Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Предлагаемое техническое решение относится к метеорологии, а именно к автоматизированному прогнозированию гидрометеорологических величин и специальных параметров, необходимых для обеспечения безопасности эксплуатации железнодорожного транспорта.

Известны способы и устройства для прогноза погоды с применением данных от радара и наземной сети метеорологических станций, описанных в патентах и заявках №2008241433 (Япония), №4347618 (США), №20020188522 (США), №2276393 (РФ), №30441 (РФ), №7231300 (США).

Основными недостатками таких способов является отсутствие учета информации о специальных величинах, обусловленных гидрометеорологическими факторами, при составлении полей прогностических значений.

Патент РФ «Система компьютерного мониторинга погоды и составления прогноза» №30441 содержит описание системы компьютерного мониторинга погоды и составления прогноза, включающая центральный компьютер, предназначенный для сбора метеопараметров и их обработки, соединенный каналом связи с метеостанциями и/или зондами, дополнительно содержащая компьютеры пользователей, при этом центральный компьютер и компьютеры пользователей через модемы и сервер провайдера подключены к сети Интернет. Причем центральный компьютер системы компьютерного мониторинга погоды и составления прогноза содержит программное обеспечение, позволяющее осуществлять отбраковку ложных и недостоверных метеопараметров, производить осреднение по регионам любого масштаба и составлять прогноз по динамике их изменения методом экстраполяции

Однако данный способ не использует данные от метеорологических радиолокаторов и не использует региональную метеорологическую модель для получения прогностических данных, что существенно снижает качество прогноза.

В патенте США «Производство метеорологического прогноза высокого разрешения в реальном времени» №7231300 описывается метод для расчета или получения погоды для объекта с произвольными географическими координатами. Использование метеорологических радиолокаторов (МРЛ) или сети МРЛ дает возможность для определения влажности, а объединение наземных наблюдений с данными от МРЛ позволяет прогнозировать влажность точнее. При объединении данных применяются методы математической статистики, а данные от радара калибруются относительно рассматриваемых метеорологических полей. Используемые метеорологические поля содержат метеорологические величины, такие как: относительная влажность, точка росы, упругость водяного пара и горизонтальная дальность видимости

Наиболее близким по технической сути к заявляемому решению является способ «Производство метеорологического прогноза высокого разрешения в реальном времени» №7231300 (США), в котором описывается метод для расчета или получения погоды для объекта с произвольными географическими координатами.

Однако данный способ не использует данные от специализированных гидрометеорологических станций, содержащих информацию о температуре рельса и степени увлажнения грунтов железнодорожных путей, и не позволяет произвести расчет прогностических значений температуры рельса.

Техническим результатом является повышения качества гидрометеорологического прогноза и специализированного гидрометеорологического обеспечения за счет учета данных от специализированных гидрометеорологических станций, содержащих информацию о температуре рельса.

Для реализации способа получают данные о радиальной скорости ветра и радиолокационную отражаемость от метеорологического радиолокатора в виде текстовых файлов и прогностические поля метеопараметров, получаемые в результате работы глобальной модели общей циркуляции атмосферы и океана, разработанной в Национальном центре прогноза окружающей среды США (NCEP). Данные NCEP используются в последующем как фоновый прогноз для работы модели WRF, а данные от радара уточняют начальные условия моделирования. От специализированных метеорологических станций, расположенных вдоль железнодорожной магистрали, получают температуру воздуха (°C), атмосферное давление (гПа), скорость ветра (м/с), максимальную скорость ветра (м/с), направление ветра (°), влажность воздуха (%), количество осадков с начала месяца (мм), температуру грунта на глубине 5 см (°C), температуру грунта на глубине 20 см (°C), температуру грунта на глубине 40 см (°C), температуру грунта на глубине 80 см (°C), температуру рельсов (°C). Специализированные станции расположены непосредственно в зоне прогнозирования и их информации существенно повышают качество прогноза.

Блок препроцессинга мезомасштабной модели WRF производит обработку прогностических полей метеопараметров NCEP и формирует начальные и граничные условия, после чего блок ассимиляции производит их уточнение по данным от метеорологического радиолокатора и специализированных станций. Дальше происходит непосредственное моделирование изменения гидрометеорологических параметров.

После завершения работы мезомасштабной метеорологической модели WRF получаем необходимые прогностические значения гидрометеорологических параметров:

SWDOWN - поток приходящей коротковолновой радиации (Вт/м²);

GLW - поток приходящей длинноволновой радиации (Вт/м²);

HFX - значение турбулентного потока тепла (Вт/м²);

LH - значение потока тепла за счет конденсации влаги в атмосфере, требуемая размерность - Вт/м².

Данные гидрометеорологические параметры используются для расчета специализированного гидрометеорологического параметра - прогностического значения температуры рельса. В качестве начальных условий используются данные о температуре рельса, измеренные в момент времени, равный начальному времени моделирования. Данные получают от специализированных метеорологических станций, расположенных вдоль железнодорожной магистрали.

Прогноз температуры рельса производится по формуле:

где: - температура рельса в момент времени, для которого осуществляется прогноз, размерность Кельвин;

- температура рельса в момент времени, от которого осуществляется прогноз, размерность Кельвин;

ρ_s - плотность стали (7700 кг/м³);

c_s - удельная теплоемкость стали (462 Дж/(кг·К));

σ - постоянная Стефана-Больцмана (5,670373×10 Вт·м^-2·К^-4);

α - альбедо рельса - 0.6,

h - толщина рельса (м).

SWDOWN - среднее за временной интервал значение потока приходящей коротковолновой радиации, требуемая размерность - Вт/м², положительное значение соответствует направлению вниз,

GLW - среднее за временной интервал значение потока приходящей длинноволновой радиации, требуемая размерность - Вт/м², положительное значение соответствует направлению вниз,

HFX - среднее за временной интервал значение турбулентного потока тепла, требуемая размерность - Вт/м², положительное значение соответствует направлению вверх.

LH - среднее за временной интервал значение потока тепла за счет конденсации влаги в атмосфере, требуемая размерность - Вт/м², положительное значение соответствует направлению вверх.

Схема реализации способа представлена начертеже.