[發(fā)明專利]一種基于閃爍法測量區(qū)域蒸散總水量的方法

有效

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• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113156542B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉聰;吳東麗;邵長亮;朱永超;楊大生;馬劍哲;徐鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國氣象局氣象探測中心
• 主分類號: G01W1/02
• 分類號: G01W1/02;G01K17/02
• 代理公司: 天津中環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

1.一種基于閃爍法測量區(qū)域蒸散總水量的方法，其特征在于，所述方法是通過大口徑閃爍儀的路徑積分效應(yīng)測得區(qū)域大氣的波文比、空氣密度、空氣比熱容、大氣折射率結(jié)構(gòu)參數(shù)、平均感熱通量，再通過下墊面熱平衡方程計(jì)算得到整體區(qū)域的平均潛熱通量，最后得出區(qū)域蒸散總水量；具體步驟如下：

第一步：計(jì)算被測量區(qū)域大氣的波文比、空氣密度、空氣比熱容；

①、波文比β：

波文比β為相對濕度對閃爍影響因素的校正因數(shù)，根據(jù)氣象觀測數(shù)據(jù)推導(dǎo)計(jì)算得出，如下公式所示：

式(1)中，γ為干濕球常數(shù)，γ＝a₀×P，a₀為常數(shù)，a₀＝0.665×10^-3，P為大氣壓力，單位：Pa；ΔT為不同觀測層間的空氣溫度差，單位：K；ΔE為不同觀測層間的實(shí)際水汽壓差，單位：Pa；ΔT和ΔE分別有以下關(guān)系式：

ΔT＝T₁-T₂-------(2)

ΔE＝E₁-E₂-------(3)

式(2)中，T₁為上層空氣溫度，T₂為下層空氣溫度；

式(3)中，E₁為上層水汽壓，E₂為下層水汽壓；

上層水汽壓E₁通過上層空氣相對濕度RH₁、上層飽和水汽壓E_a1和上層空氣溫度t₁進(jìn)行換算，換算公式如下：

E₁＝E_a1×RH₁×0.01------(4)

t₁＝T₁-273.15--------(6)

式(4)中，E₁為上層實(shí)際水汽壓，單位：Pa；RH₁為上層空氣相對濕度，單位：％；E_a1為上層飽和水汽壓，單位：Pa；

式(5)中，t₁為上層空氣溫度，單位：℃；a₁和a₂為常數(shù)，a₁＝6.11、a₂＝17.27；

式(6)中，T₁為上層空氣溫度，單位：K；

下層水汽壓E₂通過下層空氣相對濕度RH₂、下層飽和水汽壓E_a2和下層空氣溫度t₂進(jìn)行換算，換算公式如下：

E₂＝E_a2×RH₂×0.01-------(7)

t₂＝T₂-273.15-----------(9)

式(7)中，E₂為下層實(shí)際水汽壓，單位：Pa；RH₂為下層空氣相對濕度，單位：％；E_a2為下層飽和水汽壓，單位：Pa；

式(8)中，t₂為下層空氣溫度，單位：℃；a₁和a₂為常數(shù)，a₁＝6.11、a₂＝17.27；

式(9)中，T₂為下層空氣溫度，單位：K；

②、空氣密度ρ：

空氣密度ρ的計(jì)算公式如下：

式(10)中，ρ為空氣密度，單位：Kg/m³；RH₁為上層空氣相對濕度，單位：％；E_a1為上層對應(yīng)的飽和水汽壓，單位：Pa；T₁為上層空氣溫度，單位：K，P為大氣壓力，單位：Pa；A和B為常數(shù)，A＝3.48、B＝0.378；

③、空氣比熱容C_P：

空氣比熱容C_P，單位：J/(kg·K)，計(jì)算公式如下：

C_p＝c-dT₁-------(11)

式(11)中，T₁為上層空氣溫度，單位：K；c和d為常數(shù)，c＝14.439、d＝0.9504×10^-3；

第二步：計(jì)算溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)

通過大口徑閃爍儀測量得到的大氣折射率結(jié)構(gòu)參數(shù)及相關(guān)的上層空氣溫度T₁、大氣壓力P

以及波文比β，計(jì)算溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)單位：K²m^-2/3，計(jì)算公式如下：

式(12)中，為溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)，單位：K²m^-2/3，β為波文比；T₁為上層空氣溫度，單位：K；P為大氣壓力，單位：Pa；p₀為常數(shù)，p₀＝-0.78×10^-6；

第三步：計(jì)算平均感熱通量H

平均感熱通量H計(jì)算公式如下：

式(13)中，H為平均感熱通量，單位：W/m²；b是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，b＝0.48；ρ為空氣密度，單位：Kg/m³；C_P為空氣比熱容，單位：J/kg/K；Z_LAS為設(shè)備安裝高度，單位：m；d為大口徑閃爍儀安裝位置相對地面的零值位移，單位：m；g為重力加速度，單位：m/s²；T₁為上層空氣溫度，單位：K；

第四步：計(jì)算平均潛熱通量L_vE

平均潛熱通量L_vE計(jì)算公式如下：

L_vE＝Q^*-H+G_s------(14)

式(14)中，L_vE為平均潛熱通量，單位：W/m²；Q^*為凈輻射，單位：W/m²；H為平均感熱通量，單位：W/m²；G_s為土壤熱通量，單位：W/m²；

第五步：數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

對計(jì)算出的平均潛熱通量進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除和平滑、去噪；

第六步：計(jì)算區(qū)域蒸散總水量ET

區(qū)域蒸散總水量ET的計(jì)算公式如下：

式(15)中，ET為m分鐘內(nèi)區(qū)域蒸散總水量，單位：kg/m²；L_v為蒸散潛熱，即蒸散1KG水所需的能量，單位：J/kg；

至此由ET得出整片區(qū)域的蒸散總水量。