[发明专利]确定云的水滴大小分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及确定云的水滴大小分布（粒度分布）的方法。

背景技术

空中水滴的检测及其分成小滴大小分布的分类在飞机的工作（运行）中是一项重要的功能。不同的云的形成可以呈现不同的水滴大小分布和相关的云液态水含量（含水量，水含量，liquid water content）（LWC），从而对飞机造成各种危险，例如结冰。可以以各种方式来确定或估计云的水滴大小分布和LWC。几种现有方法是基于衍射滴分级技术。然而，这种衍射分级技术由于大液滴的小角度散射而限于最大可检测的液滴直径。例如，用当前检测系统从激光束本身无法分辨大液滴以探测激光束的发散角内的角度所进行的衍射散射。结果，丢失了关于存在超过最大可分辨的直径的大液滴的分布的信息，可能导致在确定云的水滴大小分布和相关的LWC中出现误差。

发明内容

在一个方面中，本文描述了确定云的水滴大小分布的方法，该方法解决了存在超过最大可检测的液滴直径（水滴直径，droplet diameter）的液滴（水滴）的问题。此外，这里描述的方法考虑使用所确定的水滴大小分布来估计云的LWC。

在一些实施方式中，确定云中的水滴大小分布的方法包括：用电磁辐射束对云的深度进行采样；在一定范围的视场角上测量从云返回的电磁辐射的散射信号[p_total(θ)]，以提供测量的散射曲线；去除测量的散射曲线的一部分；用剩余的测量散射曲线的外推代替所去除的部分，以提供估计的散射曲线；以及从估计的散射曲线中确定第一估计液滴大小分布[n⁽¹⁾(D)]。在一些实施方式中，利用前向散射模型来确定第一估计液滴大小分布。

在一些实施方式中，该方法进一步包括：利用直接反向散射模型和前向散射模型由n⁽¹⁾(D)提供计算的散射曲线，并将计算的散射曲线与测量的散射曲线比较，从而确定计算的散射曲线是否在规定公差内符合（follows）测量的散射曲线。在其中计算的散射曲线在规定公差内不符合测量的散射曲线的一些实施方式中，从n⁽¹⁾(D)中推导出液滴中值体积直径（中位体积直径，median volume diameter）的第一估计值（D_MVD⁽¹⁾）和形状参数的第一估计值（μ⁽¹⁾）。响应于在规定公差内不符合测量的散射曲线的计算的散射曲线来改变D_MVD⁽¹⁾的值，以提供液滴中值体积直径的第二估计值D_MVD⁽²⁾。利用D_MVD⁽²⁾和μ⁽¹⁾来提供第二估计水滴大小分布[n⁽²⁾(D)]。

利用直接反向散射模型和前向散射模型由n⁽²⁾(D)提供第二计算散射曲线，并且将该第二计算散射曲线与测量的散射曲线比较，从而判断第二散射曲线是否在规定公差内符合测量散射曲线。在一些实施方式中，第二计算散射曲线在规定公差内符合测量散射曲线，并且，n⁽²⁾(D)说明了具有超过最大可检测的液滴直径的直径的水滴的分布。在这样的实施方式中，该方法可以进一步包括：利用n⁽²⁾(D)确定有效液滴直径（D_eff），并利用D_eff确定云的液态水含量。

可替换地，第二计算散射曲线在规定公差内不符合测量散射曲线，并且，该方法包括附加步骤。在一些实施方式中，例如，该方法进一步包括：响应于在规定公差内不符合测量散射曲线的第二计算散射曲线，改变D_MVD⁽²⁾的值，从而提供液滴中值体积直径的第三估计值（D_MVD⁽³⁾）。利用D_MVD⁽³⁾和μ⁽¹⁾来提供第三估计水滴大小分布[n⁽³⁾(D)]。