[發(fā)明專利]一種面向飛行器導(dǎo)航制導(dǎo)的單層云云底高度估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811590918.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110455254B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?zhí)煨?/a>;蘇益波;王中陽(yáng);梁帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C5/00
• 分類號(hào): G01C5/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種面向飛行器導(dǎo)航制導(dǎo)的單層云云底高度估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)利用Aqua衛(wèi)星中不同波段可檢測(cè)的云層的屬性將云層劃分為不同種類；

(2)獲取Cloudsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)和Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)，所述Cloudsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括云層數(shù)，所述Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括云頂溫度和光學(xué)厚度；

(3)將經(jīng)緯度相同的Cloudsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)與Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，利用Cloudsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的云層數(shù)給Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的云頂溫度、光學(xué)厚度數(shù)據(jù)做標(biāo)記；

(4)將匹配好的數(shù)據(jù)分為兩組，第一組作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，第二組作為測(cè)試數(shù)據(jù)；

(5)根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)之間的歐式距離，確定距離每個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)最近的多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并根據(jù)這多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的云層類別確定每個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的云層類別；

(6)當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的云層類別為單層云時(shí)，利用物理數(shù)學(xué)模型根據(jù)Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)計(jì)算出單層云的云層厚度，并將計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與Cloudsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)作對(duì)比進(jìn)而調(diào)整物理數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)；

(7)利用調(diào)整過(guò)參數(shù)的物理數(shù)學(xué)模型計(jì)算云層厚度；

(8)利用云頂高度減去步驟(7)計(jì)算的云層厚度得到云底高度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層云云底高度估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(5)具體包括：

計(jì)算訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的歐式距離；

圈定距離測(cè)試數(shù)據(jù)最近的k個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)的近鄰；

在k個(gè)近鄰中出現(xiàn)次數(shù)最多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的云的類別為測(cè)試數(shù)據(jù)的云的類別。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單層云云底高度估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(6)具體包括：

確定云的消光系數(shù)，所述消光系數(shù)與云中水密度、云的有效粒子半徑以及單位體積內(nèi)云水含量有關(guān)；

確定云的光學(xué)厚度、云的厚度與云的消光系數(shù)的關(guān)系；

確定云中液態(tài)水路徑、液態(tài)水含量與云的厚度的關(guān)系；

結(jié)合Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的光學(xué)厚度以及云的有效粒子半徑的反演結(jié)果，確定云中液態(tài)水路徑；

根據(jù)云中液態(tài)水路徑和液態(tài)水含量確定云的厚度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層云云底高度估計(jì)方法，其特征在于，在云粒子的消光效率因子為2時(shí)，所述云的消光系數(shù)β_e為：

其中，ρ_ω為云中水密度，r_e為有效粒子半徑，W為單位體積內(nèi)云水含量；

其中，n(r)為云滴譜分布，r為云粒子半徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單層云云底高度估計(jì)方法，其特征在于，云的光學(xué)厚度τ與云的消光系數(shù)β_e的關(guān)系為：

其中，Z₁為云底高，Z₂為云頂高，ΔZ為云厚，為云層垂直方向平均消光系數(shù)，光學(xué)厚度τ，指在計(jì)算輻射傳輸時(shí)，單位截面積上吸收和散射物質(zhì)產(chǎn)生的總衰弱；

云中液態(tài)水路徑LWP和云中液態(tài)水含量LWC與云厚ΔZ的關(guān)系為：

LWP＝LWC×ΔZ

結(jié)合云的消光系數(shù)β_e：

結(jié)合Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)云的光學(xué)厚度和有效粒子半徑的反演結(jié)果，得到LWP；

最后求得云厚ΔZ：

ΔZ＝LWP/LWC。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的單層云云底高度估計(jì)方法，其特征在于，所述云底高度Z₂為云頂高度Z₁減去云的厚度ΔZ。