Спосіб визначення випадаючої водяної пари в атмосфері

Спосіб визначення випадаючої водяної пари в атмосфері, який включає встановлення значення тропосферної поправки у відстань w , спричиненої впливом водяної пари в напрямку зеніту, який відрізняється тим, що еталонне значення випадаючої водяної пари (IWV e ) визначають за аерологічними спостереженнями реальних миттєвих змін метеопараметрів тиску водяної пари e і температури T за формулою: h e(h) IWVe dh, Rw h0 T(h) Корисна модель відноситься до геодезії, а саме до способів визначення впливу атмосфери на точність віддалемірних спостережень штучних супутників Землі (ШСЗ) і може бути використаний для визначення точних координат пунктів спостереження у геодезії, топографії, картографії та будівництві та при прогнозуванні метеоданих. Найближчим до запропонованого способу визначення випадаючої водяної пари (IWV) є спосіб Геринга Т.А. [1]. Відомий спосіб визначення випадаючої водяної пари (IWV) розроблений Т.А. Герингом полягає у тому, що для дослідження випадаючої водяної пари в атмосфері необхідно мати значення тропосферної поправки у відстань w, спричиненої впливом водяної пари, при радіолокації штучних супутників Землі в напрямку зеніту, яка визначається за формулою: IWV w / , (1) обробці GPS (Global Position System) - спостережень не враховує всі реальні зміни в атмосфері, а саме інверсії тиску, температури та вологості. Для підвищення точності визначення випадаючої водяної пари (IWV) та врахування реального стану атмосфери потрібно встановити значення випадаючої водяної пари на основі даних, які враховували б реальний стан атмосфери в момент віддалемірних спостережень. Завдання корисної моделі полягає у встановленні способу визначення випадаючої водяної пари (IWV), який врахував би реальний стан атмосфери в момент спостереження. Це набуває особливого значення тоді, коли використовується апаратура для визначення відстані до ШСЗ з точністю 0,5см. Таким чином вирішується проблема більш точного врахування впливу атмосфери на визначення відстані до ШСЗ та підвищується точність прогнозування погодних даних. Поставлене завдання досягається таким чином, що спосіб визначення випадаючої водяної пари в атмосфері (IWV), який включає встановлення значення тропосферної поправки у відстань w , спричиненої впливом водяної пари в напрямку зеніту, який відрізняється тим, що еталонне значення випадаючої водяної пари (IWV) визначають за аерологічними спостереженнями реальних миттєвих змін метеопараметрів тиску водяної 10 6 Rw K 2 K3 , , (2) Tm а K 2, K 3 - емпіричні коефіцієнти, Rw - питома газова стала водяної пари (Rw=461,525); Тm - середня температура атмосфери, - пропорційна константа. Недоліком відомого способу є те, що значення атмосферної поправка w , яке визначається при H2O 18 10 3 кг/моль; Rw - питома газова стала водяної пари Rw 461,525 ; h0 - висота пункту; h UA (11) 49670 (13) U висота вологої атмосфери; T - температура навколишнього середовища (K ) . (19) де де IWV e - еталонне значення випадаючої водяної пари; - коефіцієнт, для водяної пари 3 49670 пари е і температури Т за формулою: h e(h) IWVe dh, (3) Rw h0 T(h) де IWVe - еталонне значення випадаючої водяної пари; - коефіцієнт, для водяної пари 18 10 3 кг/моль; Rw - питома газова стала водяної пари Rw=461,525; h0 - висота пункту; h висота вологої атмосфери; Т - температура навколишнього середовища (K). У формулі (3) інтегрування проводиться від висоти пункту h0 над рівнем моря до висоти вологої атмосфери h. Переваги запропонованого способу полягають у тому, що значення IWVe можна вважати еталонними тому, що вони враховують реальний стан атмосфери за миттєвими значеннями метеопараметрів парціальний тиск водяної пари е і температури Т. Запропонований спосіб дає можливість зменшити похибку впливу атмосфери на віддалемірні спостереження штучних супутників Землі, що використовуються для визначення точних координат пунктів спостереження. Спосіб здійснюють наступним чином. Для визначення IWVe в рівнянні стану газу m eV RT , (4) H2O приймаємо, що об'єм V - це стовпчик водяної пари в атмосфері висотою h з перерізом S і масою m. Тоді для однорідної атмосфери рівняння (4) прийме вид: m Rw eh T, (5) S В реальній атмосфері величини е і Т є функціями висоти, а випадаюча водяна пара тоді визна 4 чається m (6) , S і з рівняння стану газу одержуємо формулу (3) для обчислення випадаючої водяної пари IWVe за аерологічними спостереженнями тиску водяної пари е і температури Т. Порівняння результатів випадаючої водяної пари двома способами було проведено на основі даних аерологічних спостережень для пункту м. Київ протягом 2002-2005 років. Значення випадаючої водяної пари IWV, обчислені за формулою (1), завжди більше від еталонного значення IWVe обчислені за формулою (4) і їх різниця не перевищує 2мм. Різниця IWV-IWVe корелює з величиною IWVe, коефіцієнт кореляції 0,95. Точність способу оцінюється відносною похибкою (d): IWV IWV e d , (7) IWV e Протягом цих років за даними спостережень в м. Києві вдень і вночі точність спостережень знаходилася в межах від 3,9% до 4,5%. Це систематична похибка. Середнє квадратичне відхилення значень d від середнього dcp на кожний рік (випадкова поIWV хибка) мало змінювалось - 0,7%. Відносні похибки d і поправочні коефіцієнти k для 5 пунктів за даними аерологічних спостережень 2002-2005 року, а також середні значення для усіх пунктів, приведені в табл.. Вони мало відрізняються між собою і знаходяться в межах випадкових відхилень. Тому усередненим коефіцієнтом k=1,044, знайденим для Києва, можна користуватися в усіх пунктах України. Таблиця Відносні похибки d і поправочні коефіцієнти k для 5 пунктів за даними аерологічних спостережень в 20022005 роках № з/п Коефіцієнти Київ Львів Ужгород Харків Сімферополь 1 2 d k 0.045 1,047 0,042 1,044 0,047 1,049 0,043 1,045 0,039 1,041 Техніко-економічна ефективність. Спосіб визначення випадаючої водяної пари (IWV) дозволяє зменшити похибку впливу атмосфери на віддалемірні спостереження ШСЗ. Запропонована корисна модель може бути широко використана для визначення точних координат пунктів спостереження у геодезії, топографії, картографії і будівництві та при прогнозуванні Комп’ютерна верстка А. Крулевський Середнє значення 0,043 1,045 метеоданих. Очікуваний економічний ефект за оцінюваними даними перевищує 1,5 млн. гривень в рік. Джерела інформації: 1. Herring Т.A., Anthes R.A., Ware R.H. GPS Metrology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the GPS//J. Geophys. Res. - 1992. - 97. P. 15787-15801 - прототип. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601