[發明專利]一種短時間間隔大氣環境溫度預測方法

有效

• 申請號: 201210387375.9
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103077297A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張兄文;李國君
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種短時間間隔大氣環境溫度預測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：首先，在大氣環境中定義一個截面積為1平方米的球形控制體作為研究對象，設定控制體環境變量的采樣時間步長，設定預測時長；

步驟2：每隔一個設定的時間步長，測量太陽輻射能、大氣溫度、壓強和相對濕度，當采樣記錄持續的時間長度大于12小時時，則開始執行大氣環境溫度預測程序，且每經過一個預測時長的時間間隔執行一次大氣環境溫度預測；

步驟3：在大氣環境溫度預測執行過程中，對于第k個預測時間段，首先根據當前采樣獲得的大氣溫度、壓強和相對濕度，通過方程（1）～（5）計算確定C_th值，若k等于1，則在區間[0.001，0.01范圍內為空氣輻射熱吸收系數f設定一個值（如0.0025），若預測時間段索引k大于等于2，采用方程（6）更新空氣輻射熱吸收系數f的值；

ln(ps)=]]>

54.842763-6763.22T-4.21ln(T)+0.000367T+tanh[0.0415(T-218.8)][53.878-]]>

1331.22T-9.44523ln(T)+0.014025T]---(2)]]>

ρ=p(1-x)287.058T+px461.495T---(3)]]>

Cth=34πρcpr3---(5)]]>

f=A(T0k-T0k-1)Cthk[∫t0k-12t0kfbl(t)q·rad(t)dt-∫t0k-1-12t0k-1fbl(t)q·rad(t)dt]---(6)]]>

式中：——空氣絕對濕度，

x——空氣相對濕度，

p——空氣壓強，

p_s——空氣中水蒸氣飽和壓力，

T——控制體溫度，

ρ——控制體空氣密度，

c_p——控制體空氣比熱，

r——控制體半徑

f——控制體輻射熱的吸收系數，

T₀——當前溫度，

t₀——當前時刻，單位：小時

f_bi(t)——Box?Lucas函數，表達式為：式中參數a₁,a₂默認值可取為0.5和3.8，對于不同地區這兩個參數值可以做一定的調整；

A——Box?Lucas函數在區間[0，12]的積分，表達式為：A=∫012fbl(t)dt;]]>

區間[t₀-12,t₀]的q_rad——過去12小時的太陽輻射能；

步驟4：利用太陽輻射能預測模塊預測未來一個預測時長內太陽輻射能分布，從而根據方程（10）獲得未來一個預測時長內溫度分布，之后程序等待直至下一個預測時刻；具體如下：

控制體的熱平衡方程為（7）：

43πρcpr3dTdt=fq·---(7)]]>

對該方程兩邊進行積分得方程（8）：

T=∫Cth(t)fq·(t)dt---(8)]]>

式中：T是控制體溫度，ρ為空氣密度，c_p為空氣比熱，r為控制體半徑，為總輻射熱強度，f為控制體輻射熱的吸收系數；

與太陽直接輻射和反射相比，云層及地球表面本身產生的熱輻射在時間上具有一定的滯后性，考慮到云層和地球表面本身熱輻射是太陽輻射能在時間上的滯后效應，方程（7）中的輻射熱的計算可以看作是過去一段時間太陽輻射能熱效應的累積，設太陽輻射的熱效應時間滯后時長為12小時，并且太陽輻射能熱效應的時間滯后特征遵循Box?Lucas模型[11]，并定義為方程（9）：

fdecay(t)=fbl(t)A---(9)]]>

式中：fbl(t)=a1(e-a2t-e-a1t)a1-a2,]]>A=∫012fbl(t)dt]]>

由方程（5）、（8）和（9）得到t_p時刻大氣環境溫度的預測表達式（10）。

Tp=T0+CthfA[∫tp-12tpfbl(t)q·rad(t)dt-∫t0-12t0fbl(t)q·rad(t)dt]---(10)]]>