Способ определения высот изотерм в конвективных облаках



 


Владельцы патента RU 2549535:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высот изотерм в мощных конвективных облаках. Сущность: измеряют наименьшую радиационную температуру () теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, а также температуру воздуха у поверхности Земли, соответствующую этому же району. Сравнивают значение температуры со значением температуры () искомой изотермы. Если , то дополнительно измеряют приземной атмосферное давление и определяют температуру точки росы. С использованием полученных данных рассчитывают температуру () воздуха в конвективном облаке по высотам с заданной дискретностью. Сравнивают рассчитанное значение температуры со значением температуры искомой изотермы. Если , то за высоту изотермы принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге. Технический результат: возможность определения высоты любой изотермы в конвективной облачности, а также возможность применения способа для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

 

Изобретение относится к метеорологии, а именно к методам определения высот расположения различных изотерм в мощных конвективных облаках, которые могут генерировать опасные метеорологические явления, например грозу, град, интенсивные осадки.

Информация о высотах изотерм в таких облаках необходима для осуществления метеорологического обеспечения авиации, при проведении мероприятий противоградовой защиты, а также для прогноза опасных метеорологических явлений, связанных с конвективной облачностью.

Известен способ определения параметров состояния атмосферы, в том числе и температуры воздуха, на различных высотах с помощью поднимаемых в атмосферу радиозондов на свободно летящем шаре (Приходько М.Г. Справочник инженера-синоптика. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С.229).

Недостатком данного способа является разреженность сети радиозондировочных станций, а также дискретность по времени циклов радиозондирования. Кроме того, вследствие осуществления радиозондирования со стационарных станций очень мала вероятность пролета радиозонда через конкретное облако.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ определения высот изотерм в конвективных облаках (Патент на изобретение RU №2193787 С2, G01W 1/00), заключающийся в измерении наименьшей радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, соответствующей этим же районам.

Недостатком данного способа является ограниченность его применения только для определения высоты нулевой изотермы, а также необходимость использования эмпирических коэффициентов, зависящих от сезона и района измерений.

Техническим результатом изобретения является возможность определения высоты любой изотермы в конвективной облачности, а также расширение границ применимости способа для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения высот изотерм в конвективных облаках, заключающемся в измерении наименьшей радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры Тр воздуха у поверхности Земли, соответствующей этим же районам, согласно изобретению наименьшее значение радиационной температуры Тр теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, сравнивают со значением температуры искомой изотермы ТИ, и если ТР≤ТИ, то дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и определяют температуру точки росы, с использованием полученных данных рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью ТВ, сравнивают рассчитанное значение температуры ТВ со значением температуры искомой изотермы ТИ, и если ТВИ, то за высоту изотермы 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 определения высоты любой изотермы в конвективном облаке для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

Способ реализуется следующим образом. С помощью радиометра ИК-диапазона, установленного, например, на космическом аппарате метеорологического назначения, проводят измерения наименьших значений радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы интересующего участка мощной конвективной облачности. Эта процедура необходима для уточнения самого факта наличия в облаке температур, соответствующих значению температуры искомой изотермы. Если измеренное значение радиационной температуры теплового излучения Тр выше значения температуры изотермы ТИ, значит, температура облачного воздуха во всем слое рассматриваемой конвективной облачности выше значения температуры изотермы. Если же искомая изотерма находится в пределах рассматриваемого облака, далее в этом же районе у поверхности Земли проводят 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 ТВ 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 достаточно легко определить высоту уровня конденсации, то есть нижней границы облачности, температуру воздуха и атмосферное давление на данном уровне (выражения (1)-(4) в: Неижмак А.Н., Марчуков С.В. Методика расчета высоты изотермических поверхностей в облачном слое. Мат. XI Междунар. научно-метод. конф. Информатика: проблемы, методология, технологии (10-11 февраля 2011 г.). - Воронеж: Издат.-полиграф. центр ВГУ, 2011. Т.2. - С.109-112).

Выше уровня конденсации воздух является 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 (5)-(8) в: Неижмак А.Н., Марчуков С.В. Методика расчета высоты изотермических поверхностей в облачном слое. Мат. XI Междунар. научно-метод. конф. Информатика: проблемы, методология, технологии (10 - 11 февраля 2011 г.). - Воронеж: Издат.-полиграф. центр ВГУ, 2011. Т.2. - С.109-112). Когда его расчетная температура ТВ достигнет или станет ниже значения температуры изотермы ТИ, высоту которой необходимо определить, ход вычислений прекращают и, исходя из высоты расположения облачного воздуха на последнем шаге подъема, определяют высоту изотермы.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет получить качественно новый результат, а именно определить высоту любой изотермы в пределах конвективной облачности для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

Способ определения высот изотерм в конвективных облаках, заключающийся в измерении наименьшей радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, соответствующей этим же районам, отличающийся тем, что наименьшее значение радиационной температуры ТР теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, сравнивают со значением температуры искомой изотермы ТИ, и если ТР≤ТИ, то дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и определяют температуру точки росы, с использованием полученных данных рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью ТВ, сравнивают рассчитанное значение температуры ТВ со значением температуры искомой изотермы ТИ, и если ТВ≤ТИ, то за высоту изотермы принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экологическим системам сбора и обработки информации и может быть использовано для диагностики состояния атмосферы промышленного региона.

Изобретение относится к области построения доплеровских лидаров и лазерных доплеровских измерителей скорости, предназначенных для измерения скорости ветра и выявления турбулентных процессов в атмосфере.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля качества воздуха на объектах с искусственной средой обитания человека, например для контроля качества воздуха промышленных городов.

Изобретение относится к гидрохимии болот и может быть использовано для измерения фоновых концентраций веществ в болотных водах. Сущность: выделяют однородные участки болота на основе анализа глубин торфяной залежи и болотных фитоценозов.

Изобретение относится к устройствам цифровых вычислений и обработки данных в области техники предупреждения аварийных ситуаций. Технический результат заключается в расширении арсенала систем контроля безопасности объектов и в повышении надежности и расширении функциональных возможностей интегрированной системы мониторинга для предупреждения возможного возникновения нештатной (аварийной) ситуации, с использованием интегрированной оценки комплексной безопасности опасного производственного объекта (КОБО ОПО), формируемой программным путем.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки интегральной влажности атмосферы над океаном. Сущность: получают значения радиояркостных температур по пяти радиометрическим каналам, имеющим частоты 10,65 ГГц, 18,7 ГГц, 36,5ГГц горизонтальной поляризации и 23,8 ГГц вертикальной и горизонтальной поляризаций.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для мониторинга загрязнения природной среды от техногенного точечного источника аэрозольно-пылевых загрязнений.

Система локализованного контроля утечек горючего газа по первичным параметрам измерительных устройств включает стационарные датчики-газоанализаторы горючих газов, систему автоматического управления, содержащую блок звуковой и световой сигнализаций, блок управления датчиками-газоанализаторами.

Изобретение относится к области физики атмосферы и может быть использовано в метеорологических целях. Сущность: по данным о координатах точки оценки, дате и времени оценки вычисляют внеатмосферные спектральные потоки солнечной радиации, сечения поглощения озона, коэффициенты ослабления солнечной радиации в результате рассеяния газами, оптическую массу атмосферы.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для получения изображений земной поверхности через турбулентную атмосферу.

Изобретение относится к области воздушного радиационного мониторинга. Сущность: получают изображения участков в диапазоне видимых длин волн, а также в диапазоне длин волн флуоресценции атмосферного азота под воздействием ионизирующих излучений с помощью матричных фоточувствительных детекторов. По изображениям участков незагрязненной местности определяют отношение контраста соседних элементов изображения видимого диапазона спектра и аналогичного контраста изображения в диапазоне флуоресценции азота. В процессе мониторинга постоянно определяют значение данного отношения контрастов для всех элементов получаемых изображений. Если получаемая величина отличается от значения, определенного для участка незагрязненной местности, то участки местности, изображение с которых регистрировалось рассматриваемыми элементами матричных фоточувствительных детекторов, считают радиоактивно загрязненными. Технический результат: повышение достоверности результатов мониторинга. 2 ил.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены четырьмя наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (17) - на носителе (18), выполненном в виде зонда, сочлененного с якорно-буйрепным устройством (19). Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды, многолучевого эхолота, гидролокатора бокового обзора. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя радиационной температуры морской поверхности, измерителя спектральных яркостей неба, моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый набор (17) состоит из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде. Спутниковые средства измерений включают лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, устройство (6) определения координат судна, устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения вертикального профиля концентрации различных газов в атмосфере. Сущность: измеряют собственное излучение атмосферы и фона на некотором наборе частот в окрестности линии поглощения измеряемого газа. Вычисляют расчетные значения собственного излучения атмосферы и фона на основе априорных или стандартных данных о вертикальном профиле температуры, атмосферного давления, концентрации измеряемого газа, излучения фона. Рассчитывают отклонение профиля измеряемого газа от стандартного по различию между измеряемыми и расчетными значениями собственного излучения на выбранном наборе частот. Для получения сведений о концентрации измеряемого газа на заданной высоте измеряют разность собственного излучения (дифференциальный сигнал) на первой паре частот, расположенных на низкочастотном склоне линии поглощения измеряемого газа, которая соответствует заданной высоте. Измеряют такую же разность на второй паре частот, расположенных на высокочастотном склоне той же линии. По отклонению линейной комбинации разностных (дифференциальных) сигналов от ее расчетного значения для стандартных атмосферы и фона вычисляют концентрацию газа на заданной высоте. Технический результат: повышение точности измерений. 5 ил., 2 табл.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены пятью наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (18) - на дрейфующих буях, а пятый (19) - на спускаемых за борт зондах. Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый (18) набор состоит из датчиков измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн. Пятый (19) набор состоит из устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов на двенадцати горизонтах до глубины 250 м. Спутниковые средства измерений включают устройство (6) определения координат судна и устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) корректировки спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение информативности и достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к дистанционным способам радиационных исследований и может быть использовано для выявления радиационных загрязнений поверхности Земли. Сущность: на основе анализа излучений в инфракрасном диапазоне частот 8-14 мкм создают карты распределения латентного тепла в атмосфере. Создают карты распределения оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды в атмосфере на основе излучений, полученных в сантиметровом и миллиметровом диапазонах спектра. Сравнивают данные по аномалиям к фону латентного тепла и аномалиям к фону оценочных поправок к химическому потенциалу паров воды. Места совпадения аномальных зон по обеим картам выделяют как места радиационных загрязнений. Технический результат: повышение точности обнаружения мест локальных радиоактивных загрязнений. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано для предупреждения экипажа воздушного суда (ВС) о слепящем воздействии низко расположенного над горизонтом солнца при посадке. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого система содержит датчик яркости фона 1, анализирующий блок 2 и информационный блок 3. При этом телесный угол приемного устройства датчика яркости фона 1 строго соответствует оптимальному сектору обзора командира воздушного судна при посадке 8; ориентация центральной оптической оси датчика яркости 1 строго соответствует направлению взгляда командира ВС на заключительном этапе снижения и посадки на обеспечиваемую взлетно-посадочную полосу (ВПП) 4 с заданным курсом; анализирующий блок 2 обеспечивает сопоставление значения измеренной яркости с верхним предельным значением яркости наблюдаемой поверхности при нормальной операторской деятельности; информационный блок 3 обеспечивает доведение до экипажей ВС и органов обслуживания воздушного движения информации об ограниченной до «нулевой» посадочной видимости в направлении посадочного курса вследствие слепящего воздействия солнца. 1 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высот изотерм в мощных конвективных облаках. Сущность: измеряют наименьшую радиационную температуру теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, температуру воздуха у поверхности Земли, соответствующую этому же району, приземное атмосферное давление и высоту нижней границы облачности. По результатам измерений рассчитывают температуру воздуха от верхней до нижней границы конвективного облака с заданной дискретностью. Сравнивают рассчитанное значение температуры со значением температуры искомой изотермы. Если , то за высоту изотермы принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге. Технический результат: возможность определения высоты любой изотермы в конвективной облачности, а также возможность применения способа для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

Изобретение относится к способам специализированного гидрометеорологического прогнозирования и может быть использовано для прогнозирования температуры рельса. Сущность: с помощью мезомасштабной модели WRF моделируют изменения гидрометеорологических параметров. Для этого в качестве фонового прогноза берут прогностические поля метеопараметров, полученные в результате работы глобальной модели общей циркуляции атмосферы и океана NCEP. Формируют начальные и граничные условия. После этого производят их уточнение по данным от метеорологического радиолокатора и специализированных станций. В результате получают прогностические значения гидрометеорологических параметров (потока приходящей коротковолновой радиации SWDOWN, потока приходящей длинноволновой радиации GLW, значения турбулентного потока тепла HFX). По данным от специализированных метеорологических станций, расположенных вдоль железнодорожной магистрали, и прогностическим значениям гидрометеорологических параметров прогнозируют температуру рельса. Технический результат: повышение качества гидрометеорологического прогнозирования. 1 ил.

Изобретение относится к области океанологии и может быть использовано для получения полей температуры океана в оперативном режиме. Заявлен способ оценки температуры поверхности океана по измерениям спутниковых микроволновых радиометров путем получения значений радиояркостных температур (Тя) по радиометрическим каналам и вычисления значения температуры поверхности океана (Ts) с использованием зависимости, учитывающей значение радиояркостных температур и коэффициентов настроенной Нейронной Сети. Используются четыре радиометрических канала, которые имеют следующие частоты и поляризационные режимы: υ1=6.9 ГГц горизонтальной поляризации, υ2=6.9 ГГц вертикальной поляризации, υ3=10.65 ГГц горизонтальной поляризации и υ4=10.65 ГГц вертикальной поляризации. Моделируется ослабление излучения слоем осадков до 30 мм/ч, что позволяет получать оценки температуры поверхности океана в широком диапазоне состояний океана и атмосферы для всего диапазона температур океана в условиях, включающих наличие мощной облачности и осадков до 30 мм/ч. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки интегральной влажности атмосферы над океаном. Сущность: получают значения радиояркостных температур по четырем радиометрическим каналам, имеющим частоты 18,7 ГГц и 36,5ГГц горизонтальной поляризации и 23,8 ГГц вертикальной и горизонтальной поляризаций. Вычисляют значения интегральной влажности с использованием зависимости, учитывающей значения радиояркостной температуры и коэффициентов настроенной Нейронной Сети. При этом численные значения упомянутых коэффициентов настроенной Нейронной Сети получают математическим моделированием уходящего излучения системы Океан - Атмосфера и проведением численного эксперимента с использованием Нейронных Сетей в качестве оператора решения обратной задачи с последующей настройкой способа на совмещенных в пространстве и во времени глобальных спутниковых и наземных измерениях. Технический результат: повышение точности оценки, расширение диапазона условий применения.
Наверх