют замер температуры воздуха по психрометру. Затем замеряют влажность воздуха по стационарному психрометру и определяют скорость движения воздуха по анемометрам. Далее на основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения, а также температуры окружающих поверхностей в рабочей зоне - рассчитывают степень комфортности по следующей формуле: S=7,83-0 , 1tB-0,0968tO-0,0372Р+0,18v(37,8-tB), где tB - температура воздуха в рабочей зоне производственного помещения; tO - температура окружающих поверхностей в рабочей зоне; v - скорость движения воздуха, м/с; Р - парциальное давление водяных паров, рассчитываемое по формуле: Р=0,01φ×Рнас, мм рт.ст., где φ - относительная влажность воздуха, %; Рнас - парциальное давление водяного пара в насыщенном состоянии. После чего оценивают комфортность параметров микроклимата по следующей шкале: 1 - очень жарко; 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно; 4 - чувство комфорта; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно. При этом осуществляют замеры: температуры воздуха и его влажности по стационарному психрометру типа ВИТ-2, скорости движения воздуха по цифровому анемометру ATE-1034, а температуры окружающих поверхностей в рабочей зоне - с помощью контактного термометра с погружаемым зондом типа ТК5.01M. Техническим результатом является повышение эффективности, быстродействия и надежности срабатывания системы. 4 ил., 1 табл.

Способ определения вертикального профиля концентрации газов в атмосфере // 2510054

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения вертикального профиля концентрации различных газов в атмосфере. Сущность: излучают набор электромагнитных волн различной частоты в окрестности линии поглощения измеряемого газа. Регистрируют прошедшее атмосферу излучение приемником. Измеряют общее ослабление излучения, прошедшего атмосферу на излучаемых частотах. Сравнивают значения измеренного ослабления излучения с расчетными значениями общего ослабления излучения, полученными на основе априорных или стандартных данных о вертикальных профилях температуры, атмосферного давления и концентрации измеряемого газа. Причем для получения значений концентрации газа на заданной высоте измерения проводят на двух парах частот, расположенных на различных склонах линии поглощения измеряемого газа, которая соответствует заданной высоте. При этом используют линейную комбинацию ослаблений на указанных частотах. Технический результат: повышение точности измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.