CN101419287B - 海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法。本发明充分利用气象台L波段二次测风雷达和数字式探空仪资料,依次分析了海雾和低云在垂直方向上温度、湿度的分布特征,计算了低层大气有海雾和有低云时的稳定度条件和湍流条件,统计分析归纳出将海雾和低云分离,然后再对海雾厚度和低云云底高度进行计算,获取海雾厚度和低云云底高度。形成的计算机软件将结果自动显示。本发明提供了实时监测的有效方法,即同时建立了一种客观可行的低云云底高度实时自动提取,和对海雾厚度进行实时监测的方法,其实施性强,可信度高,为海面上空飞行安全、海上交通运输、海港和沿海空港作业提供了有效气象资料。
Description
技术领域
本发明属于海洋环境监测技术,具体涉及一种海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法。
背景技术
有海雾时,水平能见度不足1000米,严重影响海上交通运输、海港和沿海空港作业。研究表明,海雾垂直厚度越厚,雾性就越浓,能见度就越差,就越不容易消散。所以海雾厚度是海雾监测的重要内容。但目前还没有对海雾厚度进行实时监测的有效方法。
另外,在中纬度的海面上空,经常出现低云。由于低云云底高度(距离海面的高度)一般在几百米,给飞机起飞、降落造成很大困难。因此,需要对云底高度做出足够准确的判断。虽然,云底高度可以通过云幕仪(ceilometer)测得,但是云幕仪价格昂贵,我国目前还不能生产,而气象人员一般通过目测对低云云底的高度进行估计。人工目测估计低云云底高度精度难以保证,而且主观成分较大,易造成估计值偏高或者偏低,或者贻误起飞降落时机,或者对起飞降落带来隐患。因此,建立一种客观可行的低云云底高度实时获取方法是十分必要的。
目前,我国沿海气象部门陆续配备了新一代探空设备——GFE(L)1型二次测风雷达(工作频率为1675MHz,简称L波段测风雷达),它与GTS1型数字式电子探空仪相配合,能连续自动测定地面至对流层上层的风向、风速、气温、气压、湿度等气象要素,其垂直分层最多可以每升高7米获取一套数据,从地面开始就可以获取资料,探测精度较上一代无线电探空设备有明显提高。但是,迄今还没有利用L波段二次测风雷达和数字式电子探空仪的资料(以下简称L波段雷达资料)对低云云底高度进行实时自动提取。
发明内容
本发明的目的是提供一种海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法,以弥补现有技术的不足。
本发明充分利用了L波段二次测风雷达和数字式探空仪资料垂直分辨率高的特点,考虑了4种出现海雾的和3种出现低云的大气边界层垂直条件,可以有效地将海雾和低云区分开,用温度、湿度和风向风速在垂直方向上每隔30m的实测资料计算出海雾厚度和低云云底高度。
本发明的具体技术路线是利用L波段二次测风雷达和数字式探空仪资料,分析海雾和低云在垂直方向上温度、湿度的分布特征,计算低层大气有海雾和有低云时的稳定度和湍流条件,通过大样本统计分析,归纳出将海雾和低云分开的方法,将海雾与低云分离,然后再对海雾厚度和低云云底高度进行计算,获取海雾厚度和低云云底高度。该方法已经形成计算机软件,读入实时资料后,计算结果在计算机上自动显示。
本发明的海雾厚度和低云云底高度的获取方法或步骤如下:
1、资料预处理:读入数字探空仪实时资料,解码并生成该时刻ASCII码探空数据文件,该文件包含了从地面到对流层上层每30m间隔的高度z、温度t、相对湿度RH、露点温度td、气压P、风向ddd、风速ff等,再由生成的探空数据文件中,读入1000m以下各高度层的上述数据,用常规的方法将风向ddd、风速ff分解为经向风分量v和纬向风分量u;
2、依据准饱和层判据:RH≥93%,或者温度露点差t-td≤1.2℃的点(层),判断地面至1000m高度是否有准饱和层和准饱和层的厚度;如果第一层是准饱和层,再判断准饱和层厚度是否大于600m,如果大于600m,,采用判则1确定云底高度,判则1:从第一层向上寻找,找到t-td≤0.5℃的高度为云底高度;
3、根据不同的海雾发生条件,分别判断是否是海雾,如果是海雾,再给出海雾的厚度:如果第一层是准饱和层,且饱和层厚度小于600m,则计算准饱和层之上是否有干层,干层的判则是:从RH≥90%的最高高度向上,在200m以内突然降至RH≤60%;如果有干层,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但1000m以下没有干层,则计算准饱和层以下60m至以上300m是否有逆温层,其判则如下:在准饱和层高度确定以后,计算准饱和层附近的温度直减率 ,如果γ≤0,则为逆温。如果逆温层厚度≥100m,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但不符合干层和逆温层的判则条件,则计算准饱和层以下60m至以上400m是否为湿绝热稳定层;方法如下:首先计算湿绝热温度直减率γm:
其中g=9.8m·s-2为重力加速度,Cpd=1004(J·kg-1·K-1)为干空气的定压比热,Lv=2.5×106(J/kg)为水汽凝结潜热, 为饱和混合比, 为温度t下的饱和水汽压,E0=6.1hPa为t=0℃时的饱和水汽压,a=7.5,b=273.7;如果满足0<γ≤γm,则为湿绝热稳定层;如果湿绝热稳定层的厚度≥200m,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但不符合干层和逆温层判则,也不符合湿绝热稳定层条件,则计算准饱和层以下60m至以上200m的Richardson数Ri:
其中 为虚位温,Tv=T(1+0.608q)为虚温(K), 为比湿(g/kg),Cp=Cpd(1+0.86q)为湿空气的定压比热, 为水汽压,td为露点温度(℃)R=Rd(1+0.608q)为湿空气比气体常数,u,v分别为纬向风和经向风分量(m.s-1),g为重力加速度(m.s-2);如果至少有2层为Ri≤0,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但不符合以上干层、逆温层、湿绝热稳定层和Ri≤0的条件,则判断为低云,用判则1确定云底高度;
4、根据下面的湿度条件,得到低云云底高度:如果第一层没有准饱和层,则从地面向上至1000m寻找有无湿层,如果有湿层,再判断湿层厚度是否在300m以上,如果符合,则判断为低云,用判则2确定云底高度。低云云低高度判则2:从第一层向上至1000m,计算,最大出现的高度为云底高度;
5、如果从地面向上至1000m不符合湿层的条件,则在1000m以下没有低云,或者云底高度在1000m以上;将以上判识和计算结果直接在计算机上显示即得。
本发明的特点和优点,本发明同时建立了一种客观可行的低云云底高度实时自动提取,和对海雾厚度进行实时监测,其实施性强,可信度高,为海面上空飞行安全、海上交通运输、海港和沿海空港作业提供了有效气象资料。
附图说明
图1是本发明的海雾厚度和低云云底高度获取方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1,本发明的海雾厚度和低云云底高度的获取方法或步骤如下:
1、资料预处理。读入数字探空仪实时资料,解码并生成该时刻ASCII码探空数据文件,该文件包含了从地面到对流层上层每30m间隔的高度z、温度t、相对湿度RH、露点温度td、气压P、风向ddd、风速ff。再由生成的探空数据文件中,读入1000m以下各高度层的上述数据,用常规的方法将风向ddd、风速ff分解为经向风分量v和纬向风分量u。
2、判断地面至1000m高度是否有准饱和层和准饱和层的厚度。依据准饱和层判据:RH≥93%,或者温度露点差t-td≤1.2℃的点(层)。如果第一层(距离地面30米高度处)是准饱和层,再判断准饱和层厚度是否大于600m,如果大于600m,则是低云。采用判则1确定云底高度。低云云低高度判则1:从第一层向上寻找,找到t-td≤0.5℃的高度为云底高度。
3、根据下面不同的海雾发生条件,分别判断是否是海雾,如果是海雾,再给出海雾的厚度:如果第一层是准饱和层,且饱和层厚度小于600m,则计算准饱和层之上是否有干层,干层的判则是:从RH≥90%的最高高度向上,在200m以内突然降至RH≤60%。如果有干层,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度。
如果第一层是准饱和层,但1000m以下没有干层,则计算准饱和层附近(准饱和层以下60m至以上300m)是否有逆温层,其判则如下:在准饱和层高度确定以后,计算准饱和层附近的温度直减率 ,如果γ≤0,则为逆温。如果逆温层厚度≥100m,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度。
如果第一层是准饱和层,但不符合干层和逆温层的判则条件,则计算准饱和层附近(准饱和层以下60m至以上400m)是否为湿绝热稳定层。方法如下:首先计算湿绝热温度直减率γm:
其中g=9.8m·s-2为重力加速度,Cpd=1004(J·kg-1·K-1)为干空气的定压比热,Lv=2.5×106(J/kg)为水汽凝结潜热, 为饱和混合比, 为温度t下的饱和水汽压,E0=6.1hPa为t=0℃时的饱和水汽压,a=7.5,b=273.7。如果满足0<γ≤γm,则为湿绝热稳定(含湿绝热中性)层。如果湿绝热稳定层的厚度≥200m,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度。
如果第一层是准饱和层,但不符合干层和逆温层判则,也不符合湿绝热稳定层条件,则计算准饱和层附近(准饱和层以下60m至以上200m)的Richardson数Ri:
其中 为虚位温,Tv=T(1+0.608q)为虚温(K), 为比湿(g/kg),Cp=Cpd(1+0.86q)为湿空气的定压比热, 为水汽压,td为露点温度(℃)R=Rd(1+0.608q)为湿空气比气体常数,u,v分别为纬向风和经向风分量(m.s-1),g为重力加速度(m.s-2)。如果至少有2层为Ri≤0,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度。
如果第一层是准饱和层,但不符合以上干层、逆温层、湿绝热稳定层和Ri≤0的条件,则判断为低云,用判则1确定云底高度。
4、根据下面的湿度条件,得到低云云底高度:如果第一层没有准饱和层,则从地面向上至1000m寻找有无湿层(湿层的条件是RH≥85%)。如果有湿层,再判断湿层厚度是否在300m以上,如果符合,则判断为低云。用判则2确定云底高度。低云云低高度判则2:从第一层向上至1000m,计算,最大出现的高度为云底高度。
5、如果从地面向上至1000m不符合湿层的条件,则在1000m以下没有低云,或者云底高度在1000m以上。
6、将以上判识和计算结果直接在计算机上显示。
不难将以上方法编制成计算机软件,探空完成后,启动该程序,就可以在计算机终端上显示出海雾厚度和云底高度,或者显示出云底高度在1000米以上。
Claims (2)
1.一种海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法,其步骤如下:
(1)、资料预处理:读入数字探空仪实时资料,解码并生成该时刻ASCII码探空数据文件,该文件包含了从地面到对流层上层每30m间隔的高度z、温度t、相对湿度RH、露点温度td、气压P、风向ddd、风速ff,再由生成的探空数据文件中,读入1000m以下各高度层的上述数据,用常规的方法将风向ddd、风速ff分解为经向风分量v和纬向风分量u;
(2)、依据准饱和层判据:相对湿度RH≥93%的点,判断地面至1000m高度是否有准饱和层和准饱和层的厚度;如果第一层是准饱和层,再判断准饱和层厚度是否大于600m,如果大于600m,采用判则1确定云底高度,判则1:从第一层向上寻找,找到t-td≤0.5℃的高度为云底高度;
(3)、根据不同的海雾发生条件,分别判断是否是海雾,如果是海雾,再给出海雾的厚度:如果第一层是准饱和层,且饱和层厚度小于600m,则计算准饱和层之上是否有干层,干层的判则是:从RH≥90%的最高高度向上,在200m以内突然降至RH≤60%;如果有干层,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但1000m以下没有干层,则计算准饱和层以下60m至以上300m是否有逆温层,其判则如下:在准饱和层高度确定以后,计算准饱和层附近的温度直减率 如果γ≤0,则为逆温;如果逆温 层厚度≥100m,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但不符合干层和逆温层的判则条件,则计算准饱和层以下60m至以上400m是否为湿绝热稳定层;具体方法如下:首先计算湿绝热温度直减率γm:
其中g=9.8m·s-2为重力加速度,Cpd=1004(J·kg-1·K-1)为干空气的定压比热,Lv=2.5×106(J/kg)为水汽凝结潜热, 为饱和混合比, 为温度t下的饱和水汽压,E0=6.1hPa为t=0℃时的饱和水汽压,a=7.5,b=273.7;如果满足0<γ≤γm,则为湿绝热稳定层;如果湿绝热稳定层的厚度≥200m,则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但不符合干层和逆温层判则,也不符合湿绝热稳定层条件,则计算准饱和层以下60m至以上200m的Richardson数Ri:
其中 为虚位温,Tv=T(1+0.608q)为虚温,其单位为K, 为比湿,其单位为g/kg,Cp=Cpd(1+0.86q)为湿空气的定压比热, 为水汽压,其中E0=6.1hPa;td为露点温度,其单位为℃,R=Rd(1+0.608q)为湿空气比气体常数,u,v分别为纬向风和经向风分量,其单位为m.s-1,g为重力加速度,其单位为m.s-2;如果至少有2层为Ri≤0, 则为海雾,且海雾的厚度就是准饱和层的厚度;
如果第一层是准饱和层,但不符合以上干层、逆温层、湿绝热稳定层和Ri≤0的条件,则判断为低云,用判则1确定云底高度;
(4)、根据湿度条件,得到低云云底高度:如果第一层没有准饱和层,则从地面向上至1000m寻找有无湿层,如果有湿层,再判断湿层厚度是否在300m以上,如果符合,则判断为低云,用判则2确定云底高度。低云云底高度判则2:从第一层向上至1000m,计算 最大 出现的高度为云底高度;
(5)、如果从地面向上至1000m不符合湿层的条件,则云底高度在1000m以上;将以上判识和计算结果直接在计算机上显示即得。
2.如权利要求1所述的海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法,其特征是步骤(2)中判据准饱和层的依据是温度露点差t-td≤1.2℃的点。
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