Способ определения скорости приводного ветра

. с," .ТЕИ;Ж;ООТГ:": ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АТЕНТУ С) (Л Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИПРИВОДНОГО ВЕТРА(57) Использование: при дистанционном определении с аэрокосмических носителейметеорологических параметров атмосферы,а именно скорости приводного ветра в районах с конвективной атмосферной циркуляцией, Сущность: в каждой конвективнойячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналовО 1, 02, Оз на трех периферийных участках споперечными размерами 2-5 км и вычисляИзобретение относится к определению метеорологических параметров посредством дистанционного зондирования с помощью электромагнитных волн сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, а точнее - с использованием способов дистанционного зондирования с аэрокосмических носителей, и наиболее эффективно может быть использовано при оперативном определении значений скорости приводного ветра над морской поверхностью в районах, где в перемещающейся атмосфере наблюдается дополнительная конвективная циркуляция открытого, либо закрытого типа, возникающая вследствие различия температуры морской поверхности и воздушной массы и имеющая горизонтальные пространственные масштабы от десятков до сотен километров,ЯО 2000583 С ют значение модуля чк - скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах конвективной ячейки, и углов у 1, р, р между направлением распространения электромагнитных сигналов и соответствующими направлениями векторов чк скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах соответствующих участков конвективной ячейки, а перед нахождением значений чо определяют результирующие скорости ч 1, ч 2, чз приводного ветра на каждом из трех периферийных участков конвективной ячейки. 1 з, и. ф-лы, 2 ил. Известен способ определения скорости ветра, заключающийся в преобразовании ее в пропорциональный электрический сигнал, формировании на его основе двух дополнительных сигналов, по результату сравнения которых с пороговыми значениями определяют скорости, соответствующие наличию шквалов ветра.Недостатком известного способа является невозможность быстрого (за время менее 5 - 6 мин) получения поля скоростей приводного ветра,Известен способ определения скорости приводного ветра, заключающийся в измерении с искусственного спутника Земли интенсивности радиолокационных сигналов, рассеянных в обратном направлении от морской поверхности с двух ортогональныхнаправлений, по значениям которых судят о величине скорости ветра,Недостатком известного способа является относительно грубое пространственное разрешение на поверхности Земли, близкое к 70 х 20 км, которое не позволяет даже наблюдать контуры большинства ячеек атмосферной конвекции с диаметром до 100 км. Кроме того, погрешность определения направления ветра, составляющая примерно +20, является недостаточной для восстановления значений скорости ветра в районах с атмосферной конвекцией с диаметром даже в сотни километров.Иэ известных наиболее близким по технической сущности является способ определения скорости приводного ветра, заключающийся в последовательном облучении со спутника радиолокационными сигналами различных участков морской поверхности. преобразования значений интенсивности радиолокационных сигналов, рассеиваемых участками морской поверхности в обратном направлении, в пропорциональные (интенсивности) электрические сигналы, по различию между которыми определяют границы конвективных ячеек, поле скоростей приводного ветра в которых искажено влиянием мезомасштабной атмосферной конвекции.Несмотря на то, что известный способ впервые позволил на качественном уровне наблюдать изменение скорости приводного ветра конвективной циркуляцией в атмосфере, до настоящего времени еще нет способов количественного восстановления скорости такого ветра по значениям рассеянных сигналов. Одной из причин этого является значительная пространственная изменчивость и неопределенность направлений приводного ветра в пределах конвективной ячейки, вследствие чего количественное восстановление значений скорости ветра традиционными способами оказывается невозможным.Целью изобретения является количественное определение скорости приводного ветра на периферии конвективных ячеек.В способе определения скорости приводного ветра, при котором посылают спутниковым радиолокаторам бокового обзора электромагнитные сигналы в исследуемую область, принимают рассеянные в обратном направлении электромагнитные сигналы, выделяют конвективные ячейки и выявляют направление общего переноса атмосферы, измеряют значение угла а между направлением распространения электромагнитных сигналов и направлени 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ем общего переноса атмосферы, а при обработке результатов измерений вычисляютзначение модуля скорости ч общего переноса атмосферы, в каждой конвективнойячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналов01, 02, Оз на трех периферийных участках споперечными размерами 2 - 5 км и вычисляют значение модуля чк - скорости приводного ветра, обусловленной циркуляциейатмосферы в пределах конвективной ячейкии углову, уг, 1 з между направлением распространения электромагнитных сигналови соответствующими направлениями векторов чк скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределахсоответствующих участков ковективнойячейки, а после нахождением значения чопределяют результирующие скорости н 1,ч 2, чз приводного ветра на каждом из трехпериферийных участков конвективной ячейки,Причем наименьшая погрешность определения обеих компонент ч и чк скоростиприводного ветра достигается при 1" = -90и у 1 =90. т. е. когда первый и втооой участки соответствуют началу и окончанию распространения электромагнитных сигналовконвективной ячейки со спутника,Необходимость выбора поперечныхразмеров участков не превышающими 2-5км (но не менее 1 - 2 км) связана с тем, что вомногих случаях область усиления приводного ветра на периферии конвективной ячейкиявляется относительно узкой и не превышает этих размеров, Одинаковость размеровучастков необходима для получения единого пространственного масштаба, с которымскорость ветра определяется для разныхучастков периферии конвективной ячейки,Время. в течение которого необходимопроводить измерения в трех различных участках периферии конвективной ячейки, недолжно превышать 3-5 мин, т, к., в противном случае, из-эа изменения температурыатмосферы размеры конвективной ячейкимогут увеличиться, либо уменьшиться и, соответственно, во всех трех участках синхронно может измениться значение чк.Предложенный способ позволяет определять скорость приводного ветра не толькона периферии конвективных ячеек, где ветер максимален, но и в пределах всей поверхности, охватываемой ячейкой, Для этогонеобходимо только выбирать соответствующие три участка таким образом, чтобы онирасполагались в пределах одной и той жеокружности, концентричной к периферииячейки. Кроме того, поскольку скорость при2000583 40 45 50 водного ветра вблизи центральных участков конвективных ячеек мала (в большинстве случаев не превышает 3 - 5 м/с), а следовательно, мало и значение сигналов (0=1, 2.3), необходимо, чтобы уровень собственных шумов используемого радиолокатора бокового обзора (РЛС БО) был значительно 5 10 20 25 30 35 меньше измеряемых сигналов Ь.На фиг. 1 представлены геометрия облучения со спутника района морской поверхности с атмосферной конвекцией. тремя участками(1-3) на периферии конвективной ячейки и соответствующие им компоненты вектора скорости приводного ветра и их углы; на фиг. 2 представлены графики радиолокационных контрастов кз 1=ОЭ/О 1 и 1 з 2=0 з/02, рассчитанные для РЛС БО при разных углах а и значениях ч/ч,0,25(кривая 4),0,5(кривая 5) и 1(кривая 6). При этом участок 3 выбран соответствующим наибольшему из возможных значений сигнала О на периферии ячейкиДля подтверждения возможности осуществления изобретения рассмотрим конкретный пример реализации способа применительно к определению скорости приводного. ветра на периферии ячеек с открытой атмосферной конвекцией, которые наблюдаются при съемке морской поверхности с помощью РЛС БО(длина волны 3 см, размер элемента разрешения 1 - 2 км), отечественных океанографических спутников типа "Океан" или "Космос",Способ реализуется следующим образом,В процессе полета спутника над морской поверхностью с помощью РЛС БО ее последовательно облучают радиолокационными сигналами (длительность импульса 3 мкс), принимают компоненты сигнала, рассеянные в обратном направлении, преобразуют их в электрические сигналы, пропорциональные интенсивности излучения, рассеянного каждым участком морской поверхности, передают эти электрические сигналы на наземный пункт приема (например, в г, Москве) и запоминают их на фото- носителе (с помощью фототелеграфного аппарата) или на магнитной ленте, либо на магнитной дискете. В последних случаях для визуализации запомненных значений сигнала они выводятся на дисплей (например, устройства "РегсоОг - 2000" или персональной ЭВМ типаВМ РС/АТ),По представленным в виде радиолокационных изображений значениям злектрических сигналов визуально определяют положение конвективных ячеек, т. е. районы, поле скоростей приводного ветра в которых искажено влиянием атмосферной конвекции, При этом также определяют тип конвективной циркуляции - открытая или закрытая. Для этого дополнительно используют, например, результаты близких(за 3-6 ч) по времени (к моменту съемки РЛС БО) предшествующих судовых измерений скоростей ветра, которые нанесены на синоптическую карту района съемки РЛС БО.Из всех наблюдающихся на визуализированном радиолокационном изображении конвективных ячеек отбирают только такие, которые имеют круговую или близкую к ней (О 1/04 5 1,3) форму. В пределах каждой такой ячейки на ее периферии определяют координаты трех участков (см. фиг. 1) с поперечными размерами от 2 х 1 до 5 х 5 км, например, 4 х 4 км, Причем в качестве третьего участка целесообразно выбрать участок с наибольшими значениями сигналов, т. к. при этом минимизируется погрешность дальнейшего определения скорости, после чего по запомненным (на магнитной ленте или дискете) значениям электрических сигналов для этих участков определяют средние арифметические (в пределах каждого участка) значения сигналов. либо просто измеряют значения сигналов, если размеры выбранных участков равны размеру элемента разрешения РЛС БО (21 км ).В пределах каждой конвективной ячей- КИ Ч И ГХ ПОСТОЯННЫ, д Чк ПОСТОЯННа ПО величине на периферии ячейки. Учитывая это и задавая значенияот -180 до+1800 рассчитывают значение модуля и угла для вектора скорости приводного ветра на всей периферии ячейки.Реализация предложенного способа позволяет не только количественно и более детально исследовать пространственную структуру поля приводного ветра в районах с атмосферной конвекцией, но и получать новые знания о характере протекания синоптических процессов. Предложенный способ обеспечивает возможность обнаружения ранее не распознававшегося при спутниковой съемке нового типа двухмасштабной атмосферной конвекции, а также распознать ситуацию. соответствующую зарождению циклонического вихря на вторичном холодном фронте, Формула изобретения Способ определения скорости приводного ветра, при котором посылают спутниковым радиолокатором бокового обзора электромагнитные сигналы в исследуемую область, принимают рассеянные в обратном направлении электромагнитные сигналы, выделяют конвективные ячейки и выявляют направление общего переноса ат2000583 ФФлюЮамииХрцеиия ГрююсаМчЖлггеи мосферы, измеряют значение угла ао между направлением распространения электромагнитных сигналов и направлением общего переноса атмосферы, а при обработке результатов измерений вычисляют значение модуля скорости чо общего переноса атмосферы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в каждой конвективной ячейке производят дополнительно измерения значений электромагнитных сигналов 01, 02, Оз на трех периферийных участках с поперечными размерами 2-5 км, вычисляют значение модуля чк - скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах конвективной ячейки, и углов р, р, уз между направлением распространения электромагнитных сигналов и соответству ющими направлениями векторов чк скорости приводного ветра, обусловленной циркуляцией атмосферы в пределах соответствующих участков конвективной ячейки, а после нахождения значения чо 10 определяют результирующие скорости ч 1,чг, чз приводного ветра на каждом иэ трех периферийных участков конвективной ячейки,2000583 Составитель Т.ИвановаТехред М.Моргентал рректор Е, Па акто каз 307 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5