Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта № icon

Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта №



Смотрите также:
1   2   3   4   5   6   7   8
^

3.2 Анализ погрешностей измерения количества осадков



Точность измерений количества осадков зависит от погрешностей инструментальных измерений радиолокационной отражаемости Z, а также ошибок, связанных с допущениями относительно однократности и некогерентности рассеяния, формы гидрометеоров, их диэлектрических свойств и вида функции распределения по размерам.

Погрешности инструментальных измерений можно оценить по формуле:


(6)


где  – относительная среднеквадратичная ошибка измерения интенсивности осадков J; J(Xi) – функции, по которым определяются параметры; Xi – переменные, от которых зависит измеряемый параметр.

Инструментальные погрешности двухволнового измерения параметров осадков (размера частиц, интенсивности осадков) можно оценить с помощью выражения:


, (7)


где 1 и 2 – константы; 1 + 2 = 1; ; Z3,2 и Z10 – среднеквадратичная ошибка измерения Z3,2 и Z10.

Из выражения (7) следует, что среднеквадратичная ошибка двухволнового метода измерения параметров градовых осадков, обусловленная инструментальными погрешностями, равна погрешности измерения радиолокационной отражаемости Z.

Очевидно, что инструментальная погрешность одноволновых измерений параметров микроструктуры по соотношениям типа Z-I будет такой же.

Радиолокационная отражаемость метеообъектов на длинах волн 3,2 и 10 см в n-ой ячейке дальности рассчитывается по формулам:


; (8)


, (9)


где P3,2n и P10n – мощности радиоэхо на длинах волн 3,2 и 10 см в n-ом элементе дальности, азимута и угла места в соответствии с таблицей сквозной градуировки системы АСУ «Антиград»; P3,2 и P10 – поправки на изменение потенциала МPЛ-5 по обоим каналам; Rn – расстояние до n-го элемента дальности; C3,2 и C10 – постоянные обоих каналов МPЛ-5; K3,2n – ослабление радиоволн в осадках на длине волны  = 3,2 см на пути до n-ой ячейки дальности.

Значения коэффициента ослабления на  = 3,2 см в n-ом элементе дальности, находятся по формуле:


. (10)


Значения суммарного ослабления на  = 3,2 см на пути до каждого элемента дальности определяются формуле:


. (11)


Исходя из этого, погрешность измерения радиолокационной отражаемости метеорологических целей на  = 10 см равна


, (12)


где n, R , – среднеквадратичные погрешности измерения мощности радиоэха, расстояния до метеообъекта и постоянной радиолокатора.

При автоматизированных радиолокационных измерениях с минимальной дискретностью квантования 0,5 dB и осреднением в каждом канале дальности по 4 подинтервалам и по 8 последовательным посылкам и дополнительным осреднениям по нескольким адресным ячейкам значение n  1,2 dB (или 32 %), а (2 100)  2 % при R  0,25 км и R  25 км. Среднеквадратичная ошибка определения постоянной МРЛ (метеорологический потенциал) при калибровке по стандартной мишени, составляет  6 %. С учетом этих данных находим, что погрешность измерения радиолокационной отражаемости равна Z  33 %.

При измерениях J двухволновым методом добавляется ошибка коррекции значения Z3,2 на ослабление:


. (13)


где К – среднеквадратичная ошибка коррекции на ослабление 3,2 см излучения. Значение K = 40 - 60 %. При этом Z3,2 = 47 %.

Таким образом, среднеквадратичная инструментальная ошибка двухволнового измерения количества ливневых осадков составляет около 35 - 40 %. Помимо инструментальных ошибок на точность измерения параметров микроструктуры облаков существенное влияние оказывают ошибки, связанные с несоответствием заданной модели спектра гидрометеоров, их диэлектрических свойств и характера рассеяния. Эти параметры полидисперсной системы гидрометеоров в градовых облаках могут варьировать в значительных пределах, приводя к существенным отличиям значений Zi и ki от модельных. Поэтому оценка погрешностей одноволнового и двухволнового методов радиолокационного измерения параметров микроструктуры градовых осадков и сопровождающих их ливневых дождей проведена путем статистического моделирования процесса измерений с помощью метода Монте-Карло. Спектр гидрометеоров в градовых, дождевых и смешанных осадках задавался в виде гамма распределения при  = 2 и рассчитывались значения Zj  3Z и ki  3Ki, где  - среднеквадратичное отклонение значений Zj и ki, включающее всевозможные инструментальные и методические ошибки. Затем, подставляя полученные значения Zj и ki, многократно рассчитывались значения J при вариации значений Zj и ki по закону случайных чисел в пределах  3  в предположении нормального распределения ошибок.

По результатам расчетов построено распределение ошибок определения количества осадков в однородных (дождь) и смешанных осадках (дождь с градом), представленное на рис. 4.6а и 4,6б соответственно. Проведен численный анализ степени отклонения измеряемых параметров от заданных (истинных) значений при вариациях исходных радиолокационных параметров с учетом инструментальных погрешностей и допущений относительно вида функций распределения частиц по размерам n(d), скорости гравитационного падения V(d), и плотности (d), степени обводнения града, формы и температуры гидрометеоров, однократности и некогерентности рассеяния.

Влияние несферичности градин и капель дождя на значения Zi и ki учетом хаотической ориентации градин и колебания капель полагались равными Z (несф) и k (несф)  7 %.

Влияние вариации температуры частиц t оС, их распределения по размерам n(d) и толщины пленки воды h на поверхности градин на значения Zi и ki полагались равным соответственно Z(t)  k(t) = 8 %, Z [n(d)]  k[n(d)]  12 %, (h)  k(h)  10 %.

Ошибки в значениях Zi и ki, связанные с многократностью и когерентностью рассеяния, полагались равными соответственно:


Z3,2ког   Z3,2мног  3;  Z10ког   Z10мног  10,8;


когмног  0,043; когмног  0,034.

Ошибки измерения количества осадков J в однокомпонентных средах (дождь) составляют около J  32 %. При измерениях в двухкомпонентной среде (дождь с градом) ошибки измерения количества осадков могут увеличиваться до 38 - 40 %.

Основным недостатком двухволнового метода измерения осадков является погрешность, связанная с ощутимым ослаблением 3,2 см излучения в интенсивных ливневых и градовых осадках.

Этот недостаток метода устранен введением коррекции на ослабление 3,2 см излучения.

Серьезным источником ошибок двухволновых измерений могут быть также различия в объемах зондирующего импульса на разных длинах волн, связанные с конструктивными и техническими характеристиками радиолокатора:

      • разные объемы зондирования;

  • разный уровень излучения в боковых лепестках, могущих создавать радиоэхо, сравнимое с радиоэхо основного луча.

Применение метеорологического радиолокатора МРЛ-5, специально созданного для двухволновых измерений практически исключает эти ошибки, так как диаграммы направленности излучения по обоим каналам имеют одинаковую ширину и совмещены в пространстве, длительности зондирующих импульсов одинаковы и их огибающие совмещены во времени.




Рисунок 21 a) погрешности двухволновых радиолокационных измерений (%) параметров ливневых осадках; б) в смешанных осадках (град с дождем) при 60 % содержании града.




страница5/8
Дата конвертации21.11.2013
Размер0,99 Mb.
ТипОтчет
1   2   3   4   5   6   7   8
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы