Способ обнаружения очагов выпавшего дождя Советский патент 1991 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеорологии и наиболее эффективно может быть использовано для обнаружения и картирования геометрии полей осадков, выпавших в весенний, летний и осенний периоды на поверхность суши в пределах обширных аграрных районов страны, может быть использовано также для определения статистики выпадения очагов дождя в пределах аграрных территорий с редкой осадномер- ной сетью, что важно при решении задач прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур, для практики проектирования систем связи, линий передачи

электроэнергии и разработки маршрутов движения авиалайнеров

Целью изобретения является повышение точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружение очагов дождя, выпадавшего в промежутках между пунктами наземной сети земледельческой зоны.

Выполнение способа обнаружения очагов выпавшего дождя позволяет регулярно выявлять в пределах всей земледельческой зоны страны все очаги выпавшего дождя, их геометрию и границы с погрешностью не хуже 1-2 км. Полученная таким образом ин10

ел N

3

о

формация может быть использована при ре шении задач прогноза и анализа характера метеорологических процессов в земледельческой зоне, при прогнозе урожайности культур и в других областях народного хозяйства. Указанное преимущество способа является следствием совместного использования наземных и спутниковых средств контроля за состоянием атмосферы и поверхности суши, а также установленных условий, обеспечивающих возможность однозначного определения очагов осадков, не наблюдаемых сравнительно редкой сетью наземных агрометстанций

На чертеже представлена схема размещения используемых устройств и связи между ними, необходимые для реализации способа.

Система, реализующая предлагаемый способ, содержит наземные агрометеорологические станции (АМС) 1, радиолокационную станцию 2 бокового обзора (РЛСБО), размещенную на искусственном спутнике 3 Земли (ИСЗ), и центр 4 приема данных с приемной антенной 5, посредством которой центр А приема данных осуществляет получение результатов измерений с АМС 1 и РЛСБО 2.

В качестве пунктов наземных АМС 1 могут быть использованы пункты действующей на территории СССР сети АМС. которые регулярно передают (по телеграфным каналам) в Гидрометцентр СССР результаты измерений количества осадков и состояния верхнего почвенного покрова в пределах станции.

В качестве РЛСБО 2 может быть использована действующая в настоящее время РЛСБО ИСЗ типа Космос-1500, которая установлена на ИСЗ Океан. РЛСБО действует автоматически и проводит измерение значений удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) участков поверхности су ши в полосе обзора шириной 450 км и длиной свыше 2000 км. В процессе измерений с помощью РЛСБО осуществляются следу ющие операции. Через антенну РЛСБО, имеющую узкую (в направлении полета) и веерообразную (в плоскости, ортогональной полету ИСЗ) диаграмму направленности, излучают (с периодом 0.01 с) импульсы (длительностью 3 мкс) вертикально поляризованного электромагнит-излучения (на длине волны 3 см). Излученные импульсы взаимодействуют с участками поверхности суши (в пределах площади элемента разрешения, близкой к 2 км) и после рассеяния принимаются антенной РЛСБО на той же поляризации. С помощью внутренних блоков РЛСБО выделяются значения огибающей мощности принятого (с клждого ка поверхности) после рассеяния из/iy -СР)ИЯ и преобразуются в электрические п/ммялы значения которых пропорциональны / )ПР

соответствующих участков повгрлног ш Полученные таким образом тле ппческие сигналы по системе связи передаются на наземный пункт приема, где они злпоминэ ются на фотоносителях

0Способ реализуется следующим обра

зом

С помощью РЛСБО 2, установленной на ИСЗ 3, имеющем высоту орбиты близкую к 650 км и период обращения вокруг Зем5 ли, близкий к 90 мин в процессе полета ИСЗ над аграрными районами страны измеряют УЗПР участков поверхности, каждый из ко торых имеет площадь, близкую к 2 км Из мерения УЭПР проводят в весенний летний

0 и осенний периоды когда на поверхности почвенного покрова отсутствуют заморозки и снежный покров, а состояние верхнего слоя (глубиной до 5 см) не влажнее мягкоп- ластичного. Указанная высота ИСЗ obecne

5 чиваег возможность обзора за один виток полосы поверхности Земли шириной 450 км (при углах наблюдения 46°) и длиной свыше 2000 км, что значительно больше расстояния между пунктами АМС Вследствие

0 этого в пределах каждой полосы обзора ока зываегся несколько АМС Необходимость использования данных АМС вызвана тем, чго значения УЭПР почвенного покрова за висят от многих трудноучитываемых факто

5 ров и в общем случае практически не Moryi быть рассчитаны из за неопредепенности следующих параметров, шероховато ти почвы средней высоты растительности профиля вла -юсти верхнего слоя ГТОЧРЫ и т.д

0 Однако при определенных зиачениял средней влажности верхнего почвенного покро ва и площади элементарных участков наблюдения, близкой к 2 км7 что обеспеии вается с помощью РЛСЬО океанографиче

5 ских ИСЗ) по значениям УЭПР оказывается возможным однозначное выявление очагов выпавших осадков, сумма которыл за сутки до сьема превышает 1 мм При эти/ L ловиях возможно и однозначное выявление

0 районов в пределах которых суточная сумма жидких осадков не превысила 0,2 мм

Для выявления указанных ситуации относительно которых возможно однозначнее1 дешифрирование очагов осадков по резуль5 татам измерений УЭПР на АМС земледель ческой зоны, попадающих в пределы полосы обзора РЛСБО. дополнительно из меряют количества осадков выпавших (с момента предшествующего стандартного измерения в 8 00 по местному времени) на

момент измерения значений УЭПР. При этом время измерения УЭПР. соответствующее пролету ИСЗ над исследуемым районом, определяют по программе измерений, рассчитываемой и выдаваемой потребите- лям (с заблаговременностью до двух недель) для соответствующего ИСЗ.

Результаты измерений УЭПР, количества осадков и влажности верхнего слоя почвенного покрова далее по действующим в настоящее время каналам связи поступают в центр 4 приема данных, например, через приемную антенну 5, где проводится их дальнейший анализ.

Анализ совокупности результатов изме- рений показал, что общий характер связи количества выпавших за сутки осадков и величины измерения УЭПР (в пределах одного типа почвы) достаточно сложен, но имеет два характерных участка. Это участок резкого возрастания УЭПР при сумме осадков менее 1 мм и слабого увеличения при сумме осадков более 1 мм. Причем относительное различие в чувствительности УЭПР к осадкам на этих двух участках достигает 30 раз и более для почв с мягхопластичным состоянием верхнего слоя или более сухих, те. при таких условиях осадки (более 1 мм) дают как бы скачек УЭПР на границе зоны осадков. Для более влажных почв (текучих и липких, определяемых на АМС) характер изменения УЭПР оказывается не такой резкий и вероятность однозначного дешифрирования границ очагов выпавшего дождя резко падает. Очаги до- ждя (выпадающие в виде ливня) имеют линейные размеры примерно 1 (10-20) км, вследствие чего при измерении УЭПР в пределах участков поверхности площадью, близкой к 2 км2, такие очаги и их границы еще могут однозначно распознаваться, а искажающее влияние (на величину УЭПР) нео- днородностей почвенного покрова, защитных полос леса, речек, озер, дорог и так далее оказывается минимальным из-за относительно большой площади усредне- ия.

С учетом этого о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами АМС, судят по выполнению условия of - SK,

где of . r.7ci значения УЭПР в дБ относительно 1 м исследуемых участков поверхности в пределах почв одного типа вне пункта АМС и охватывающего этот пункт соответственно. Причем в пределах охватываемого пункта АМС за предшествующие съемке с ИСЗ сутки должно быть зарегистрировано не более 0,2 мм осадков в виде дождя и состояние слоя верхнего почвенного покрова (на начало суток измерения УЭПР) должно быть не влажнее мягкопла стичного: К - константа(измеряется, напри мер. в дБ), величина которой зависит от средней высоты слоя преобладающего (на исследуемом участке поверхности) типа растительности и составляет 3 дЬ для почв без растительности или с преобладанием низкой(менее 10 см) растительности. В противоположном случае, когда на пункте АМС за период от предшествующей суток до момента измерений УЭПР оказываются зарегистрированы осадки (дождь) в количестве более 1 мм, а состояние верхнего слоя почвы (по данным агрометстанций за предшествующие сутки) не влажнее мягкопластичного, используется соотношение of -(fy - К, где (tf , (& значения УЭПР участков поверхности вне и охватывающего указанный пункт АМС соответственно.

Предлагаемый способ позволяет значительно расширить возможности Гидрометцентра СССР по обеспечению различных потребителей информацией о геометрии и зонах выпавших (в пределах земледельческой зоны) очагов дождя, Вследствие этого оказывается возможным проведение работ по более точному прогнозу урожайности выявлению зон возможных разрушений ливневыми осадками (т.е. как особо опасными явлениями) и т.д.

С помощью действующей наземной сети АМС выявляется не более 5-10% от всех очагов выпавшего дождя, между тем как предлагаемым способом оказывается возможным выявить практически 100% очагов и с высокой точностью (до 1 км) определить их границы.

Формула изобретения

Способ обнаружения очагов вь павшего дождя, заключающийся в периодическом измерении количества осадков при помощи наземной сети агрометеорологических станций, по измеренным значениям которых и с учетом их географического положения устанавливают очаги выпавших осадков и их геометрию, а также в ежесуточных измерениях состояния верхнего слоя по чвы, отличающийся тем, что. с целью повышения точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружения очагов дождя, выпавшего между пунктами наземной сети, дополнительно измеряют значения удельной эффективной площади рассеяния участков около 2 км поверхности суши через заданные интервалы времени в

несколько суток при помощи искусственных спутников Земли одновременно с измерениями количества осадков, выпавших в течение суток к моменту измерения удельной эффективной площади рассеяния, о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами сети, судят по выполнению условия

оР - К где of , - значения удельной эффективной площади рассеяния в дБ относительно 1 м2 участков поверхности в пределах почв одного типа вне пункта и охватывающего этот пункт соответственно, К - константа, дБ, зависящая от средней высоты слоя растительного покрова менее 10 см, с учетом того, что в пределах охватываемого пункта за предыдущие сутки зарегистрирово не более 0,2 мм осадков в виде дождя и состояние верхнего слоя почвенного покрова не влажнее мягкопла- стичного. а геометрию и границы очагов определяют с учетом измерений сумм осадков на пунктах сети по пространственному положению участков поверхности в пределах почв одного типа, для которых выполнено

условие (tf - - К, где (tf . (& - значения удельной эффективной площади рассеяния вне пункта сети, на котором к моменту измерения значения удельной эффективной площади рассеяния зарегистрировано более 1 мм осадков в виде дождя и состояние верхнего слоя почвенного покрова ко дню измерения было не влажнее мягкопластич- ного, и участка поверхности с этим пунктом соответственно.

Изобретение относится к метеорологии и наиболе эффективно может быть использовано для обнаружения и картирования геометрии полей осадков. Целью изобретения является повышение точности определения геометрии и границ очагов, а также обнаружение очагов дождя, выпадающего между пунктами наземной сети земледельческой зоны. Количество осадков периодически измеряют при помощи наземной сети, по измеренным значениям и с учетом географического положения устанавливают очаги выпавших осадков, а также ежесуточно измеряют состояния верхнего слоя почвы Кроме того, измеряют значения удельной эффективной площади рассеяния участков около 2 км через заданные интервалы при помощи искусственных спутников Земли одновременно с измерениями количества осадков, а о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами сети судят по измеренным значениям площади рассеяния в пределах почв одного типа вне пункта и охватывающего этот пункт 1 ил со с

S

Направление

полета

/7оЈерхнос/7н

земли

77777

Зондирующий и&лумьс

м у vac/nox

Яолоса обзора РЛСбО

Очаги

вь/яабшего

дождя