专利名称：海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法
海雾厚度和低云云底高度的实时获取方法
狱领域
本发明属于海洋环境监测技术，具,及一种海雾厚度和低云云底高度的实时获
取方法。 背景狱
有海雾时，^c平能贩不足iooo米，严驟响海上^iig输、海港和沿海空港作 业。研條明，海雾垂直厚繊厚，雾性t^浓，能见度,t^， E^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，在中讳度的海面上空，经常出测氐云。由于低云云底高度(距离海面的高衝 一般在几百米，给飞t鹏飞、降落造淑艮大困难。因此，需要对云底高度做出足雜确
的判断。虽然，云底高度可以M云靴(ceilometer)测得，但是云^C价格昂贵，
我国目前还不能^，而气象人员一i^M目领树低云云底的高^a行估计。AI目测
估计低云云底高度精戯隹以保证，而_@^11成分 :，易造成估计值偏高g備氐，或
者贝繊飞降落日佩，或者对起飞降落带来隐患。因此，粒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)tn象部门陆续配备了新一代探空设^~~GFE (L) 1型二次测风雷 达(工作频率为窗画z，简称L波段测风雷达)，它与GTS1 [字式电子探空仪相配 合，倉繊自动测定地面S^荒层上层的风向、鹏、气温、气压、？鹏等^^要素， 其垂直分层最多可以每升高7^^取""^M， /Ai也面开始就可以获取资料，探测精度 社一f^电探空设絲明显提高。但是，迄领没有利用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^i^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^fjf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，用纟鹏、纟破和风向MM在垂直方向上每隔30m的实领惯料计算出海雾厚度 和低云云底高度。
本发明的具做术路线是利用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，、M^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，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謝Ti十算，获取海雾厚度和低云云底高度。该方 法已经形成计穀几软件，读入实时资料后，计算结果在计MLh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、 资料预处理读入数雜空仪实时资料，解码并生成该时刻ASCII码探空纖 文件，该刘袍含了/Ai也面到赠IM上层每30m间隔的高度z、温度t、相赠显度RH、
露点^鹏~、缀P、风向ddd、 Mff等，再由 的探空麵文件中，读入1000m 以下各高度层的上述数据，用常规的方法将风向ddd、 Mff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,3%，或者驢露点差卜^dC的点(层)，判断地
面至1000m高度是否有准饱和层和Jft&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，找到卜。《0.5。C的高度为云底高度；
3、 根据不同的海雾姓斜牛，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，贝針算准顿口层iJ:是否有干 层，干层的判则是从,0%的最高高度向上，在200m以内突然降至朋《6TO ;如果 有干层，贝'J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 300ra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W姐的， 直减率^-孚，如果y幼，则为逆温。如^^M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^f^T层和逆觀的判则斜牛，则计算准饱和层以下
60m至以上400m是否为湿绝辦急定层；方法如下首先计算湿绝^^Jtl:减率^ :
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中g-9.8附.s-2为重力加速度，= 100407.紐-1.《-1)为干空气的定压比热， Zv = 2.5 x 1060//紐)为水汽凝结潜热，w, 0.622,为饱和混合比，e,=五。10^为驗t下 的饱和水汽压，￡Q=6.1/^fl为t二(TC时的饱和水汽压，a=7.5， b=273.7;如果满足
0<;^l，贝U为湿绝热稳定层；如果湿绝热稳定层的厚度》200m，贝伪海雾，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^^F层和逆願判则，也不#^湿绝^11、定层^#， 贝U计算准饱和层以下60m至以上200m的Richardson数Ri:
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中《=rv ， 为虚位温，rv = r(l + 0.608《)为^^ (K) ， 9 = 0.622——^~~为比湿 〔尸J 尸一0.378e
(g/kg)， Cp-C"l + 0.86《)为湿空气的定压比热，"E。10""为水離，^为露点鹏
(。C) / = ^(1 + 0.6(%)为湿空气比气体常数，u，v分别为纬向M口经向风分量(m^1)，
g为動力口鹏(m.s—2);如果至少有2层为Ri《0，贝伪海雾，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^T拾以上干层、逆^UM、湿绝热稳定层和Ri幼的条
件，贝IJ判断为低云，用判则l确定云底高度；
4 、根据下面的、鹏斜牛，得到低云云底高度如果第一层没有准饱和层，则从地
面向J^1000m寻找有无湿层，如果新跟，再判断觀厚度是否在300m以上，如果符
合，贝,断为低云，用判则2确定云底高度。低云云低高度判则2: i^—层向J^ 1000m，
计算M^，最大^出现的高度为云底高度； Az Az
5、如果从地面向上至1000m不ff^,的斜牛，贝赃1000m以下没有低云，赫云 底高度在1000m以上；将以上判i辦B计算结果直接在计^tUl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，其实拖性强，可信度高，为海面上空飞行安全、海上 ^Sig输、海港和沿海空港作 ^共了有效气象资料。
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。
如图l，本发明的海雾厚度和低云云底高度的获取方法^骤如下
1、 资料预处理。读入数報空仪实时资料'解码并生成该时刻ASCII赚空繊
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、相対、湿度RH、 露点 鹏^、 ，P、风向ddd、鹏ff。再由顿的探Siyg文件中，读入1000m以
下各高^M的i:^i^，用常规的方法将风向ddd、风速ff ，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 鹏3%，麟鹏露点差卜^《1.2。C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，则劍氏云。采用判则 1确定云底高度。低云云低高度判则1:力條一层向上寻找，找到/-/,《0.5。C的高度 为云底高度。
3、根据Tffl不同的海雾发生斜牛，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^:准顿D层;^是否 有干层，干层的判则是从般90%的最高高度向上，在200m以内突然降至RH《6TO。 如果有干层，贝伪海雾，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t辩口层W逝(准饱和层 以下60m至以上300m)是否有逆願，其判则如下招傲辩n层高度确定以后，i愤准
饱和层Pf逝的^M减率p-豈，如果7动，贝U为逆温。如^^M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^^F层和逆,的判则割牛，则ifg:准t包和层Pf逝
(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， 飽鹏L
其中g-9.8m.一为重力加速度，Cpd =100407.^-'.iT1)为干空气的定压比热，
丄j2.5xlOV/的为水汽凝结潜热，M^0.622,为t魅Q混合比，e,五。10^为鹏t下 的饱和水汽压，￡。=6.1/^"为t二(TC时的饱和水汽压，a=7.5， b=273.7。如果满足
0<〃^,则为湿绝热稳定(含湿绝热中性)层。如果湿绝^t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。
如果第一层是撤包和层，但^f^f层和逆願判则，也不^^湿绝热稳定M^(牛， 贝iJ计算准饱和层Pf逝(准饱和层以下60m至以上200m)的Richardson数Ri:<formula>formula see original document page 10</formula>
其中《=7;， 为虚位温，rv = r(l + 0.608《)为;^温(K)，《=0.622——^——为
P —0.378e
比湿(g/kg), C^C^(l + 0.86《)为湿空气的定压比热，6 = ￡。10 为水汽玉，。为露点
鹏(。C)及=&(1 + 0.6(%)为湿空气比气体常数,u， v分别为纬向风和经向风分量(皿s—。，
g为重力加速度(m.s—2)。如，少有2层为Ri幼，则为海雾，且海雾的厚底就是准饱 和层的厚度。
如果第一层是准饱和层，但不f袷以上干层、逆離、湿绝^t定层和Ri幼的条 件，贝U判断为低云，用判则l确定云底高度。
4 、根据下面的 破^[牛，得到低云云底高度如果第一层没有准饱和层，则Mi也 面向上至1000m寻找有无SJl (湿层的条件是RH^85呢)。如果有湿层，再判断,厚度 是否在300m以上，如果f始，贝,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J^ 1000m， i憎，，最大，出现的高度为云底高度。
5、 如果从地面向上至1000m不ff^觀的^[牛，贝U在1000m以下没有低云，赫云 底高度在1000m以上。
6、 将以上判识滞计算结果直接在计WLhM示。
不难将以上方法编制成计Ml软件，^完j^，启动该 ，就可以在计 1^ 端Jil示出海雾厚度和云底高度，^#显示出云底高度在1000米以上。
权利要求
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(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；
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卜G《1.2"C的点。
全文摘要
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。
文档编号G01B21/08GK101419287SQ20081023809
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者任兆鹏, 刘应辰, 刘敬武, 刘诗军, 张苏平, 杨育强, 王新功 申请人:中国海洋大学