Способ оценки высот изотерм в конвективной облачности

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 метеорологии, а именно к методам оценки вертикального распределения температуры в конвективной облачности.

Информация о вертикальном распределении температуры в конвективной облачности необходима для осуществления метеорологического обеспечения авиации, при проведении мероприятий противоградовой защиты, а также для прогноза опасных метеорологических явлений, связанных с указанной облачностью.

Известен способ определения параметров 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 того что радиозондирование осуществляется со стационарных станций, а атмосферные процессы динамичны, высока вероятность пролета радиозонда вне облачной массы.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ определения высоты нулевой изотермы в 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 расположения уровня с температурой 0°С, а также необходимость использования эмпирических коэффициентов, зависящих от сезона года и района измерений.

Техническим результатом изобретения является возможность оценки высоты любой изотермы во всем объеме конвективного облака от его нижней до верхней границы с необходимой дискретностью, а также расширение границ применимости способа для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе оценки высот изотерм в конвективной облачности, заключающемся в измерении наименьшей радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, соответствующей этим же районам, согласно изобретению дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и высоту нижней границы облачности, по результатам измерений пошагово с заданной дискретностью рассчитывают температуру воздуха ТВ в конвективном облаке от его нижней до верхней границы, 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.

Сущность изобретения

Применение дополнительно данных о значениях приземного атмосферного давления и высоты нижней границы облачности позволяет при помощи известной адиабатической модели развития конвективного облака (Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. С.106) определить с заданной дискретностью температуру воздуха по высотам в конвективном облаке для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

В рамках данной модели реализован процесс адиабатического (без теплообмена с окружающей атмосферой) подъема единичного объема влажного воздуха. До тех пор пока влажный воздух не насыщен, то есть содержащийся в нем водяной пар не достиг состояния насыщения и не начал конденсироваться, его состояние изменяется по сухоадиабатическому закону. Внутренняя энергия воздуха при подъеме расходуется на работу против внешних сил давления, то есть температура понижается, доля пара остается постоянной, относительная влажность возрастает. Таким образом, наступает момент, когда поднимающийся воздух достигает состояния насыщения. Данный уровень называется уровнем конденсации и соответствует нижней границе облачности. Продолжающееся охлаждение воздуха, связанное с его дальнейшим подъемом, обусловливает конденсацию водяного пара. При конденсации выделяется скрытая теплота парообразования, вследствие чего температура воздуха понижается медленнее (по влажноадиабатическому закону). В результате выделения скрытой теплоты парообразования рассматриваемый объем воздуха становится теплее окружающего и продолжает подъем в атмосфере под действием силы плавучести. Ее действие продолжается до тех пор, пока поднимающийся облачный воздух охладится до температуры окружающей атмосферы. Данный уровень называют уровнем конвекции и принимают за верхнюю границу конвективной облачности.

Модель позволяет оценить температуру внутри конвективного облака на любой высоте от его нижней границы до верхней. На каждом шаге моделирования, начиная от нижней границы облачности, определяют высоту и температуру поднимающегося охлаждающегося воздуха ТВ. Сравнивают полученную ТВ с температурой изотермы ТИ, высоту которой необходимо определить, и, когда поднимающийся воздух охладится до ТИ, принимают высоту расположения облачного воздуха на данной итерации за высоту изотермы с температурой ТИ.

Верхняя граница облака ограничена изотермой с наименьшей радиационной температурой ТР. Определение высоты изотермы с температурой ТИ ограничивают данным уровнем, а также не осуществляют совсем, если ТИ≤ТР, что означает расположение уровня искомой изотермы с температурой ТИ вне облака, выше его верхней границы.

Применение описанной модели развития конвективного облака необходимо для того, чтобы определять температуру воздуха по высотам в конвективном облаке для различных регионов и сезонов без эмпирических коэффициентов, определяемых посредством применения аппарата математической статистики.

Способ реализуется следующим образом. С помощью радиометра ИК-диапазона, установленного, например, на космическом аппарате метеорологического назначения, проводят оценку наименьших значений радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы интересующего участка конвективной облачности ТР. Если ТР≤ТИ, что означает наличие в облаке температур, соответствующих значению температуры искомой изотермы ТИ, то в этом же районе у поверхности Земли проводят измерения приземного атмосферного давления, температуры и высоты нижней границы облачности. Измерение давления и высоты нижней границы облачности может быть выполнено, например, с использованием ртутного барометра и светолокационного устройства измерения высоты нижней границы облаков (Метеорологические измерения на аэродромах / Н.В. Бочарников [и др.]. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2008. С.200-202, 272).

Применяя полученные данные приземных метеорологических наблюдений, можно оценить высоты изотерм в конвективной облачности при помощи адиабатической модели ее развития следующим образом. Согласно указанной модели изменение состояния сухого воздуха, поднимающегося от поверхности Земли до уровня конденсации, представляют линейной зависимостью. Это позволяет определить температуру воздуха и атмосферное давление на уровне конденсации, то есть на уровне нижней границы облачности (выражения (1) и (2) 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 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 оценить высоту любой изотермы в пределах конвективной облачности для различных районов и сезонов без уточнения эмпирических коэффициентов.

Способ оценки высот изотерм в конвективной облачности, 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 дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и высоту нижней границы облачности, по результатам измерений пошагово с заданной дискретностью рассчитывают температуру воздуха ТВ в конвективном облаке от его нижней до верхней границы, 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 метеорологическому приборостроению и может быть использовано для предупреждения экипажа воздушного суда (ВС) о слепящем воздействии низко расположенного над горизонтом солнца при посадке.
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.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик.

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.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик.

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.

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.

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 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.

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга природной среды и касается способа определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров. Способ включает синхронную съемку поверхности установленными на космическом носителе цифровой видеокамерой и гиперспектрометром, выделение методами пространственного дифференцирования функции яркости видеоизображения контура пожара, калибровку яркости пикселей внутри контура, расчет по измерениям гиперспектрометра концентрации вредных выбросов от пожара по эталонному затуханию дважды прошедшего атмосферу светового луча в полосе поглощения кислорода 761…767 нм и его затуханию в видимом диапазоне. Объем выбросов определяется из соотношения V=mΣ·S·H·A, где mΣ - средняя концентрация вредных выбросов от пожара, S - площадь контура пожара, Н - высота источника выбросов (древостоя), А - метеорологический коэффициент высотной температурной стратификации атмосферы. Технический результат заключается в обеспечении возможности количественного определения объема выбросов. 8 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области физики атмосферы и атмосферного электричества и может быть использовано для обнаружения когерентных турбулентных структур приземной атмосферы и определения их пространственно-временных масштабов. Сущность: проводят синхронную регистрацию сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций в нескольких точках, разнесенных в линию на фиксированные расстояния, с заданным временным разрешением над земной поверхностью на фиксированной высоте. Измеряют горизонтальную скорость воздушного потока с последующим определением ее среднего значения за время измерения. Строят усредненную структурную функцию аэроэлектрических турбулентных пульсаций и кривую ее аппроксимации. Выявляют когерентные турбулентные структуры приземной атмосферы по наличию уровня постоянных значений структурной функции. Измеряют временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций, соответствующих когерентным турбулентным структурам приземной атмосферы. Определяют высоту когерентных турбулентных структур приземной атмосферы по горизонтальной координате точки пересечения уровня постоянных значений и кривой аппроксимации усредненной структурной функции. Определяют ширину когерентных турбулентных структур приземной атмосферы как произведение среднего значения горизонтальной скорости воздушного потока на временной интервал регистрации сигналов аэроэлектрических турбулентных пульсаций. Технический результат: повышение точности определения когерентных турбулентных структур атмосферного пограничного слоя. 3 ил.

Изобретение относится к области океанографии и может быть использовано для определения характеристик поверхностных морских течений. Сущность: двухполяризационные радиолокационные изображения трансформируют в два новых изображения, которые несут информацию о спектре коротких Брэгговских волн и обрушений ветровых волн. Посредством совместной обработки полученных изображений определяют величину дивергенции течений, а также ее продольный и поперечный размеры. Технический результат: возможность определения характеристик поверхностных морских течений в любой точке Мирового океана при любых освещенности и облачности.

Изобретение относится к способам исследований атмосферных электрических полей. Сущность: осуществляют мониторинг характеристик рассеянного атмосферой поляризованного солнечного света в плоскости, нормальной к вектору, ориентированному от контролируемой области пространства в направлении на Солнце. Сравнивают характеристики поляризованного света, регистрируемые аппаратурой мониторинга в двух взаимно ортогональных плоскостях. Причем мониторинг осуществляют с платформы наведения, установленной на борту высотного летательного аппарата или естественного спутника планеты. В процессе мониторинга для разных моментов времени синхронно вычисляют параметры двух векторов: вектора, ориентированного от контролируемой области пространства, в том числе над облаками, в направлении на Солнце, и вектора, ориентированного от аппаратуры мониторинга в направлении на контролируемую область пространства. Ориентируют аппаратуру мониторинга по вектору, ориентированному в направлении на контролируемую область пространства. Осуществляют мониторинг характеристик рассеянного атмосферой поляризованного солнечного света в периоды, когда угол между синхронно вычисленными векторами находится в пределах не менее 45° и не более 135°. Технический результат: повышение оперативности, расширение функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для прогнозирования штормовых подъемов уровней воды или наводнений. Сущность: создают архив наводнений (дата-уровень) за максимально возможный период. Создают архив полей приземного атмосферного давления по срочным данным (за два срока) в районе формирования штормовых циклонов над морским устьевым участком реки. Рассчитывают повторяемость наводнений по всем месяцам года. По величине повторяемости наводнений выделяют “наводненческий период” (повторяемость больше 1%) и “ненаводненческий период” года. Для месяцев, вошедших в “ненаводненческий период”, наводнения считаются маловероятным событием, поэтому автоматически делают вывод о ненаступлении “наводненческой ситуации”. Для каждого месяца “наводненческого периода” определяют эмпирические ортогональные функции (ЭОФ) по всему архиву срочных наблюдений полей приземного атмосферного давления. Затем для каждого месяца “наводненческого периода” рассчитывают эмпирические ортогональные составляющие (ЭОС). Выделяют диапазон трех первых ЭОС от минимального до максимального значения для дат наводнений каждого месяца “наводненческого периода”, формируют эталонную область ЭОС для каждого месяца. После этого по результатам оперативного гидродинамического прогноза поля приземного атмосферного давления рассчитывают ЭОС по ранее созданным ЭОФ для данного месяца. Определяют принадлежность ЭОС прогностического поля к эталонной области ЭОС наводнений прогнозируемого месяца. Делают вывод о наступлении/ненаступлении на анализируемый прогностический срок “наводненческой ситуации”. При анализе прогностического срока “наводненческой ситуации” рассчитывают число штормов с заданной непрерывной продолжительностью для заданной доверительной вероятности штормовых условий. Выявляют промежуток времени, в пределах которого скорость ветра позволяет выполнить безопасный переход судна. Определяют пространственное распределение фазы колебаний акватории по измерениям высоты уровня моря посредством альтиметрических спутников. Выделяют приливные и сейшевые колебания уровня моря. Технический результат: расширение функциональных возможностей. 8 ил.
Изобретение относится к системам освещения ледовой обстановки и предотвращения воздействия ледовых образований на морские объекты хозяйственной деятельности. Сущность: система включает средства мониторинга гидрометеорологической обстановки в регионе размещения морских объектов хозяйственной деятельности, средства определения характеристик ледовых образований, средства защиты от воздействия ледовых образований, средства отображения ледовых образований, систему контроля состояния кессона, командно-управляющий комплекс, соединенный со средствами мониторинга гидрометеорологической обстановки, средствами определения характеристик ледовых образований и средствами защиты от воздействия ледовых образований. Причем средства защиты от воздействия ледовых образований выполнены способными выдерживать нагрузку, сравнимую с критической нагрузкой, возникающей при ударе ледяного массива. Система контроля состояния кессона включает датчик деформации для измерения ледовых нагрузок на кессон, инклинометр для измерения наклонов кессона, грунтовой динамометр для измерения нагрузки на грунт, преобразователь давления (пьезометр) для измерения и оценки возможного повышения избыточного давления в грунтах от динамических горизонтальных нагрузок. Средства защиты от воздействия ледовых образований выполнены в виде подводных и надводных модулей. При этом подводные модули снабжены холодильными агрегатами. Надводные модули выполнены в виде выдвижных конструкций и беспилотных летательных аппаратов, снабженных устройствами автоматического дозирования химических реагентов, наносимых на ледовое образование, в виде карбида кальция. Технический результат: повышение надежности защиты морских объектов хозяйственной деятельности в периоды льдообразования, дрейфа и торошения ледяных полей, расположенных в условиях как мелкого, так и глубокого морей. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для изучения вулканического состояния Марса. На Марсе осуществляют вскрытие бурением закупоренных фумарол. С помощью газоаналитической и/или видеоаппаратуры устанавливают наличие или отсутствие струи истечения фумарольных газов. Обеспечивается исследование ресурсов Марса в аспекте возможности увеличения массы и объема его атмосферы за счет фумарольных газов.

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.

Наверх