一种地面烟炉人工增雨作业条件识别方法技术

本发明专利技术涉及地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，包括：基于三维超声风速仪输出的三维风速数据对地面烟炉进行人工增雨作业条件识别，获取人工增雨作业条件级别在一般以上的每一作业条件级别下的三维风速数据集；进而确定每一作业条件级别对应的x轴风速区间，每一x轴风速区间内的x轴风速与y轴风速的拟合关系，x轴风速与z轴风速的拟合关系；获取配置一维风速仪的地面烟炉的一维风速数据，根据一维风速数据所属x轴风速区间内的拟合关系，获得该一维风速数据对应的y轴风速数据和z轴风速数据，并对配置一维超声风速仪的地面烟炉进行人工增雨作业条件识别。识别准确的同时，无需为地面烟炉配制三维超声风速仪，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种地面烟炉人工增雨作业条件识别方法


[0001]本专利技术涉及人工增雨
，尤其涉及一种基于三维超声风速测量的地面烟炉人工增雨作业条件识别方法。

技术介绍

[0002]地面烟炉作为一种新型的人工增雨作业工具，具有作业成本低、不受空域限制、可远程遥控作业、节省人力物力且保证了作业安全等优点，已普遍在国内外人工增雨作业中运用。地面烟炉作业时，燃烧后的碘化银冰核需依赖上升气流送入待催化作业云层所在高度。因此，地面烟炉的安装点位置和作业条件的识别是人工增雨催化作业的核心。
[0003]对于地面烟炉的选址和安装，已有明确的行业标准(《人工增雨(雪)地面催化剂发生器选址安装技术要求》，QX/T 569
‑
2020)，规定了地面催化剂发生器(地面烟炉)的选址、安装等要求。在地面烟炉选址确定的情况下，增雨作业条件的精准识别是保证增雨催化科学有效、提升增雨作业催化效率的基础和前提。
[0004]目前，开展地面烟炉人工增雨作业时，主要利用天气图、卫星云图、雷达等气象观测手段判断增雨作业条件。可是，地面烟炉为小范围地面点源作业且多在在山区开展，地形复杂，作业条件识别主要依靠烟炉作业点附近的温湿度及风速等气象要素开展，需要较高时间和空间分辨率的气象要素场。而天气图和卫星云图等气象观测仅能提供大范围天气系统形势、云系发展及演变等宏观天气特征，同时，受观测手段限制，其时间和空间分辨率较低，暂无法提供地面作业点附近气象要素的实时变化情况。
[0005]另一方面，山区雷达站分布较少，受地形遮挡等影响，现有雷达观测在很大程度上不能覆盖地面烟炉所在地。同时，雷达仅能观测到地面烟炉上方天气系统变化，对地面烟炉附近气象要素的观测仅能依靠算法反演，实际观测能力有限。综上，利用传统气象观测手段，仅能初步识别地面烟炉增雨作业条件，在开展精确的地面烟炉人工增雨作业条件识别方面还存在诸多不足。
[0006]三维超声风速仪基于融空气动力学与形体结构特征设计为理念，以超声脉冲物理学为其测定原理，以在严酷气象条件下正常测量为技术工艺要求，是一个对被测空气干扰小并耐用的三维风速仪。三维超声风速仪有10厘米垂直测量路径，可输出三维正交风速和超声温度，最大测量输出频率达100Hz。采用三维超声风速仪，能够精确获得烟炉作业点附近的风速数据，数据认可度高，进而根据三维超声风速仪观测数据能够对地面烟炉的人工增雨作业条件进行精确识别，然而三维超声风速仪的售价较高，目前一套在30万元人民币左右，在地面烟炉集群中，为形成较高时间和空间分辨率的气象要素场以对集群中每一个烟炉的人工增雨作业条件进行识别，需要对应一个烟炉设置至少一台三维超声风速仪，这将耗费极大的成本。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]鉴于上述技术中存在的问题，本专利技术至少从一定程度上进行解决。为此，本专利技术提出了一种地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，提高识别精确度的同时，无需为地面烟炉配制三维超声风速仪，降低成本。
[0009](二)技术方案
[0010]为了达到上述目的，本专利技术一方面提供一种地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，包括以下步骤：
[0011]基于三维超声风速仪输出的三维风速数据对地面烟炉进行人工增雨作业条件识别，获取人工增雨作业条件级别在一般以上的每一作业条件级别下的三维风速数据集；
[0012]根据每一作业条件级别下的三维风速数据集，确定x轴风速的区间，并将x轴风速数据和y轴风速数据进行拟合，x轴风速数据和z轴风速数据进行拟合，以获得每一作业条件级别对应的x轴风速区间，每一x轴风速区间对应的x轴风速与y轴风速的拟合关系，x轴风速与z轴风速的拟合关系；
[0013]获取配置一维风速仪的地面烟炉的一维风速数据，根据一维风速数据和每一作业条件级别对应的x轴风速区间，确定一维风速数据所属的x轴风速区间；根据一维风速数据和一维风速数据所属x轴风速区间内的x轴风速与y轴风速的拟合关系，x轴风速与z轴风速的拟合关系，获得该一维风速数据对应的y轴风速数据和z轴风速数据；
[0014]根据一维风速数据及其对应的y轴风速数据，z轴风速数据，对配置一维超声风速仪的地面烟炉进行人工增雨作业条件识别。
[0015]可选地，根据三维风速数据，对地面烟炉进行人工增雨作业条件识别，包括：根据三维风速数据和地面烟炉基本信息，若判断当前风向为谷风，则将三维风速数据和地面烟炉基本信息输入烟流高斯扩散模型中，输出预定烟流评估区域内多列空间点的烟流扩散浓度；其中，多列空间点充满烟流评估区域，每一列空间点均分布在预设数量不同高度的等高面上；
[0016]在每一列空间点中，对每两个位于相邻等高面上的空间点的烟流扩散浓度进行比较，获得每一相邻等高面上每一列空间点的烟流扩散浓度比较结果；根据每一相邻等高面上每一列空间点的烟流扩散浓度比较结果，确定人工增雨作业条件级别。
[0017]可选地，地面烟炉基本信息包括地面烟炉作业点位置，烟炉内径，烟炉高度，扩散源源强，烟流出口速度和烟流出口温度。
[0018]可选地，烟流高斯扩散模型，包括：
[0019]建立坐标系：原点o为烟流排放点源在地面的投影点，x轴正向为x轴风速风向，y轴在水平面上垂直于x轴，z轴垂直于水平面xoy，z轴正向为高度方向；
[0020]任一空间点的烟流扩散浓度表示为
[0021][0022][0023][0024]其中，C(x,y,z,H)，为空间点(x,y,z,H)的烟流扩散浓度，mg/m3；σ
y
为y轴方向的标准差，即y轴方向的烟流扩散参数；σ
z
为z轴方向的标准差，即z轴方向的烟流扩散参数；u
x
为x轴风速，u
y
为y轴风速，u
z
为z轴风速；q为扩散源源强，即单位时间内排放的烟流，μg/s；H＝h+Δh，h为烟炉高度，Δh为烟流抬升高度；n为输入模型的三维数据的数量。
[0025]可选地，烟流抬升高度表示为
[0026][0027]其中，v
s
为烟流出口速度，m/s；D为烟炉出口内径，m；T
S
为烟炉出口温度，K；T
a
为环境平均温度，K；Q
h
为烟囱的热排放率，kW。
[0028]可选地，烟流评估区域为以烟炉顶端为基准点向风向延伸的立方体区域，该立方体区域的底面与水平面平行，烟炉顶端位于该立方体区域底面边缘的中部，该立方体区域的边长至少为0.5倍的烟炉高度，该立方体区域的边长不超过2倍的烟炉高度。
[0029]可选地，根据每一相邻等高面上每一列空间点的烟流扩散浓度比较结果，确定人工增雨作业条件级别，包括：根据每一相邻等高面上列空间点的不同烟流扩散浓度比较结果的占比，确定人工增雨作业条件级别。
[0030]可选地，在烟流评估区域内预先设置有3个不同高度的等高面，从下至上分别为第一等高面、第二等高面和第三等高面；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，其特征在于，包括以下步骤：基于三维超声风速仪输出的三维风速数据对地面烟炉进行人工增雨作业条件识别，获取人工增雨作业条件级别在一般以上的每一作业条件级别下的三维风速数据集；根据每一作业条件级别下的三维风速数据集，确定x轴风速的区间，并将x轴风速数据和y轴风速数据进行拟合，x轴风速数据和z轴风速数据进行拟合，以获得每一作业条件级别对应的x轴风速区间，每一x轴风速区间对应的x轴风速与y轴风速的拟合关系，x轴风速与z轴风速的拟合关系；获取配置一维风速仪的地面烟炉的一维风速数据，根据一维风速数据和每一作业条件级别对应的x轴风速区间，确定一维风速数据所属的x轴风速区间；根据一维风速数据和一维风速数据所属x轴风速区间内的x轴风速与y轴风速的拟合关系，x轴风速与z轴风速的拟合关系，获得该一维风速数据对应的y轴风速数据和z轴风速数据；根据一维风速数据及其对应的y轴风速数据，z轴风速数据，对配置一维超声风速仪的地面烟炉进行人工增雨作业条件识别。2.根据权利要求1所述的地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，其特征在于，根据三维风速数据，对地面烟炉进行人工增雨作业条件识别，包括：根据三维风速数据和地面烟炉基本信息，若判断当前风向为谷风，则将三维风速数据和地面烟炉基本信息输入烟流高斯扩散模型中，输出预定烟流评估区域内多列空间点的烟流扩散浓度；其中，多列空间点充满烟流评估区域，每一列空间点均分布在预设数量不同高度的等高面上；在每一列空间点中，对每两个位于相邻等高面上的空间点的烟流扩散浓度进行比较，获得每一相邻等高面上每一列空间点的烟流扩散浓度比较结果；根据每一相邻等高面上每一列空间点的烟流扩散浓度比较结果，确定人工增雨作业条件级别。3.根据权利要求2所述的地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，其特征在于，地面烟炉基本信息包括地面烟炉作业点位置，烟炉内径，烟炉高度，扩散源源强，烟流出口速度和烟流出口温度。4.根据权利要求2所述的地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，其特征在于，烟流高斯扩散模型，包括：建立坐标系：原点o为烟流排放点源在地面的投影点，x轴正向为x轴风速风向，y轴在水平面上垂直于x轴，z轴垂直于水平面xoy，z轴正向为高度方向；任一空间点的烟流扩散浓度表示为任一空间点的烟流扩散浓度表示为任一空间点的烟流扩散浓度表示为
其中，C(x,y,z,H)，为空间点(x,y,z,H)的烟流扩散浓度，mg/m3；σ
y
为y轴方向的标准差，即y轴方向的烟流扩散参数；σ
z
为z轴方向的标准差，即z轴方向的烟流扩散参数；u
x
为x轴风速，u
y
为y轴风速，u
z
为z轴风速；q为扩散源源强，即单位时间内排放的烟流，μg/s；H＝h+Δh，h为烟炉高度，Δh为烟流抬升高度；n为输入模型的三维数据的数量。5.根据权利要求4所述的地面烟炉人工增雨作业条件识别方法，其特征在于，烟流抬升高度表示为其中，v
s
为烟流出口速度，m/s；D为烟炉出口内径，m；T
S

【专利技术属性】
技术研发人员：韩辉邦，张玉欣，马守存，张鹏亮，郭世钰，王启花，山成焘，唐文婷，尚永胜，
申请(专利权)人：青海省人工影响天气办公室，
类型：发明
国别省市：