Способ определения вертикального распределения температуры воды

Способ определения вертикального распределения температуры воды

Реферат

 

Использование: в измерительной технике, в частности в способе дистанционного определения вертикального распределения температуры. Сущность изобретения: способ предусматривает предварительное определение данных вертикального распределения температуры для данного района и сезона. Для повышения точности определения вертикального распределения температуры в определяемый момент времени проводят измерение температуры поверхности воды с последующим расчетом вертикального распределения температуры по соответствующей ф-ле. 2 ил.

Изобретение относится к методам определения вертикального распределения температуры воды и может быть использовано для дистанционного определения вертикального распределения температуры с помощью космических, самолетных и корабельных неконтактных средств измерения гидрофизических полей.

Известны способы определения профилей гидрофизических полей (см. заявка Франции N 2341862, G 01 H 5/00), основанные на контактных методах измерения.

Недостатком данных методов является то, что измерения проводятся с помощью прибора, помещенного в жидкость.

В литературе описан способ определения вертикального распределения температуры в различных районах Мирового океана (В.А.Филин, Г.М.Дегтярев, А. Г. Колесников ("Статистическая модель интерпретации многолетних материалов зондирования гидросферы и атмосферы" в Трудах ВНИИгидрометеоролической информации Мирового центра данных "Методика климатолого-статического исследования гидрофизических полей в океане", Вып. 33 Гидрометеоиздат, 1976).

Описанный в данной работе способ предусматривает сглаживание реальноизмеренных вертикальных профилей температуры с помощью кусочно-линейной аппроксимации с целью уменьшения многообразия их форм и определения местоположения опорных точек вертикального профиля температуры. Под опорными точками понимают начальную точку, точки перегибов, экстремальные точки и конечную точку профиля. Далее, соотносят данное вертикальное распределение к соответствующей группе, определяют типичное (наиболее вероятное) распределение этой группы и ее вероятность, равную статической вероятности самой группы. Под группой в данном случае понимают область значений вертикального распределения температуры, содержащую наиболее близкие по конфигурации профили вертикального распределения, лежащие в заданных пределах. В результате такой обработки рассматриваемый район Мирового океана в данный период времени года описывается своим набором типичных /наиболее вероятных/ профилей с соответствующими вероятностями. По наиболее вероятному профилю и судят о вертикальном профиле температуры воды в конкретном районе океана. Точность метода определяется статистической вероятностью существования группы, к которой принадлежит искомый профиль.

Принятый в качестве прототипа вышеуказанный способ не использует информацию о поверхностной температуре воды, измеренной непосредственно перед определением вертикального распределения температуры воды, для повышения точности определения вертикального распределения температуры.

Целью изобретения является повышение точности определения вертикального профиля температуры.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют температуру воды на поверхности непосредственно перед определением вертикального распределения температуры воды.

По измеренной температуре определяют вертикальное распределение температуры воды с помощью расчетной формулы: где T₁(h) - наиболее вероятное вертикальное распределение температуры для данного района и сезона, имеющее наиболее близкую к измеренной в данный момент температуре на поверхности; t - - разность температур между ее значением на поверхности в данный момент и значением температуры на поверхности для данного района и сезона, принадлежащим вертикальному распределению T₁(h); h - текущее значение глубины; H - фиксированная глубина, на которой совмещаются все вероятные распределения температуры.

В известном способе, взятом в качестве прототипа, измерения температуры воды на поверхности, усредненные данные о которых использовались для определения вертикального распределения температуры T₁(h) только в приповерхностной области, производились заблаговременно (в течение многих лет), что приводило к ошибкам, обусловленным устареванием информации. Для большинства районов Мирового океана, исключая приполярные районы, ошибка в определении температуры на поверхности по среднестатистическим данным может достигать единиц градусов [5]. Измерение температуры воды на поверхности непосредственно в момент определения вертикального распределения температуры позволяет устранить ошибки в определении вертикального распределения температуры в приповерхностной области. В известном способе, взятом в качестве прототипа, путем статической обработки получают, как правило, несколько групп и типов вероятных вертикальных профилей температуры для данного района и сезона, что ведет к неоднозначности в определении вертикального профиля температуры. Измерение температуры воды на поверхности в момент определения вертикального распределения температуры устраняет неоднозначность в выборе типа вертикального распределения температуры.

Определение вертикального профиля температуры с помощью предлагаемой расчетной формулы позволяет экстраполировать данные о поверхностной температуре на более глубокие приповерхностные слои воды.

Предложенный способ поясняется рисунком (фиг.1). По оси абсцисс отложена температура T, по оси ординат глубина h. На фигуре изображены три группы вертикальных профилей температуры, полученных путем обработки многолетних наблюдений одного из районов северной части Тихого океана. Группы обозначены цифрами 1,2,3. Каждая группа имеет свою вероятность существования. Интервал температур на морской поверхности, занимаемый каждой группой, принят равным 2^oC. Внутри каждой группы изображено наиболее вероятное распределение температур по глубине для данной группы. Таким образом, если точка, характеризующая измеренную температуры воды, расположена на оси абсцисс в интервале температур только одной группы вертикальных профилей, например точка A, то из этой точки строят вниз вертикальное распределение до точки M, повторяющее конфигурацию вероятного распределения первой группы. Если измеренная температура принадлежит одновременно двум или более группам, например точка B, то необходимую группу выбирают по максимальной величине произведения вероятности существования данной группы на вероятность принадлежности значения измеренной температуры интервалу поверхностных температур. В свою очередь последняя вероятность определяется расстоянием по оси абсцисс между центром интервала температур, принадлежащих данной группе и значением измеренной температуры, а также законом распределения температуры в данном интервале.

На фиг.2 в качестве примера представлена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ. Блок-схема включает измеритель поверхностной температуры [1], блок определения вертикального распределения температур [2].

Широкая известность различных вариантов измерителя температуры воды на поверхности [1], построенного на различных физических принципах и пригодных для реализации в предлагаемом устройстве (например, инфракрасные радиометры) позволяет специально не рассматривать части этого узла (передающую часть, приемник, регистрирующую аппаратуру), ранее использовавшегося по прямому назначению, а в составе заявляемого технического решения, являющегося датчиком канала компенсации ошибок измерения вертикального градиента температуры, вызванных устареванием информации.

В качестве блока определения вертикального распределения температуры [2] может быть использована серийная электронно-вычислительная машина (ЭВМ) типа "Электроника-60". При других вариантах использования она является универсальным вычислителем. В предлагаемом устройстве, вследствие использования заданной программы, она выполняет функции спецпроцессора, преобразующего принимаемые сигналы измеряемых гидрофизических характеристик откорректированный вертикальный градиент. Кроме ЭВМ типа "Электроника-60", могут быть использованы и другие универсальные и специализированные ЭВМ, работающие по заданной программе. Таким образом, технические свойства блока определения вертикального градиента температуры в составе предлагаемого устройства не совпадают со свойствами ЭВМ "Электроника-60" в других известных устройствах.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени измеритель поверхностной температуры [1] измеряет температуру морской воды на поверхности. В блоке определения вертикального градиента температуры [2] производится вычисление параметров, входящих в расчетную формулу.

Предельная достижимая точность измерения температуры поверхности воды инфракрасными средствами лежит в пределах 0,1-1,0^oC, т.е. выше, чем принятый интервал поверхностных температур, характеризующий группы вертикального распределения температур (2^oC).

Таким образом, погрешность определения вертикального распределения температуры воды предлагаемым способом в приповерхностной области уменьшается примерно в 2 раза.

Формула изобретения

Способ определения вертикального распределения температур путем использования предварительно определенных данных вертикального распределения температуры для данных района и сезона, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения вертикального распределения температуры, в определенный момент времени измеряют температуру поверхности воды, а вертикальное распределение температуры определяют по формуле где T₁(h) - предварительно определенные данные вертикального распределения температуры для данных района и сезона; t - разность температур поверхности между измеренным в определяемый момент и определенным предварительно для данных района и сезона; h - текущее значение глубины; H - фиксированная глубина совмещения вероятных распределений температур.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2