СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПОГОДЫ Российский патент 2003 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к области метеорологии, а именно к способам краткосрочного прогноза погоды, и может быть использовано в любом пункте, где проводятся стандартные метеорологические наблюдения или измеряются восемь раз в сутки с дискретностью три часа температура, атмосферное давление и относительная влажность воздуха.

Известен также способ, используемый в устройстве для комплексного измерения метеофакторов (авт. св-во 1647488, G 01 W 1/02). В этом способе, так же как и в предыдущем, числовые значения комплексных метеофакторов осуществляются через аналоговую величину - электрический ток. При этом используемые значения температуры, скорости ветра, относительной влажности используются с соответствующими весами - коэффициентами пропорциональности. Регистрация результата как в предыдущем способе осуществляется стрелочным прибором. Хотя этот способ и ближе к заявляемому, но имеет те же недостатки, а именно: значительная потеря информации при замене цифровых сигналов на аналоговый. Общим недостатком является также некорректное комплексирование составляющих погодного сигнала.

Более близким к заявляемому является способ, используемый в авт. св. 1205689, G 01 W 1/00, в котором для получения информации состояния погоды в пункте используют пороговое значение измеренных метеорологических параметров (с учетом предшествующей метеоситуации - прошедшей погоды). Для идентификации явления используется информация о температуре и влажности воздуха, давлении, направлении ветра и др. В зависимости от комбинации сигналов от датчиков-сигнализаторов, датчиков измерителей выдается сообщение об атмосферном явлении. Недостатком указанного способа является недостаточная точность и сложность оценки изменения погоды. Кроме того, поставленная задача может быть решена ограниченным числом (три) измеряемых параметров.

Наиболее близким по общему подходу является способ определения изменения погоды (авт. св-во 1528179, G 01 W 1/00), в котором в качестве обобщающего комплексного параметра атмосферы используют значения электромагнитных колебаний атмосферы в определенной области, выделяют огибающую измеряемого сигнала и по появлению периодической изменчивости огибающей судят об изменении погоды. Недостаток этого способа заключается в том, что необходимо проводить непрерывные специфические измерения, а также значительная сложность интерпретации полученных кривых и связанная с этим недостаточная точность способа.

Наиболее близким по существу является устройство для автоматической сигнализации о прогнозе наступления явлений погоды по авт. св. SU 895210, в котором информативные метеорологические величины преобразуются в электрические величины, а о наступлении прогнозируемого явления судят по суммарному значению этих электрических величин на выходе устройства.

Недостатком устройства является использование суммарного значения электрической величины датчиков для формирования прогноза наступления явления погоды, влияющее на его точность. При разных значениях метеорологических параметров суммы их могут совпадать, т.е. при этом нивелируется индивидуальное значение отдельных слагаемых (при одинаковой сумме можем иметь в одном случае положительную, а в другом - отрицательную, а разница в суммах будет покрываться другими слагаемыми). В указанном прототипе оценивается вероятность наступления прогнозируемого явления, а по предлагаемому способу может быть охарактеризовано изменение погоды количественно и во времени.

Цель изобретения - повышение точности, а также упрощение измерений и вычислений изменения погоды.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - результаты реализации способа.

Способ может быть реализован с помощью устройства (фиг.1), содержащего атмосферные датчики: 1 - давления, 2 - температуры, 3 - влажности, подключенные параллельно к коммутатору 4. Коммутатор соединен с аналого-цифровым преобразователем 5, к которому подключена однокристальная микроЭВМ 6. МикроЭВМ через схему сопряжения 8 соединена с персональным компьютером 12, причем обмен информацией между 6 и 12 через 8 - двухсторонний. Кроме того, часы-таймер 7, а также индикатор 11 подключены к однокристальной микроЭВМ 6, а блок питания 9 подключен к схеме сопряжения с компьютером 8. В устройстве блоки 4, 5, 6, 7, 8, 9 представлены в виде контроллера 11.

Сущность изобретения в том, что путем измерения и сравнения погодных параметров с имеющейся базой данных, измеряют атмосферное давление, температуру и относительную влажность воздуха с начала суток каждые три часа, при этом изменение погоды определяют сравнением полученных данных в заданном временном интервале, а вместо значений базы данных берут данные одних предыдущих суток. Наборы измеренных в течение выбранного периода времени параметров погоды а и b, соответствующие предшествующим и последующим календарным суткам, сравнивают между собой по заданному условию

а по полученным для каждой пары предыдущих и текущих суток значениям k строят зависимость k от времени, с помощью которой определяют погодные кластеры - соответствующие типы погоды и по ним составляют прогноз изменения погоды.

Способ определения изменения погоды осуществляется следующим образом.

Данные за первые и вторые сутки, полученные с атмосферных датчиков 1, 2, 3, или аналогичные данные, введенные непосредственно в компьютер 12, поступают в однокристальную микроЭВМ 6 для обработки по зависимости (1). В контроллере 11 параметры погоды а и b, т.е. - предыдущих и текущих суток представляются в виде строки, состоящей из 96 байтов, по 12 байтов на каждый из восьми сроков наблюдений.

Метеорологические параметры фиксируются в следующем виде: три байта - относительная влажность, пять байтов - атмосферное давление и четыре байта - температура в градусах Кельвина, т. е. 12 байтов на запись одного срока наблюдения. Это объясняется тем, что параметры в такой совокупности имеют соответствующие веса: относительная влажность (w) - вес 1 (w•1), атмосферное давление (р) - вес 10 (р•10) и температура в градусах Цельсия (t^oC) имеет вес 10 (t^oC•10)+2730. Экспериментально установлено, что указанные веса наиболее оптимальны, а также установлено, что интервал между измерениями должен составлять три часа для сохранения связи между измеряемыми параметрами.

Таким образом, "а" и "b" представляются в виде строки из 24 чисел (три параметра, умноженные на 8 сроков). Контроллер 11 осуществляет сравнение строки "а" со строкой "b", для этого последовательно используются две операции: вычитания и деления на k нацело (дробные части отбрасываются), где k - целое число, принимающее в зависимости (1) значения от 1 до максимального значения k по условию (1), т.е. до показателя изменения погоды.

По полученным таким образом значениям k - показателям изменения погоды соответственно для вторых и третьих, и третьих и четвертых и последующих пар суток, компьютер строит график зависимости k (критерий изменения погоды) от времени (календарные сутки). Анализируя ход кривой графика (фиг.2), отмечают первый по времени максимум, следующий за ним минимум и следующий второй максимум.

Таким образом, отмеченная часть графика образует волну с двумя гребнями и впадиной между ними и обозначается на графике как погодный кластер (погода соответствующего типа и временной протяженности). По оси времени определяется продолжительность кластера в сутках.

Введя по графику (фиг.2) новые измерения, можно делать заключение - находимся мы в кластере или выходим из него, какой это кластер (теплый или холодный, дождливый или грозовой и т.д.), как скоро мы из него выйдем, каким будет новый (начинающийся) кластер. Все это позволяет по-новому подойти к составлению краткосрочного прогноза погоды, основанному на комплексном измерении и анализе метеофакторов, полученных стандартными методами.

Такой положительный эффект позволяет повысить точность и упростить вычисление изменения погоды. Устройство по данному способу может быть осуществлено и без атмосферных датчиков, при этом полученные данные стандартных измерений, например, на метеостанции могут быть введены с клавиатуры компьютера, что расширяет область применения данного метода до бытовых условий.

Использование: в метеорологии. Сущность: измеряют атмосферное давление, температуру и относительную влажность воздуха с начала суток каждые три часа. Изменение погоды определяют сравнением полученных данных в заданном временном интервале, а вместо значений базы данных берут данные одних предыдущих суток. Наборы измеренных в течение выбранного периода времени параметров погоды а и b, соответствующие предшествующим и последующим календарным суткам, сравнивают между собой по заданному условию. По полученным для каждой пары предыдущих и текущих суток значениям k строят зависимости k от времени, с помощью которой определяют погодные кластеры - соответствующие типы погоды и по ним составляют прогноз изменения погоды. Технический результат: повышение точности и упрощение вычисления изменения погоды. 2 ил.

Способ определения изменения погоды путем измерения и сравнения информативных метеорологических величин, отличающийся тем, что измеряют атмосферное давление, температуру и относительную влажность воздуха с начала суток каждые три часа, при этом изменение погоды определяют сравнением полученных данных в заданном временном интервале, а наборы измеренных в течение текущих и предшествующих суток метеорологических величин а и b сравнивают между собой по заданному условию a/k - b/k = 0 и по полученным для каждой пары предыдущих и текущих суток значениям показателя изменения погоды k строят его зависимость от времени и по ней составляют прогноз изменения погоды.