Способ обнаружения очагов выпавшего дождя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 165475 1 О 5 6 О И РЕТЕНИ теорологии ыть исполь работки мов, я являетс ния геоме обнаружен в и наиб зован повышерии и граие очагов ках между ельческой оме есен ерхн спол стик ения очаегулярно льческой дождя, их остью не разом ингра рогн яйств ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Алибекова Ж.Д. Пространственно-временная структура полей жидких осадков, -Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с,77, 97.Брылев Г.Б. и др. Радиолокационные характеристики облаков и осадков, - Л,: Гидрометеоиздат, 1986, с.4, 50,Код для составления декадных и ежедневных агрометеорологических телеграмм, КН - 21. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988,с, 77,(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧАГОВ ВЫПАВШЕГО ДОЖДЯ(57) Изобретение относится к меи наиболе эффективно может б зобретение относится к метеорологии олее эффективно может быть испольо для обнаружения и карти рования герии полей осадков, выпавших в ний, летний и осенний периоды на поасть суши в пределах обширных агых районов страны, может быть ьзовано также для определения стати- выпадения очагов дождя в пределах ных территорий с редкой осадномеретью, что важно при решении задач озирования урожайности сельскохоенных культур, для практики проектиия систем связи, линий передачи зовано 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 при2помощи 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. электроэнергии и раздвижения авиалайнерЦелью изобретени я ние точности определе т ниц очагов, а такжедождя, выпадавшего в промежут пунктами наземной сети эемлед эоны,Выполнение способа обнаруж гов выпавшего дождя позволяет р выявлять в пределах всей земледе зоны страны все очаги выпавшего геометрию и границы с погрешн хуже 1 - 2 км. Полученная таким обформация может быть использована при решении 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 4 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 суши в полосе обзора шириной 450 км и длиной свыше 2000 км, В процессе измерений с помощью РЛСБО осуществляются следующие 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 огибаю 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щей мощности принятого (с каждого участка поверхности) после рассеяния излучения и преобразуются в электрические сигналы, значения которых пропорциональны УЭГР соответствующих участков поверхности, Полученные таким образом электрические сигналы по системе связи передаются на наземный пункт приема, где они запоминаются на фотоносителях,Способ реализуется следующим образом.С помощью РЛСБО 2, установленной на ИСЗ 3, имеющем высоту орбиты, близкую к 650 км, и период обращения вокруг Земли, близкий к 90 мин в процессе полета ИСЗ над аграрными районами страны измеряют УЭПР участков поверхности, каждый из которых имеет площадь, близкую к 2 км . Из 2 мерения УЭПР проводят в весенний, летний и осенний периоды, когда на поверхности почвенного покрова отсутствуют заморозки и снежный покров, а состояние верхнего слоя (глубиной до 5 см) не влажнее мягкопластичного, Указанная высота ИСЗ обеспечивает возможность обзора за один виток полосы поверхности Земли шириной 450 км (при углах наблюдения р 20 - 46 ) и длиной свыше 2000 км, что значительно бсльше расстояния между пунктами АМС, Вследствие этого в пределах каждой полосы обзора оказывается несколько АМС, Необходимость использования данных АМС вызвана тем, что значения УЭПР почвенного покрова зависят от многих трудноучитываемых факторов и в общем случае практически не могут быть рассчитаны иэ - эа неопределенности следующих параметров; шероховатости почвы, средней высоты растительности, профиля влаж асти верхнего слоя почвы и т,д, Однако при определенных значениях средней влажности верхнего почвенного покрова и площади элементарных участков наблюдения, близкой к 2 км (что обеспечи 2вается с помощью РЛСБО океанографических ИСЗ) по значениям УЭПР оказывается возможным однозначное выявление очагов выпавших осадков, сумма которых за сутки до съема превышает 1 мм, При этих же условиях возможно и однозначное выявление районов, в пределах которых суточная сумма жидких осадков не превысила 0,2 мм,Для выявления укаэанных ситуаций, относительно которых возможно однозначное дешифрирование очагов осадков по результатам измерений УЭПР, на АМС земледельческой зоны, попадающих в пределы полосы обЗора РЛСБО, дополнительно измеряютт количества осадков, выпавших (с момента предшествующего стандартного измерения в 8.00 по местному времени) натак далее оказывается минимальным из - эа относительно большой площади усреднения.С учетом этого о наличии очагов дождя, выпавшего между пунктами АМС, судят по выполнению условия о - ос 01К, где о,о, - 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 почвенно 45 50 55 момент измерения значений УЭПР, Приэтом время измерения УЭПР, соответствующее пролету ИСЗ над исследуемым районом, определяют по программе измерений;рассчитываемой и выдаваемой потребителям (с заблаговременностью до двух недель) для соответствующего ИСЗ,Результаты измерений УЭП Р, количества осадков и влажности верхнего слоя почвенного покрова далее по действующим в 10настоящее время каналам связи поступаютв центр 4 приема данных, например, черезприемную антенну 5, где проводится ихдальнейший анализ,Анализ совокупности результатов измерений показал, что общгй характер связиколичества выпавших за сутки осадков ивеличины измерения УЭПР (в пределах одного типа почвы) достаточно сложен, ноимеет два характерных участка. Это участок 20резкого возрастания УЭПР при сумме осадков менее 1 мм и слабого увеличения присумме осадков более 1 мм. Причем относительное различие в чувствительности УЭПРк осадкам на этих двух участках достигает 2530 раз и более для почв с мягкопластичнымсостоянием верхнего слоя или более сухих,т.е. при таких условиях ливевые осадки(более 1 мм) дают как бы скаек УЭПР награнице зоны осадков. Для более влажных 30почв (текучих и липких, определяемых наАМС) характер изменения УЭПР оказывается не такой резкий и вероятность однозначного дешифрирования границ очаговвыпавшего дождя резко падает. Очаги дождя (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 км, такие очаги и их границы 40еще могут однозначно распознаваться, а искажающее влияние (на величину УЭПР) неоднородностей почвенного покрова,защитных полос леса, речек, озер, дорог и го покрова (на начало суток измерения УЭПР) должно быть не влажнее мягкопластичного; К - константа(измеряется, например, в дБ), величина которой зависит о 1 средней высоты слоя преобладающего (на исследуемом участке поверхности) типа растительности и составляет 3 дБ 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 измеренлй 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 О - 02- К, где О, 02 - значения УЭПР участков поверхности вне и охватывающего указанный пункт АМС соответственно,Предлагаемый способ позволяет значительно расширить воэможности 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 эон 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 изобретенияСпособ обнаружения очагов выпавшего 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 почвы, о т л и ч а ю щ и й с я 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 в1654759 нопро 5 леиое ф%7 С Составитель Н,МакаренТехред М.Моргентал Редактор И.Шу ктор Э Лончакова Заказ 1949 Тираж 276 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 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 ОГ - ОГ 1К где Ог, оГ, - значения удел ьной эффективной площади рассеяния в дБ относительно 1 м 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 мягкопластичного, а геометрию и границы очагов определяют с учетом измерений сумм осадков 5 на пунктах сети по пространственному положению участков поверхности в пределах почв одного типа, для которых выполнено условие О - 02 5 - К, где О, 02 - 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 15измерения было не влажнее мягкопластичного, и участка поверхности с этим пунктом соответственно,