一种适用于稳定条件的蒸发波导修正模型制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于稳定条件的蒸发波导修正模型，该修正模型通过提高海上稳定条件下蒸发波导预测精度，实现蒸发波导模型整体性能的改善提高。本发明专利技术在蒸发波导模型中，引入新的普适函数，修正现有蒸发波导模型中稳定条件下动量通量关系中的风速普适函数，修正现有蒸发波导模中稳定条件下感热、潜热通量关系中的温度、比湿普适函数；不稳定条件下则沿用经过海上试验数据证实的通量关系中的风速、温度、比湿普适函数。比湿普适函数。比湿普适函数。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于稳定条件的蒸发波导修正模型


[0001]本专利技术涉及无线电气象领域蒸发波导，尤其是涉及基于海面水文气象参数预测蒸发波导参数的模型，主要用于近海面微波波段无线电系统超视距性能的评估。

技术介绍

[0002]大气波导是发生在对流层大气中的一种异常折射结构，能够改变电磁波的正常传播特性，极大地影响工作在海洋环境中的雷达、通信、电子对抗等电子设备的性能，尤其能够使得雷达实现超视距探测等。
[0003]1)大气波导分为蒸发波导、表面波导以及悬空波导。其中蒸发波导是因近海面海水蒸发造成湿度随高度锐减而形成，几乎在任何海域永久存在，因此受到人们的极大关注。伴随着微气象学的发展，基于莫宁相似理论，国内外不同的学者相继提出了不同的蒸发波导模型，例如Jeskes模型、Paulus
‑
Jeskes模型、MGB模型、BYC模型、NPS模型、伪折射率模型等。海上的气海温差大于0时是稳定条件，气海温差小于0时是不稳定条件，气海温差等于0时是中性条件，由于不同稳定条件下的普适函数存在显著差异，因此需要分为稳定和不稳定(包含中性条件)两种情况构建蒸发波导模型。现有模型中，Jeskes模型、Paulus
‑
Jeskes模型、MGB模型和伪折射率模型等蒸发波导模型，因为直接利用陆地试验数据建立的普适函数构建得到，在稳定和不稳定条件下均存在模型误差较大情况。而BYC模型以及NPS模型是基于热带海域海气耦合响应试验数据得到的，由于海气耦合响应试验位于热带海域，多为不稳定条件，可以保证NPS模型在不稳定条件下性能良好，但是由于在稳定条件下构建模型时仍采用陆地试验数据建立的普适函数，导致其可能出现预测误差较大的情形。随着海上试验数据的不断积累，相关学者建立了稳定条件下适用范围更广的普适函数，扩大了莫宁相似理论中通量廓线关系的应用范围。如2007年，基于SHEBA(Surface Heat Budget of the Arctic Ocean Experiment，北冰洋表面热收支平衡试验)试验，发展了稳定条件下新的普适函数。因此可以借鉴这些新的普适函数，构建修正的蒸发波导模型。
[0004]相关专利如下：
[0005]专利技术专利(一种区域蒸发波导预报方法，专利号：ZL201218007283.4)提出了一种利用数值预报和蒸发波导模式耦合方法，实现海上蒸发波导的数值预报，用以扩展数值预报模式和蒸发波导的功能，解决蒸发波导的区域预报问题。
[0006]专利技术专利(地基GNSS掩星监测全类型大气波导的方法，ZL201518010851.X)提出了地基GNSS掩星监测大气波导的方法，该方法一方面将接收掩星信号从GPS扩展到包括北斗、GPS、GLONASS的GNSS信号；另一方面，集成基于地面气象数据的蒸发波导监测方法，实现对全类型大气波导的被动监测。克服了现有技术中的缺点。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种蒸发波导修正模型，目的是通过提高海上稳定条件下蒸发波导预测精度，从而实现蒸发波导模型整体上较高的预测性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提出在蒸发波导模型中，基于海上稳定条件下的实测数据建立的普适函数，修正现有蒸发波导模型中稳定条件下动量通量关系中的风速普适函数，修正现有蒸发波导模中稳定条件下感热、潜热通量关系中的温度、比湿普适函数；不稳定条件下沿用经过海上试验数据证实的通量关系中的风速、温度、比湿普适函数。该修正的蒸发波导模型具体步骤如下：
[0009]1)蒸发波导模型输入参数
[0010]首先输入大气温度Ta、海水表面温度Ts、相对湿度RH、压强P、风速u、温度传感器高度zt、湿度传感器高度zq、风速传感器高度zu参数；
[0011]2)参数初始化
[0012]其次基于海气耦合关系，初始化温度粗糙度z
0t
、比湿粗糙度z
0q
、风速粗糙度特征参数z0、位温特征参数θ
*
、比湿特征参数q
*
、风速特征参数u
*
；
[0013]3)不稳定条件风速普适函数的计算
[0014]再次计算无因次量ξ＝zu/L，即稳定度参数＝风速传感器架设高度/莫宁相似长度；如果该值值大于0，风速普适函数采用如下形式：
[0015][0016]4)不稳定条件温度和比湿普适函数的计算
[0017]温度和比湿普适函数采用如下形式：
[0018][0019]其中，a
m
＝5，b
m
＝a
m
/6.5，a
h
＝b
h
＝5，c
h
＝3，x＝(1+ξ)
13
[0020][0021]5)稳定条件普适函数的计算
[0022]稳定条件下普适函数采用与NPS模型中一样的形式，即风速普适函数采用如下形式：
[0023][0024]z
pu
＝(1
‑
15ξ)
0.25
[0025][0026]温度和比湿普适函数采用如下形式：
[0027][0028]ψ
tk
＝2ln[(1+z
pt
)/2],z
pt
＝(1
‑
15ξ)
0.5
[0029][0030]6)重新计算特征参数
[0031]重新计算位温特征参数θ
*
、比湿特征参数q
*
、风速特征参数u
*
、温度粗糙度z
0t
、比湿粗糙度z
0q
、风速粗糙度特征参数z0。
[0032]7)计算特征参数收敛值
[0033]再次重复3次计算位温特征参数θ
*
、比湿特征参数q
*
、风速特征参数u
*
、温度粗糙度z
0t
、比湿粗糙度z
0q
、风速粗糙度特征参数z0；，获得这些特征参数的收敛值。
[0034]8)计算蒸发波导修正折射率剖面和高度
[0035]然后利用这些特征参数建立温度以及比湿剖面，联合压力剖面进一步获得修正折射率剖面；最后选择修正折射率最小值对应的位置即为蒸发波导高度。
[0036]本专利技术的有益效果是：与现有的蒸发波导模型相比，本专利技术可以更多地利用海上实测数据建立的普适函数，构建修正的蒸发波导模型，在稳定和不稳定条件下均达到较高的预测效果，最终可使海上蒸发波导模型结果更为合理可信。
附图说明
[0037]图1是蒸发波导模型修正构建流程图。
[0038]图2是海表温度25℃时分别采用NPS和修正模型的蒸发波导高度计算结果,(a)是NPS模型，(b)修正模型。
[0039]图3是海表温度15℃时分别采用NPS和修正模型的蒸发波导高度计算结果，(a)是NPS模型，(b)修正模型。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于稳定条件的蒸发波导修正模型，基于海上稳定条件下的实测数据建立的普适函数，修正现有蒸发波导模型中稳定条件下动量通量关系中的风速普适函数，修正现有蒸发波导模中稳定条件下感热、潜热通量关系中的温度、比湿普适函数；不稳定条件下沿用经过海上试验数据证实的通量关系中的风速、温度、比湿普适函数；其特征在于，具体步骤如下：1)蒸发波导模型输入参数在蒸发波导模型中输入大气温度Ta、海水表面温度Ts、相对湿度RH、压强P、风速u、温度传感器高度zt、湿度传感器高度zq和风速传感器高度zu；2)参数初始化基于海气耦合关系，初始化温度粗糙度z
0t
、比湿粗糙度z
0q
、风速粗糙度特征参数z0、位温特征参数θ
*
、比湿特征参数q
*
和风速特征参数u
*
；3)不稳定条件风速普适函数的计算计算无因次量ξ＝zu/L，如果该值大于0，风速普适函数采用如下形式：4)不稳定条件温度和比湿普适函数的计算温度和比湿普适函数采用如下形式：其中，a
m
＝5，b
m
＝a
m
/6.5，a
h
＝b
h
＝5，c
h
＝3，x＝(1+ξ)
1/3
5)稳定条件普适函数的计算稳定条件下普适函...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娜，金振中，张炳文，岳明桥，周玢，孙秉志，朱麟，王红光，张利军，慈旋，杨继坤，刘成，章晗，寇雨筱，隋景辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二四九三部队试验训练总体研究所，
类型：发明
国别省市：