Способ определения высот изотерм в конвективных облаках

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 Т_р теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, сравнивают со значением температуры искомой изотермы Т_И, и если Т_Р≤Т_И, 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 Т_В, сравнивают рассчитанное значение температуры Т_В со значением температуры искомой изотермы Т_И, и если Т_В<Т_И, 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 Т_р выше значения температуры изотермы Т_И, 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 Т_В 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 Т_В достигнет или станет ниже значения температуры изотермы Т_И, 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 Т_Р теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, сравнивают со значением температуры искомой изотермы Т_И, и если Т_Р≤Т_И, 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 Т_В, сравнивают рассчитанное значение температуры Т_В со значением температуры искомой изотермы Т_И, и если Т_В≤Т_И, то за высоту изотермы принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге.