[發明專利]一種基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法

有效

• 申請號: 202111585420.7
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114417565B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 胡冉冉;孫樹計;趙振維;劉玉梅
• 申請（專利權）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01W1/02
• 代理公司: 青島博雅知識產權代理事務所(普通合伙) 37317
• 代理人: 封代臣

1.一種基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，對給定探空站點的歷史氣象數據進行預處理，獲取對流層氣象參數與折射率梯度的剖面數據，所用氣象參數包括：溫度、壓強和水汽壓強；

步驟1A，從氣象探空站的探空數據中解析出特性層探空數據，獲取特性層的氣象數據，并用拉普拉斯壓高公式獲取特性層對應的海拔高度，拉普拉斯壓高公式為：

式中，P_n為特性層壓強值，h_n為特性層所對應的海拔高度值；

步驟1B，根據所述特性層氣象數據獲取特性層折射率數據N，計算公式為：

式中，N_h為折射率靜力項，N_w為折射率非靜力項，P為大氣壓強，e為水汽壓，T為氣溫，R_d為干空氣氣體常數，R_v為水汽的氣體常數，k₁,k'₂,k₃為常數；

步驟1C，根據所述特性層折射率數據獲取特性層折射率梯度數據，計算公式為：

式中，N′₁、N′₂為相鄰特性層的折射率值，h₁、h₂為相鄰特性層對應的海拔高度；

步驟2，依據近地面折射率梯度的變化規律，并參照折射率剖面分段模型的定義，建立折射率梯度剖面分段模型的表述方程：

步驟2A，根據近地面對流層的變化規律，將折射率剖面分段模型N(h)表述為：

式中，h₀為地面海拔高度，N₀為地面折射率，N₁為1km高度處折射率，N₉為9km高度處折射率，ΔN₁為1km高度處折射率梯度，c₁為離地1km至海拔9km的指數衰減率，c₉為海拔9km以上的指數衰減率；

步驟2B，參照折射率剖面分段模型，建立折射率梯度剖面分段模型dN(h)，表達式為：

式中，h₀為地面海拔高度，a₁、a₂、a₃、a₄為模型系數；

步驟3，結合氣象參數隨高度的變化方程，利用泰勒展開方法對折射率梯度理論模型進行近似處理，得到基于地面氣象參數的折射率梯度模型表達式：

步驟3A，根據定義對折射率梯度公式進行推導，折射率梯度定義表達式為：

步驟3B，結合氣象參數隨高度的變化方程，利用泰勒展開方法對折射率梯度公式進行近似處理，得到基于地面氣象參數的折射率梯度模型表達式：

其中氣象參數隨高度的變化方程為：T＝T₀+t₁h；P＝P₀exp(t₂h)；e＝e₀+t₃h；

近似處理后的折射率梯度模型表達式為：

其中，T₀為地面絕對溫度，P₀為地面壓強，e₀為地面水汽壓，N₁為近地面1km高度處折射率，t₁為絕對溫度線性衰減率，t₂為壓強指數衰減率，t₃為水汽壓強線性衰減率，o(h)為h項余項，o(k₀)為常數項余項；

步驟3C，將式(6)與式(4)對比，舍去高階小量，對模型系數進行簡化，表達式為：

其中，N₀為地面折射率，k_i為簡化后的模型系數，i＝1…9；

步驟4，基于地面氣象數據和折射率梯度剖面數據，利用最小二乘法對步驟3給出的模型系數進行擬合，建立基于地面氣象數據的折射率梯度剖面分段模型：

步驟4A，通過最優化回歸獲取步驟2中的分段模型系數a_i,i＝1…4；

步驟4B，利用最小二乘法對步驟3給出的模型系數進行擬合，得到分段模型系數與地面氣象溫濕壓參數的模型系數k_i，i＝1…9，形成基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面分段模型。