海上浓雾条件下大气水平能见度场的获取方法

摘要

本发明涉及一种海上浓雾条件下大气水平能见度场的获取方法。首先汇集格点气象和相关海域的测站探空资料等，并对其进行质量控制，剔出错误。确定区域大气模式系统RAMS模式的计算区域、水平格点数和水平格距，将格点气象资料内插到RAMS模式的全部水平网格点上，准备好初始条件和边界条件场，对RAMS模式进行数值积分。将预报结果数据文件输出保留，利用大气水平能见度计算公式进行定量计算，最后把计算结果绘制成彩色大气能见度分布图，按JPG格式输出图像。由此构筑的本发明能有效克服已有技术如海上大气能见度测站观测数据稀少、卫星遥感方法无法判断云是否接地等不足，为各种海上活动提供快捷、定量的海上大气水平能见度场，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上浓雾条件下大气水平能见度场的获取方法。

背景技术

海雾是指发生在海洋(或滨海岛屿)上空悬浮于大气边界层中的大量水 滴或冰晶使得大气水平能见度小于一千米的天气现象，美国气象学会把雾 定义为“雾实际上就是接地的云”，换言之雾和云的本质是一致的，只需看 是否接地。由于海雾能严重降低海上大气能见度，对海上和沿海地区的工 农渔业生产以及海、陆、空交通运输均有妨碍，因此对海雾的研究和预测 历来受到广大气象工作者和社会各阶层的高度重视。

众所周知，目前关于海上大气能见度的研究主要有两种方法，一种是利 用观测站点的大气能见度观测仪进行定点观测，另一种方法是利用卫星进 行大范围遥感观测。前种方法的优点是可以获取定量的大气能见度观测数 据，缺点是海上布点观测有很多困难，观测点稀少，资料贫乏。后种方法 的优点是获取资料的范围大、速度快，获取的资料可以是动态的、同步的、 直观的，但缺点是卫星遥感是从上到下进行观测，这种工作方式往往对“云 是否接地”无法判断。

因此如何克服上述两种方法的缺点，为海上大气能见度场提供迅速有效 的、定量的时空分布图，对于预防和减少由于海雾所伴随的大气低能见度 对各种海上活动造成的损失，具有重要的科学意义和社会经济价值。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足(如海上大气能见度测站观测数 据稀少，卫星遥感方法无法判断云是否接地)，提供一种海上浓雾条件下大 气水平能见度场的定量获取方法，以输出海上大气水平能见度场的定量分 布图，实现海上大气水平能见度场的快速预报。

本发明为克服卫星遥感方法不易对低云和大雾进行区分、海上观测站 点布点困难和大气能见度观测资料稀少之不足，选用对云雾具有相当好的 模拟能力的国际先进的区域大气模式系统(Regional Atmospheric Modeling System，以下简称RAMS)的模拟结果为基本资料，RAMS大气模式是由美 国科罗拉多州立大学的世界著名云雾物理学家Cotton教授领导开发的一个 三维中尺度大气模式，在云雾物理学的数值模拟研究方面具有世界先进水 平，得到广泛的公认和应用。

本发明的具体步骤如下：

(1)首先是关心海域各种观测资料的汇集，包括格点气象资料(不同气压 层上的位势高度场、风向、风速、温度场、相对湿度场)、相关测站的探空 资料以及海表面温度场(Sea Surface Temperature，简称SST)的格点资料；

(2)对上述搜集到的各种观测资料进行质量控制，剔出错误；

(3)确定RAMS模式的计算区域、模式的水平格点数和水平格距，并将不 同气压层上的格点气象资料和SST资料内插到RAMS模式的水平网格点 上，并将计算区域内的各相关测站的探空资料采用逐步订正法同化进去， 即同化到水平网格点上，为RAMS模式的数值积分提供初始条件和边界条 件场；

(4)对RAMS模式的数值积分，即可以根据实际需要和计算机速度设定模 式的最长积分时间后开始对模式积分，并把每小时间隔的RAMS模式预报 结果数据文件输出保留；

(5)大气水平能见度的定量计算：利用步骤(4)处理得到的每小时间隔的 RAMS模式的预报结果，采用大气水平能见度计算公式：

X_VIS＝-ln(0.02)/β

定量计算出海上的大气水平能见度，式中X_VIS为大气能见度，β为大气消光 系数；

(6)结果输出：利用气象专用绘图软件将计算结果绘制成标准彩色大气能 见度水平分布图，并将结果按JPG图像格式输出。

显然，由此构筑的本发明实现了利用计算机对海上大气水平能见度场 进行自动的、定量化的预报，可以为各种海上活动提供快捷的、定量的大 气能见度信息，具有广阔的应用前景。

图1为本发明的总体流程图。

具体实施方式

如图1，作为本发明的总体流程图，其中的格点、探空和SST皆为相 应资料的略写。

本发明的详细步骤如下：

(1)资料汇集：在Linux系统下，利用shell脚本语言编写和修改wget 命令，每日定时下载全球客观分析(Final Analysis，以下简称FNL)格点资料 (网站地址http://dss.ucar.edu/datasets/ds083.2/data，该资料为全球范围，其 中包括SST资料，空间分辨率为1°×1°，时间间隔为6小时)，以及各相关 探空站的探空资料(网站地 址：http://weather.uwoy.edu/upperair/sounding.html)；

(7)(2)质量控制：对搜集到的各种资料进行质量控制，剔出错误，特别是 通过计算机程序对对探空资料的测站编号、经纬度信息、各等压面数值、 位势高度、气温、露点、相对湿度、混合比、风向、风速和位温各物理量 的大小和单位等要检查核实；

(8)(3)计算区域：根据研究需要确定RAMS模式的计算区域、模式的水 平格点数和水平格距(通常RAMS模式的垂直分层是早已取好的，一般分 为38～40层，三分之二的层数分布在大气边界层中)。为了保证模式时间积 分的稳定性并考虑到节省计算时间，通常选取水平格点在100～180个之间， 水平格距在6km～8km之间；

(4)资料内插：根据已经确定的RAMS模式计算区域和格点配置，将不同 气压层上的格点气象资料和SST资料内插到RAMS模式的网格点上，并将 计算区域内的各相关测站的探空资料采用逐步订正法进行同化。最终资料 以ASCII码格式进行存放，文件名以年、月、日、时顺序命名，文件内容 的第一行包括本文件的时间、格点数、格距等信息，物理量的摆放顺序是 位势高度(Z)、气温(T)、风速东西分量(U)、风速南北分量(V)和相对湿度 (RH)；

(5)模式积分：将RAMS模式时间积分需要的初始场、边界条件场和SST 场资料准备好，存放到指定的文件目录下，并根据需要设定RAMS模式的 最长积分时间后开始对RAMS模式积分，并把每小时间隔的RAMS模式 预报结果进行输出保留；

(6)计算能见度：利用大气水平能见度计算公式

X_VIS＝-ln(0.02)/β

其中X_VIS为大气能见度，其单位为km，β为大气消光系数，其单位为km^-1。 本发明全面考虑了包括云水(β_cw)、云冰(β_ci)、雨水(β_rain)和雪(β_snow)对大气的 影响，即上述的大气消光系数β＝β_cw+β_ci+β_rain+β_snow，其中其中C_cw、C_ci、C_rain、C_snow分别为 含有云水、云冰、雨水和雪的空气的密度，单位为gm^-3；

(7)结果发布：将计算结果利用专用气象绘图软件绘制成标准的彩色大 气能见度水平分布图(以色标分级和数值等值线两种形式表现并互相叠 加)，图中要清晰地标注色标尺度和等值线数值等基本图像信息，并将结果 按JPG图像格式后台自动输出，提供给有关部门使用。