СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОСАДКОВ Российский патент 1997 года по МПК G01W1/14 

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано для определения интенсивности и суммарного количества выпадающих осадков.

Известны различные способы измерения осадков с использованием плювиографов.

Известные способы позволяют измерить интенсивность и суммарное количество выпадающих осадков только в локальных точках поверхности земли. Получение же обширной информации на значительных площадях, что необходимо, например, для построения карты осадков, требует значительного количества осадкомерных станций. Однако последнее сопряжено со значительными капитальными затратами и эксплуатационными расходами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является радиолокационный способ измерения осадков, включающий радиолокационное зондирование атмосферы с последующей идентификацией типа облачности по известным критериям и определение искомых параметров осадков с использованием корреляционных функций и данных радиолокационной отражаемости облаков.

В качестве корреляционных функций в известном способе используются зависимости
Z=AI^b (1)
Z = Bθ^c (2)
где Z отражаемость, дБ;
I интенсивность выпадения осадков, мм/ч;
θ количество выпавших осадков, мм;
A, B, b, c коэффициенты, зависящие от типа облачности и типа осадков (облажной, слабый, сильный, ливневый).

Радиолокационный способ измерения осадков имеет значительные преимущества в сравнении со способами, основанными на использовании осадкомерных станций, так как позволяет измерить параметры I и q в оперативном режиме и на значительных территориях. Однако известный способ имеет серьезный недостаток, который заключается в том, что корреляционные функции (1) и (2) не обеспечивают условий однозначности. Так, например, согласно данным Баттона (1972 г.) область дождей содержит 69 Z-I отношений, а это значит для каждого случая из 69 будут свои коэффициенты в функциях 1 и 2, и указанные коэффициенты будут зависеть от спектра капель, вида и микроструктуры осадков, а также орографических особенностей. Кроме того, в процессе эксплуатации РЛС существенно меняется во времени его постоянная, являющаяся основной технической его характеристикой, влияющей на точность радиолокационных измерений. В результате указанного выше комплекса недостатков известного способа снижается точность конечного результата измерений.

Цель изобретения повышение точности измерения осадков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном радиолокационном способе измерения осадков, включающем радиолокационное зондирование атмосферы с последующей идентификацией типа облачности по известным критериям и определение искомых параметров осадков с использованием корреляционных функций и данных радиолокационной отражаемости облаков, на контролируемой РЛС территории выделяют по меньшей мере одну контрольную зону с повышенной вероятностью выпадения осадков и размещают на ней осадкомерную станцию, затем с помощью данной станции для различных типов перемещающихся над ней облаков производят измерение осадков, при этом одновременно осуществляют радиолокационное зондирование облаков над осадкомерной станцией и находят уровни радиолокационной отражаемости, соответствующие измеренным осадкам, после этого, используя полученные данные, осуществляют калибровку РЛС, а затем соответствующие радиолокационные измерения осадков на контролируемой территории, с помощью РЛС, при этом радиолокационное зондирование облачности осуществляют в слое, расположенном в нижней части уровня нулевой изотермы.

На фиг. 1 представлено дождевое облако, вертикальный разрез; на фиг.2 - зондируемый слой облачной среды, горизонтальный разрез. Уровни отражаемости облачной среды обозначены через Z₁, Z₂, Z₃ и Z₄. Наземная осадкомерная станция, РЛС, зондируемый слой и облако обозначены соответственно позициями 1, 2, 3, 4. Направление перемещения облака 1 обозначено стрелкой. Расстояние от земли до уровня нулевой изотермы (0-0) обозначено через h, а толщина зондируемого облачного слоя 3 обозначена через H.

Способ измерения осадков реализуеют следующим образом.

Перед измерением осадков предварительно на контролируемой РЛС территории выделяют по меньшей мере одну контрольную зону с повышенной вероятностью выпадения осадков и размещают на ней осадкомерную станцию 1. Затем с помощью данной станции 1 для различных типов облаков, перемещающихся над ней в течение сезона дождей, производят измерение осадков, т.е. определяют фактические значения интенсивности осадков I и количество выпадающих осадков q. Одновременно с помощью РЛС 2 осуществляют радиолокационное зондирование слоя облачной среды 3, лежащего в нижней части облака 4 под уровнем нулевой изотермы 0-0.

Таким образом, в процессе перемещения облака 4 (на чертежах показано стрелкой) над осадкомерной станцией 1 производится измерение фактических значений I и q выпадающих осадков с помощью наземных приборов. Одновременно устанавливаются уровни радиолокационной отражаемости облачной среды в слое 3 над осадкомерной станцией 1, соответствующие данным значениям I и q. После этого калибруют РЛС, определяя коэффициенты функций (1) и (2). Полученные значения коэффициентов функций (1) и (2) для различных типов облаков и типа осадков вводятся в память автоматизированной системы управления расчетов РЛС. Накопленный материал обновляется по мере появления над осадкомерной станцией того либо другого типа дождевого облака. При этом в процессе радиолокационного измерения интенсивности количества выпадающих осадков на контролируемой территории используют последние данные по определению коэффициентов корреляционных функций (1) и (2), полученные в процессе калибровки РЛС.

Таким образом, периодическая калибровка РЛС с использованием наземной осадкомерной станции позволяет существенно повысить точность измерения интенсивности и количества выпадающих осадков на всей контролируемой территории. При этом используются обновляемые периодически коэффициенты корреляционных функций, что позволяет учесть особенности типа облачности, а также осадков и меняющийся во времени энергетический потенциал РЛС, называемый иначе постоянной РЛС.

Толщина слоя облачной среды H соответствует ширине зондирующего луча. Так, например, при угле разрешения РЛС в 1^o и дальности 10 км ширина зондирующего луча составляет 175 м, а при дальности 20 км соответственно 350 м.

Согласно предлагаемого способа зондируемый слой облачной среды расположен под нулевой изотермой, что обеспечивает при наличии в осадках градин их таяние при вхождении в область положительных температур. Таким образом исключается влияние на точность измерения фазового состояния гидрометеоров, поскольку в этой области среда является однофазной, т.е. жидкой.

Использование: в радиолокационной метеорологии для измерения осадков. Сущность изобретения: способ измерения осадков предусматривает радиолокационное зондирование атмосферы с последующей идентификацией облачности по известным критериям и измерение искомых параметров осадков с использованием корреляционных функций и данных радиолокационного зондирования. С целью повышения точности измерения осадков с использованием осадкомерной станции осуществляют калибровку РЛС. При этом определяют фактические параметры осадков по данным осадкомерной станции и находят соответствующие им уровни радиолокационной отражаемости. Используя полученные данные, находят коэффициенты корреляционных функций с учетом типа облачности и типа осадков, которые используются затем для измерения осадков на всей контролируемой РЛС территории. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения осадков, включающий радиолокационное зондирование атмосферы с последующей идентификацией типа облачности по известным критериям и определение искомых параметров осадков с использованием корреляционных функций и данных радиолокационной отражаемости облаков, отличающийся тем, что на контролируемой РЛС территории выделяют по меньшей мере одну контрольную зону с повышенной вероятностью выпадения осадков и размещают на ней осадкомерную станцию, затем с помощью данной станции для различных типов облачностей, перемещающихся над ней, производят измерения осадков, при этом одновременно осуществляют радиолокационное зондирование облачности над станцией и находят соответствующие полученным осадкам уровни радиолокационной отражаемости, после этого, используя полученные данные, осуществляют калибровку РЛС и затем соответствующие радиолокационные измерения осадков на контролируемой территории. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что радиолокационное зондирование облачности осуществляют преимущественно в слое, лежащем под уровнем нулевой изотермы.