Способ определения параметров фронтальной облачности
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным. знакам
Ь
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИф -::.:: :
К ПАТЕНТУ (21) 5024830/10 (22) 29.01.92 (46) 15.11.93 Бюл. Na 41-42 (l6) Бакст Леонид Александрович.. Федорова Наталья Николаевна; Бухаров Михаил Васильевич (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ЭРОНТАЛЬНОЙ ОБЛАЧНОСТИ (571 Использование: метеорология. Сущность изобретения: в способе определения параметров фронтальной сблачности с интервалом в 3 — 8 ч получают пары спутниковых снимков поля значений (19) RU (И) 2003140 С1 (51) 5 G01W1 00 G01 W1 10 радиационных температур в полосе поглощения водяного пара и полосе прозрачности атмосферы, причем различие во времени между сроками получения обоих снимков не превышает 2 ч, определяют величину изменения, за интервал между снимками, значений радиационных температур в полосе поглощения водяного пара и по ней, q учетом результатов текущих измерений в обеих спектральных полосах, составляют краткосрочнйи йрогноз эволюции и положения облачности.
2003140
50
Изобретение относится к метеорологии, я точнее — к способам Д11агнаэа и предс:<язянил погоды ня основе спутниковых иэк(ере>>ий и>ггенсиг>ности нескольких спектральных кампо>(ент электромагнитного иэлуче>П1л опгического диапазона, уходящего
ОГ ряэли!1Ных у:-.".с(кав атмосферы и подстилающей поверх!!ости Земли, и наиболее эффеicò if>!IO может быih исГ10льзавана Для опергпнвног<> к;>яткосрочного прогноза звал>ОЦии и iioлО>кен11Я ГряниЦ фоа>п альнай Об лячности, апределенил направления и (КПОО >И r- ПЕОЕ11ПВ!01>ИЛ
4q(IeciefI способ определе>1ил парамет>ОВ !1>ро>lтя lhno ::: облачности, заключающий.;,.-i:. пег>11(.>:,.г;: . кo l сп гнпковой сьемке пол: Об.ляч н>сти В ряэли(ных участках спектг>я (>(l i! -1ВO I:,Of o диа 11язо ня зл г ктрамягнит ого иэлу е>1и" ii Визуальном выделении на результатах съем
Обл iilhl;< обрязовя>1ий, свлзаннал с неодноЗ110 1ОСТ(. Ю ВИЗJBJIhIIOIO O!IРЕДЕЛЕНИЯ f1PÎ г;1(стнчзских пр;!3IIBI<0 и разным уровнем квяли!1>111<я ции с(1КОГ1 Гиков, анализируемых
ii0 i.i аб 1я 11(осTI" ня фотоснимках.
И, åñòofi с(!особ определения параметра!> (I)! >0!i Гя(! hlioй Облачности, за кл юча10 щийсл и периодическом проведении спутниковых <Гьемак полл облачности в инфря Чисном (I4I _#_) диапазоне спектра — 10,5t 2,5 м „ м. г>о результатам внял иэа которых си; оптик Визуально onpBqBrlR6T структурные и прогностические признаки облачных систем, а также рассчитывает скорость и направление ll> переноса, и методом экстраполяции, с учетом вылвленных прогностичсских признаков, прогнозируют эвол;оцию и положение границ фронтальíОй облячносги Iåpoç 12 и 36 ч относительно момента последнеи съемки, а также среднее количество осадков.
Недостаткам этого способа является субъективность и недостаточная достоверность резуль атов прогноза.
Иэ изгестных, наиболее близким па технической сущности, лвляетсл способ определения Г>аряметров фронтальной облачности, Включя1ощий получение спутниковь1х снимков полл значений радиационных температур В двух пологах
ИК-Диапазона Длин Волн, а именна В полосе поглощения водяног0 пара, напаимер, 5,"-7, I мкм, и в па";àñå прозрачности атмосферы, например, 10 — 12 мкм, по которым определяюттакие параметры фронтальной облачности, как подвижность, направление перемещенил, дают краткосрочный прап(оз эволюции и положения границ облачности и др
Недостатком указанного способа является невысокая достоверность определения параметров фронтальной облачности, возникающая вследствие использования большого интервала времени (12 ч) между проведением предшеству1ощей и текущей спутниковых съемок в полосе поглощения водяного пара. В результате значения радиационных температур оказываются зависящими не только от динамики перемещения и эволюции фронтальной облачности, но и (причем, в значительной степени) от суточного хода температуры в приземном слое, который ухудшает точность определения параметров фронтальной облачности.
Кроме тога, в известном способе нет количественных критериев для определения параметров фронтальной облачности по измеряемым значениям радиационных температур, вследствие чего определение параметров требуе больших затрат времени синоптика и не может быть автоматизировано.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, явллетсл повышение достоверности и оперативности ап ределенил параметров фронтальной облачности, Это достигаетсл тем, что в способе определения параметров фронтальной облачности, включающем периодическое получение спутниковых снимков поля значений радиационных температур в двух полосах ИК-диапазона длин волн, а именно в полосе поглощения водяного пара и в полосе прозрачности атмосферы, согласно изобретению спутниковые снимки получают с интервалом 3 — 8 ч, причем расхождение во времени между моментами съемки в обеих полосах И К-диапазона не должно превышать 2 ч, по результатам предшествующей и текущей съемок в полосе поглощения водяного пара определяют изменение за это время значений радиационных температур от одних и тех же участков земной поверхности и атмосферы над ними, а о параметрах фронтальной облачности судят по величине изменений и текущим значениям радиационной температуры в полосе поглощения водяного пара с учетом значений радиационной температуры в полосе прозрачности ИК-диапазона.
Кроме того, краткосрочный прогноз эволюции и пространственного положения гра2003140 ниц поля облачности точки района появления облачности и района размывания облачности на снимках в полосе прозрачности атмосферы осуществляют по значениям радиационной температуры с учетом следующих выражений:
Тг+ (Т2 - Tt) Ткр (1)
Т вЂ” тг
t2 t1
T2+ (Тг - Т1) < Ткр. (2)
4 — тг
t2 — t1 где т1 и t2 — моменты времени, соответствующие проведению предшествующей и текущей съемок в полосе поглощения водяного пара;
tn — момент времени, на который дается прогноз положения поля облачности на снимке в полосе прозрачности атмосферы;
Т1 и Тг — значения радиационной температуры в полосе поглощения водяного пара, полученные для одного и того же участка земной поверхности в моменты времени t1 и тг, соответственно;
Ткр — значение радиационной температуры в полосе поглощения водяного пара, соответствующее появлению поля облачности, выделяемой на снимке в полосе прозрачности атмосферы.
Необходимость ограничения интервала между съемками диапазоном 3 — 8 ч объясняется тем, что при интервале меньше 3 ч погрешность определения параметров резко возрастает из-за неточности определения положения границ одного и того же участка облачной системы на разных снимках, а при интервале свыше 8 ч — погрешность определения параметров возрастает из-за увеличения вклада от суточного хода температуры в приземном слое атмосферы в изменения значений радиационных температур, связанных с эволюцией фронтальной облачности, Расхождение между моментами съемок в обеих полосах ИК-диапазона не должны превышать 2 ч для того, чтобы на погрешность совместного анализа этих двух видов информации не оказывало заметное влияние эволюция их параметров;
Определение изменения (за время между съемками) значений радиационных температур в полосе поглощения водяного пара является основой для нахождения различных параметров фронтальной облачности, Это экспериментально установлено заявителем в процессе анализа информации, поступающей в гидрометцентр от различных типов спутниковой метеорологической аппаратуры.
Экспериментально также установлены и приведенные количественные критерии, 15
35
40 спутниковой съемки в тех же двух полосах
50
10
25 справедливость которых подтверждена заявителем на большом независимом материале, Причем представленные критерии объективны и позволяют полностью автоматизировать процесс составления краткосрочного прогноза эволюции и положения фронтальной облачности.
Для реализации способа используются данные с Европейского геостационарного спутника "МЕТЕ0$АТ", которые по заявкам потребителей поступают в Гидрометцентр с необходимой периодичностью (даже более часто. чем это требуется в предложенном способе).
При этом спутниковые снимки поля значений радиационных температур в полосах
5,7 — 7,1 мкм и 10 — 12 мкм позволяют по данному способу определить текущие и прогностические параметры фронтальной облачности не только на территории Европы, но и для европейской территории России.
Способ реализуется следующим образом.
На пункт приема (в Гидрометцентре) информации с геостационарного спутника
"METEOSAT" в соответствии с формулой изобретения, дается заявка на прием (через каждые б ч) снимков поля значений радиационных температур в полосе поглощения водяного пара 5,7 — 7,1 мкм и полосе прозрачности атмосферы 10-12 мкм, После поступления (в режиме WEFAX) эта информация запоминается, например, в качестве предшествующей, в памяти персональной ЭВМ типа IBM РС/AT, Через 6 ч после приема предшествующей информации, на пункте приема получают результаты следующей (текущей) ИК-диапазона. Эта информация также сначала запоминается в памяти той же персональной ЭВМ, которая, одновременно, является автоматизированным рабочим местом синоптика, С целью визуального анализа и диагноза текущего состояния фронтальной облачности, на экране дисплея ЭВМ синоптик последовательно виэуалиэирует предшествующий и текущий снимки s полосе прозрачности атмосферы, До настоящего времени использование для такого анализа предшествующего и текущего снимков в полосе поглощения водяного пара не практиковалось иэ-за сложности визуального выделения на них облачности на фоне водяного пара вне ее, который делает такие снимки "размытыми", малоконтрастными и малонаглядными. Однако, именно размытость и малоконтрастность таких снимков, 2003140 если они получены с интервалом 3-8 ч, позволяет по разности значений радиационных температур (от одних и тех же участков земной поверхности и атмосферы над ними) получить качественно другую и важную для анализа характеристику — зоны роста и убывания концентрации водяного пара, связанные с фронтальной облачностью. Причем, поскольку все снимки с геостационарного спутника получаются в одной и той же проекции и пространственно совмещены, то определ ение разности значений радиационных температур проводят посредством стандартной операции на ЭВМ— поэлементного вычитания данных текущего снимка из соответствующих данных предшествующего снимка.
В результате синоптик получает возможность визуально оценить не только характер изменения и смещения облачности за время между сьемками (по информации канала прозрачности атмосферы), но и выявить зоны роста и убывания концентрации водяного пара, что значительно повышает качество и достоверность диагноза параметров фронтальной облачности.
Важной для метеорологии задачей является составление краткосрочного прогноза эволюции и перемещения облачности на время, по крайней мере, до следующей спутниковой сьемки (т.е. на 3-8 ч в данном случае). B настоящее время такой прогноз составляется посредством расчета вектора скорости по смещению облачности от предшествующей к текущей сьемкам. В предло>кенном способе нет необходимости рассчитывать смещение облачности. При использовании соотношений (1) и (2) синоп, тику достаточно задать только время, на Которое необходимо составить прогноз, т.е. указать величину t<. Вначале для каждого элемента иэображения автоматически находятся значения (Гг - Т ) {t„- t2): (l2 - т ), к ним добавляются соответствующие радиационные температуры Tg и проводится проверка
5 на выполнение критериев (1) и (2). После чего, на текущий снимок облачности в полосе прозрачности атмосферы автоматически например, максимально светлым тоном, наносятся границы областей, удовлетворяю10 щих критерию (1), э темным тоном — удовлетворяющие критерию (2). При этой, светлые границы соответствуют областям образования и уплотнения облачности на время прогноза, атемные-областям полно15 го размывания облачности к этому сроку.
Задавая разное время прогноза — на 2, 4, 6 и 8 ч вперед, синоптик может спрогнозировать, как будет происходить эволюция и изменение границ облачности и, тем са20 мым, более достоверно оценить направление и скорость перемещения облачности, а также характер изменения погоды на ближайшие несколько часов. Далее результаты определения параметров фронтальной об25 лачности передаются потребителям. (56) Методические указания по составлению карт прогноза эволюции облачных образований / А.В.Леонтьева, А.М.Царькова, 30 Г.M.Îýåðîâà и др. M., ГосНИЦИПР, 1980, части 1, 2, Дополнение № 3 (1985) ¹ 5(1989).
Федорова Н.H. Методическое письмо.
Прогноз среднего по территории количества осадков и их вероятности с заблаговре35 менностью 12-36 ч по данным ИСЗ в холодный период года. Л: Гидрометеоиздат, 1988, с. 12-15.
Домбковская Е.П. К вопросу об интерпретации спутниковых изображений в поло40 се поглощения водяного пара (6,3 мкм).—
Труды ГосНИЦИПР, 1988 г., с. 142-154.
2003140
Формула изобретения
Составитель С.юмашев
Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Е.Вагап
Редактор Н.Семенова
Тираж Подписное
НПО" Поиск" Роспатента
113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5
Заказ 3233
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина. lP t
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФРОНТАЛЬНО!4 ОБЛАЧНОСТИ, включающий периодическое получение спутниковых снимков поля значений ради5 ационных температур в полосе поглощения водяного пара и в полосе прозрачности атмосферы инфракрасного диапазона длин волн, контроль изменения значений 10 радиационных температур от соответствующих точек земной поверхности и атмосферы над ними в полосе поглощения водяного пара по результатам текущей и предшествующей съемок с последующим 15 составлением краткосрочного прогноза эволюции и пространственного положения границ поля облачности с учетом значений радиационной температуры в полосе прозрачности атмосферы, отличающийся тем, 20 что спутниковые сни лки получают с интервалом 3 - 8 ч, причем расхождение между моментами съемки в обеих полосах инфракрасного диапазона не должно превышать 2 ч, а при составлении 25 краткосрочного прогноза эволюции и пространственного положения границ поля облачности точки района появления облачности и района размывания облачности находят соответственно с учетом следующих выражений:
Т + (Т вЂ” Т ) . -" Т„ тп т2 тр-т
Т + Т -Т„) — — < T„ .tn t2
tz-<> где т и tQ - моменты времени, соответствующие проведению предшествующей и текущей съемок; тл - момент времени, на который составляется прогноз;
Т> и Т вЂ” значения радиационной температуры в полосе поглощения водяного пара, полученные в моменты времени
t< и tz соответственно;
Т, значение радиационной температуры в полосе поглощения водяного пара, соответствующее появлению поля облачности на снимке в полосе прозрачности атмосферы.
