[發明專利]一種基于三維風場數據的高空急流提取方法

有效

• 申請號: 202010136588.9
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111399084B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 陳曦;聶建強;嚴勇杰;田云鋼;肖雪飛;劉巖;莫海健
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01W1/02;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 于瀚文;胡建華

本發明提供了一種基于三維風場數據的高空急流提取方法，首先將等壓面轉換為等高面，再利用經向風與緯向風計算每個等高面上的風向和風速，得到三維的風向和風速場。根據熱帶東風急流的氣象學定義，得到東風急流的長、寬、高、急流軸、急流核和水平與垂直風切變等信息。根據西風急流的氣象學定義，得到每類西風急流的長、寬、高、急流軸大小與強度位置和水平與垂直風切變等信息。本發明使用客觀方法從復雜三維風場中提取對高空飛行有重要影響的高空急流信息，為各方提供了統一的高空飛行氣象態勢，可有效保障航空運輸的安全性和經濟性。

技術領域

本發明屬于航空氣象領域，尤其涉及一種基于三維風場數據的高空急流提取方法。

背景技術

當前，用于航空氣象服務的高空風數據來自國際民航組織和世界氣象組織提供的WAFS(World Area Forecast System)系統，這是由幾十個不同等壓面上的經向風(V)與緯向風(U)組成的三維風場數據。但此數據不便于直接被航空運輸業內各相關利益方使用，很難從這樣的三維風場中判斷出對飛行會產生重要影響的高空急流的位置和屬性信息。高空急流是對流層上層大約10公里左右高度范圍內，風速大于30m/s的狹長的高速氣流帶，具有強的水平和垂直風切變。通常急流長可達幾千甚至上萬公里，寬可達幾百到上千公里，厚度達幾公里。高空急流在經濟性和安全性方面對航空飛行有重要的影響。順急流飛行時，可增大飛機地速，縮短航行時間，節省燃料。逆急流飛行會減小飛機地速，增加航行時間，消耗更多燃料。此外，由于高空急流附近存在很強的風切變，穿越高空急流飛行時會產生很大的偏流，對領航計算和保持航向有影響，也可能會引起飛機顛簸，造成航空安全事故。因此掌握高空急流的強度和空間分布信息，對航空飛行有重要意義。

查閱國內外相關專利和文獻，目前國內外航空氣象服務只提供了三維風場信息，并沒有從三維風場數據中提取高空急流強度和位置信息的算法技術。

發明內容

當前，航空氣象業務部門提供不同等壓面上的經向風與緯向風數據為航空運輸提供高空風信息服務，本發明利用此數據，發明一種從三維風場信息中提取高空急流相關強度和位置信息的技術方法，為高空飛行的航空器提供高空急流相關信息服務，保障航空安全和經濟效益。

本發明具體提供了一種基于三維風場數據的高空急流提取方法，包括如下步驟：

步驟1，獲取飛行高度層上的三維風向風速信息，然后提取熱帶東風急流范圍和西風急流范圍；

步驟2：提取東風急流屬性；

步驟3：提取西風急流屬性。

步驟1包括如下步驟：

步驟1-1：獲取飛行高度層上的三維風向風速信息；

步驟1-2：提取熱帶東風急流；

步驟1-3：提取西風急流。

步驟1-1包括：

步驟1-1-1，進行高度層轉換，將垂直坐標系從等壓面轉換成等高面，轉換公式為拉普拉斯壓高公式其中P₁,z₁，t分別是零攝氏度時參考面的壓強、高度和溫度，P₂,z₂分別是目標壓強和高度，P₁＝1013.24，z₁＝0，t＝0，將上式簡化為Z₂＝18400×log(1013.24/P₂)，根據簡化后的公式將等壓面轉換到距離其最近的飛行高度上；

步驟1-1-2，將經向風和緯向風數據轉換成風向風速數據：根據每個高度層上的經向風與緯向風數據計算風向風速，具體公式如下所示：