利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，与现有直接测量或者间接估计大气折射率剖面从而得到蒸发波导高度等方法相比，不必先测量或者估计整个大气折射率剖面再获得蒸发波导高度，而是通过测量单一的蒸发率参数，直接获得蒸发波导高度的估值。利用本发明专利技术提出的方法，可以预先建立世界海域范围内蒸发波导高度与蒸发率量化关系数据库，嵌入到已有的蒸发波导环境历史数据库，用于海上舰船编队在不同海域对当前蒸发波导环境的实施评估，并用于通信、雷达、制导、电子对抗等系统的辅助决策。

Method for estimating evaporation duct height in the world sea area by evaporation rate

The present invention relates to a method for estimating the height of evaporation duct in the world sea area by using evaporation index. Compared with existing methods such as directly measuring or indirectly estimating the atmospheric refractive index profile to obtain the height of evaporation duct, it is not necessary to measure or estimate the whole atmospheric refractive index profile before obtaining the height of evaporation duct. A single evaporation rate parameter is measured, and the height of the evaporation duct is estimated directly. By using the method proposed in the invention, a quantitative relational database of evaporation duct height and evaporation rate in the world sea area can be established in advance and embedded into the existing evaporation duct environmental history database, which can be used to evaluate the current evaporation duct environment in different sea areas by the naval fleet, and can be used for communication, radar and guidance. Electronic warfare and other systems.

【技术实现步骤摘要】
利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法
本专利技术属于海洋环境监测等
，涉及估算蒸发波导高度的方法，具体涉及一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法。
技术介绍
蒸发波导是一种由于海水蒸发导致大气湿度随高度呈指数衰减所形成的天然通道，海面上蒸发现象是时刻存在的，因此蒸发波导是近海大气环境中的一种固有现象。据统计，我国周边海域是蒸发波导的高发区域，发生概率约85％。蒸发波导具有特有的大气折射率结构，这种结构会导致微波信号在波导内的传播轨迹相对于标准大气环境产生明显的异常。蒸发波导高度是指在波导剖面上，修正折射率最小值所对应的点与海面之间的高度差，蒸发波导高度是用来刻画蒸发波导对微波信号陷获能力的重要参数，舰载雷达及通信系统工作于蒸发波导高度内或者蒸发波导高度之上性能相差较大，因此需要及时获取舰船周围蒸发波导高度，是保障舰船雷达、通信、导航、电子对抗等无线电系统性能的重要条件。目前蒸发波导高度获取的主要方法主要是先获得蒸发波导大气折射率剖面，再利用修正折射率最小值的位置确定波导高度，而根据大气折射率剖面的获取方式不同可分为直接测量和间接估计，间接估计又可分为模型预测、数值预报和反演预测三大类。直接测量是利用微波折射率仪直接测量大气折射率剖面，折射率剖面的最小值所对应的高度即为蒸发波导高度，但是微波折射率仪价格昂贵，只能获取测量点的单点数据信息，而且受到风向的影响较大，测量误差较大，而且在舰船上安装困难。模型预测是利用气象传感器测量近海面空气温度、相对湿度、大气压、风速、海水表面温度等气象参数，结合蒸发波导的预测模型计算得到大气折射率剖面数据，从而再获得蒸发波导高度。缺点是需要测量五种气象参数，并且测量受船体的影响较大，估计误差较大，而且只能获取测量点的单点数据信息。数值预报方法是利用气象预报数值模型，首先预报一定区域内的空气温度、相对湿度、大气压、风速、海水表面温度等气象参数，再结合蒸发波导预测模型来计算获得大气折射率数据和蒸发波导高度。数值预报方法的优点是可以给出大面积海域、未来几个小时或几十个小时的折射率分布预测值，适合定性分析。缺点是预报的准确性取决于气象预报的准确性，目前还存在比较大的预报误差。反演预测是利用采集到的电磁波信号反演蒸发波导中的大气折射率剖面以及确定蒸发波导高度。从以上4种方法可以看出，目前获取蒸发波导高度的方法中实际测量操作困难，间接方法一般涉及大计算量，无法满足实时快速估算。因此，寻求其它实时快速获得蒸发波导高度的方法，为舰船雷达通信系统的正确操作提供辅助决策，成为亟需解决的重要问题。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，解决目前基于直接或者间接得到折射率剖面从而进一步估算近海面蒸发波导高度的问题与不足。技术方案一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立蒸发率与蒸发波导高度的三参数统计回归模型EDH＝αEVPβeε，其中，EVP和EDH分别表示蒸发率和蒸发波导高度数据，eε为随机因子，ε均值为0以及方差为σ2。α,β和σ为待拟合的未知系数；步骤2：从“NCEPCFSR再分析数据库”中获取某一时间跨度和平面覆盖范围的近海面2米高度的大气温度、距海面10米高度的风速、海面的大气压强、距海面2米高度的相对湿度、海表温度大气海洋环境数据；利用基于海气通量3.0算法的蒸发波导模型计算蒸发波导高度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发波导高度历史数据集；从“NCEPCFSR再分析数据库”中获取某一时间跨度和平面覆盖范围的潜热通量和海表温度大气海洋环境数据，利用公式EVP＝LHF/ρwLe计算蒸发率，其中EVP表示蒸发率，LHF表示潜热通量，ρw是海水密度，取值为1027kgm-3，Le表示蒸发潜热，可利用公式Le＝[[2.501-(0.00237×SST)]]×106计算得到，SST表示海表温度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发率历史数据集；步骤3：对步骤1中建立的三参数统计回归模型两边取自然对数将其线性化，得到线性化模型ln(EDH)＝ln(α)+βln(EVP)+ε，将步骤2中得到的蒸发波导高度和蒸发率数据代入线性化模型，采用最小二乘法拟合得到系数α和β，再将得到的α,β代入线性化模型计算得到残差ε，σ即为残差ε的标准差，待各参数求解后，根据实时的蒸发率数据得到蒸发波导高度的范围。改变经纬度，重复步骤2～步骤3，建立不同经纬度下，α,β和σ的参数数据库，得到经纬度-三参数模型数据库，即在不同海域位置下，蒸发波导高度与蒸发率量化关系数据库。所述步骤3中进行蒸发率和蒸发波导高度的统计回归模型求解的数据收集时间范围不少于1年。有益效果本专利技术提出的一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，由于蒸发波导本身是由于海水蒸发而产生的，蒸发波导高度受蒸发的影响较大，因此蒸发率与蒸发波导高度在物理本质上有很大的关联性。本专利技术与现有直接测量或者间接估计大气折射率剖面从而得到蒸发波导高度等方法相比，不必先测量或者估计整个大气折射率剖面再获得蒸发波导高度，而是通过测量单一的蒸发率参数，直接获得蒸发波导高度的估值。利用本专利技术提出的方法，可以预先建立世界海域范围内蒸发波导高度与蒸发率量化关系数据库，嵌入到已有的蒸发波导环境历史数据库，用于海上舰船编队在不同海域对当前蒸发波导环境的实施评估，并用于通信、雷达、制导、电子对抗等系统的辅助决策。附图说明图1：利用蒸发波导模型计算蒸发波导高度流程图。图2：计算蒸发率流程图。图3：建立三参数回归统计模型的流程图。图4：利用三参数模型估计蒸发波导高度的结果与真实值对比图。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术提出的技术方案包括以下步骤：步骤1：建立蒸发率与蒸发波导高度的三参数统计回归模型EDH＝αEVPβeε，其中，EVP和EDH分别表示蒸发率和蒸发波导高度数据，eε为随机因子，ε均值为0以及方差为σ2。α,β和σ为待拟合的未知系数。步骤2：从“NCEPCFSR(NationalCentersforEnvironmentalPredictionClimateForecastSystemReanalysis)再分析数据库”中获取一定时间跨度和平面覆盖范围的近海面2米高度的大气温度、距海面10米高度的风速、海面的大气压强、距海面2米高度的相对湿度、海表温度大气海洋环境数据，利用基于海气通量3.0算法的蒸发波导模型计算蒸发波导高度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发波导高度历史数据集。步骤3(与步骤2并行)：从“NCEPCFSR再分析数据库”中获取一定时间跨度和平面覆盖范围的潜热通量和海表温度大气海洋环境数据，利用公式EVP＝LHF/ρwLe计算蒸发率，其中EVP表示蒸发率，LHF表示潜热通量，ρw是海水密度，取值为1027kgm-3，Le表示蒸发潜热，可利用公式Le＝[[2.501-(0.00237×SST)]]×106计算得到，SST表示海表温度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发率历史数据集。步骤4：将步骤1中建立的三参数统计回归模型两边取自然对数将其线性化，得到线性化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立蒸发率与蒸发波导高度的三参数统计回归模型EDH＝αEVPβeε，其中，EVP和EDH分别表示蒸发率和蒸发波导高度数据，eε为随机因子，ε均值为0以及方差为σ2。α,β和σ为待拟合的未知系数；步骤2：从“NCEP CFSR再分析数据库”中获取某一时间跨度和平面覆盖范围的近海面2米高度的大气温度、距海面10米高度的风速、海面的大气压强、距海面2米高度的相对湿度、海表温度大气海洋环境数据；利用基于海气通量3.0算法的蒸发波导模型计算蒸发波导高度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发波导高度历史数据集；从“NCEP CFSR再分析数据库”中获取某一时间跨度和平面覆盖范围的潜热通量和海表温度大气海洋环境数据，利用公式EVP＝LHF/ρwLe计算蒸发率，其中EVP表示蒸发率，LHF表示潜热通量，ρw是海水密度，取值为1027kg m‑3，Le表示蒸发潜热，可利用公式Le＝[2.501‑(0.00237×SST)]×106计算得到，SST表示海表温度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发率历史数据集；步骤3：对步骤1中建立的三参数统计回归模型两边取自然对数将其线性化，得到线性化模型ln(EDH)＝ln(α)+βln(EVP)+ε，将步骤2中得到的蒸发波导高度和蒸发率数据代入线性化模型，采用最小二乘法拟合得到系数α和β，再将得到的α,β代入线性化模型计算得到残差ε，σ即为残差ε的标准差，待各参数求解后，根据实时的蒸发率数据得到蒸发波导高度的范围。...

【技术特征摘要】
1.一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立蒸发率与蒸发波导高度的三参数统计回归模型EDH＝αEVPβeε，其中，EVP和EDH分别表示蒸发率和蒸发波导高度数据，eε为随机因子，ε均值为0以及方差为σ2。α,β和σ为待拟合的未知系数；步骤2：从“NCEPCFSR再分析数据库”中获取某一时间跨度和平面覆盖范围的近海面2米高度的大气温度、距海面10米高度的风速、海面的大气压强、距海面2米高度的相对湿度、海表温度大气海洋环境数据；利用基于海气通量3.0算法的蒸发波导模型计算蒸发波导高度，得到相应时间跨度和平面覆盖范围内的蒸发波导高度历史数据集；从“NCEPCFSR再分析数据库”中获取某一时间跨度和平面覆盖范围的潜热通量和海表温度大气海洋环境数据，利用公式EVP＝LHF/ρwLe计算蒸发率，其中EVP表示蒸发率，LHF表示潜热通量，ρw是海水密度，取值为1027kgm-3，Le表示蒸发潜热，可利用公式Le＝[2.501-(0...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坤德，张琪，韩一娜，雷波，段睿，史阳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61