[发明专利]基于地基微波辐射计反演云中水汽相变过程的方法和装置

权利要求书

1.一种基于地基微波辐射计反演云中水汽相变过程的方法，其特征在于它包括如下步骤：

步骤一：获取地基微波辐射计垂直探测目标区实测数据，完成数据一致性检查，即同一云底高度和地面气压P₀对应的实测数据，之后进入步骤二；

步骤二：利用实测数据和云阈值识别出混合相态云区，所述利用实测数据和云阈值识别出混合相态云区包括以下过程：

(1)通过温度T廓线实测数据确定0℃层位置高度；(2)云阈值为RH₀，当相对湿度RH＞RH₀时即为云区；反之为非云区；通过(1)和(2)即可确定混合相态云区；所述的混合相态云区是指在温度零下时云中水汽和过冷水滴、冰粒子几种粒子共存所在的区域；

步骤三：通过实测数据，计算云中气压P垂直廓线，云中在高度z处的气压P(z)计算公式为

P(z)＝P₀*(T₀/(T₀+gamma_s*z*1000))^{(g/R/gamma_s)}

利用公式计算出P(z)，其中，P₀为地面气压，T₀为地面气温，gamma_s为干绝热垂直递减率，g为重力加速度，R为干空气比气体常数；

步骤四：利用实测数据结合步骤三计算的气压P共三种廓线数据，计算出云中水汽压e、液面饱和水汽压e_s和冰面饱和水汽压e_i廓线数据，所述计算出云中水汽压e、液面饱和水汽压e_s和冰面饱和水汽压e_i廓线数据包含如下过程：

(1)通过以下公式计算出云中液面饱和水汽压e_s：

e_s＝exp(l0+l1*t+l2*t²+l3*t³+l4*t⁴+l5*t⁵+l6*t⁶)

其中l0＝1.809567918；l1＝7.266296315e-2；l2＝-2.99640337e-4；l3＝1.160464233e-6；l4＝-4.606513971e-9；l5＝2.315159066e-11；l6＝-1.103513358e-13，t＝T-273.16

(2)通过以下公式计算出云中冰面饱和水汽压e_i：

其中X和Y的表达式分别为：X＝exp(21.8745584*(T-273.16)/(T-7.66))，

Y＝exp(17.2693882*(T-273.16)/(T-35.86))，

(3)通过以下公式计算出云中水汽压e：

e＝0.622*RH/100*e_s/(0.611+0.622*RH/100*e_s/P)

其中RH、T、P均为高度为z处的值，计算出水汽压e、液面饱和水汽压e_s、冰面饱和水汽压e_i也是相应高度为z处的值；

步骤五：利用构建的水汽相变模型，反演云中水汽相变过程：

(1)构建水汽相变模型：对于含有水汽、水滴和冰粒子混合相态的云来说，云中水滴和冰粒子的凝结增长或蒸发相变过程与云中水汽压e、液面饱和水汽压e_s和冰面饱和水汽压e_i差异是分别相关的，由于气温在0℃以下e_s＞e_i，因此e、e_s和e_i有三种可能的不等式，构建水汽相变模型如下：

(a)当e＞e_s＞e_i时，在混合相态云的上升气流区域，水滴和冰粒子双方都在争取水汽，水滴与冰粒子同时增长，将会发生水汽凝结成过冷水滴与水汽凝华成冰粒子的相变过程；

(b)当e_s＞e＞e_i时，在混合相态云中的上升气流区和下沉气流区出现过冷水滴蒸发，而冰粒子随着水汽扩散增长，也称贝吉隆过程，将会发生过冷水滴蒸发成水汽和水汽凝华成冰粒子的相变过程；

(c)当e_s＞e_i＞e时，在这种情况下，因夹带与环境云边界附近的干空气混合而出现过冷水滴与冰粒子消耗过程，同时会发生冰粒子升华成水汽和过冷水滴蒸发成水汽的相变过程；

(2)根据水汽相变模型和步骤四计算结果，反演出混合相态云中的水汽相变过程。