СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ВЕРХНЕЙ ГРАНИЦЫ МОЩНОЙ КОНВЕКТИВНОЙ ОБЛАЧНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеорологии, а именно к методам оценки высоты расположения верхней границы мощных конвективных облачных образований, и может быть использовано при метеорологическом обеспечении авиации и других отраслей экономики, а также для прогноза опасных метеорологических явлений и неблагоприятных условий погоды, связанных с мощной конвективной облачностью.

Известен способ определения высоты верхней границы облачности, основанный на проведении радиолокационной разведки погоды. Сущность радиолокационной разведки заключается в активном зондировании атмосферы, в результате которого по параметрам радиоэхо оценивают некоторые характеристики облачности, в том числе и высоту верхней границы (Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, ч.I. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С.451-454). К недостаткам данного подхода можно отнести редкую сеть радиолокационных станций и существенную зависимость качества зондирования от состояния атмосферы между станцией и целью.

Известен способ определения высоты верхней границы облачности, базирующийся на осуществлении воздушной разведки погоды. Воздушная разведка погоды представляет собой реальный полет пилотируемого летательного аппарата с целью оценки некоторых параметров состояния атмосферы (Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации Вооруженных Сил. М.: Воениздат, 1992. С.343).

К недостаткам следует отнести дороговизну, сложность осуществления, нерегулярность воздушной разведки погоды. Поэтому такие данные, хоть и наиболее объективные, могут получаться и применяться при решении ограниченного числа задач метеорологического обеспечения.

Из известных наиболее близким является способ определения высоты верхней границы облачности (Патент на изобретение RU №2323459 С2, G01W 1/00), заключающийся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли.

Недостатком данного способа является использование в решающем правиле эмпирического коэффициента, зависящего от среднего значения температуры воздуха у земли, который необходимо рассчитывать для каждого конкретного района.

Техническим результатом изобретения является расширение пространственных границ применимости способа определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности без уточнения эмпирического коэффициента.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности, заключающемся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, согласно изобретению, дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и определяют температуру точки росы, по результатам измерений рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью, сравнивают рассчитанную температуру с измеренной радиационной температурой теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и если Т_в≤Т_р, где Т_в - рассчитанное значение температуры облачного воздуха на данной высоте, Т_р - измеренная радиационная температура теплового излучения, уходящего от верхней границы облачного покрова, то за высоту верхней границы мощной конвективной облачности 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 различных районов без учета местных эмпирических коэффициентов.

Способ реализуется следующим образом. С помощью радиометра ИК-диапазона, установленного, например, на космическом аппарате метеорологического назначения проводят измерения значений радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы интересующего участка мощной конвективной облачности. В этом же районе у поверхности земли проводят квазисинхронные 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 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 определить высоту уровня конденсации, то есть нижней границы облачности, температуру воздуха и атмосферное давление на данном уровне (выражения (8)-(10) 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 влажным, 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 (4)-(7) 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). Когда его расчетная температура достигнет или станет ниже измеренной радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхней границы мощной конвективной облачности, ход вычислений прекращают и, исходя из высоты расположения облачного воздуха на последнем шаге подъема, находят высоту верхней границы мощной конвективной облачности.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет определять высоту верхней границы мощной конвективной облачности в любом географическом районе без уточнения эмпирических коэффициентов по местным исходным данным.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки высоты расположения верхней границы мощных конвективных облачных образований. Сущность: измеряют радиационную температуру теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, температуру воздуха у поверхности Земли, приземное атмосферное давление, а также определяют температуру точки росы. По полученным данным рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью. Сравнивают рассчитанную температуру с измеренной радиационной температурой теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова. Если радиационная температура теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, равна рассчитанной температуре облачного воздуха на данной высоте или превышает ее, то за высоту верхней границы мощной конвективной облачности принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге. Технический результат: упрощение способа и расширение пространственных границ его применимости.

Способ определения высоты верхней границы мощной конвективной облачности, заключающийся в измерении радиационной температуры теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и измерении температуры воздуха у поверхности Земли, отличающийся тем, что дополнительно измеряют приземное атмосферное давление и определяют температуру точки росы, по результатам измерений рассчитывают температуру воздуха в конвективном облаке на высотах с заданной дискретностью, сравнивают рассчитанную температуру с измеренной радиационной температурой теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, и если Т_в≤Т_р, где Т_в - рассчитанное значение температуры облачного воздуха на данной высоте, Т_р - измеренная радиационная температура теплового излучения, уходящего от верхней границы облачного покрова, то за высоту верхней границы мощной конвективной облачности принимают высоту расположения облачного воздуха на данном шаге.