[发明专利]一种短时间间隔大气环境温度预测方法

摘要

本发明公开了一种短时间间隔大气环境温度预测方法，首先，在大气环境中定义一个截面积为1平方米的球形控制体作为研究对象，然后每隔设定时间步长，测量控制体的太阳辐射能、大气温度等参数，当采样记录持续时间大于12小时时，开始执行大气环境温度预测程序，且每经过一个预测时长时间间隔执行一次；在执行中，对于第k个预测时间段，根据当前采样获得的大气温度等参数，计算确定C_th值，若k大于等于2，更新空气辐射热吸收系数f值；最后，利用太阳辐射能预测模块预测未来一个预测时长内太阳辐射能分布，获得预测时长内温度分布，之后程序等待直至下一个预测时刻；本发明方法适用于任何地点和任何天气类型的情况，精度高，计算量小，实际应用中可在线实时执行。

主权项

1.一种短时间间隔大气环境温度预测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：首先，在大气环境中定义一个截面积为1平方米的球形控制体作为研究对象，设定控制体环境变量的采样时间步长，设定预测时长；步骤2：每隔一个设定的时间步长，测量太阳辐射能、大气温度、压强和相对湿度，当采样记录持续的时间长度大于12小时时，则开始执行大气环境温度预测程序，且每经过一个预测时长的时间间隔执行一次大气环境温度预测；步骤3：在大气环境温度预测执行过程中，对于第k个预测时间段，首先根据当前采样获得的大气温度、压强和相对湿度，通过方程（1）～（5）计算确定C_th值，若k等于1，则在区间[0.001，0.01范围内为空气辐射热吸收系数f设定一个值（如0.0025），若预测时间段索引k大于等于2，采用方程（6）更新空气辐射热吸收系数f的值；ln(ps)=]]>54.842763-6763.22T-4.21ln(T)+0.000367T+tanh[0.0415(T-218.8)][53.878-]]>1331.22T-9.44523ln(T)+0.014025T]---(2)]]>ρ=p(1-x)287.058T+px461.495T---(3)]]>Cth=34πρcpr3---(5)]]>f=A(T0k-T0k-1)Cthk[∫t0k-12t0kfbl(t)q·rad(t)dt-∫t0k-1-12t0k-1fbl(t)q·rad(t)dt]---(6)]]>式中：——空气绝对湿度，x——空气相对湿度，p——空气压强，p_s——空气中水蒸气饱和压力，T——控制体温度，ρ——控制体空气密度，c_p——控制体空气比热，r——控制体半径f——控制体辐射热的吸收系数，T₀——当前温度，t₀——当前时刻，单位：小时f_bi(t)——Box Lucas函数，表达式为：式中参数a₁,a₂默认值可取为0.5和3.8，对于不同地区这两个参数值可以做一定的调整；A——Box Lucas函数在区间[0，12]的积分，表达式为：A=∫012fbl(t)dt;]]>区间[t₀-12,t₀]的q_rad——过去12小时的太阳辐射能；步骤4：利用太阳辐射能预测模块预测未来一个预测时长内太阳辐射能分布，从而根据方程（10）获得未来一个预测时长内温度分布，之后程序等待直至下一个预测时刻；具体如下：控制体的热平衡方程为（7）：43πρcpr3dTdt=fq·---(7)]]>对该方程两边进行积分得方程（8）：T=∫Cth(t)fq·(t)dt---(8)]]>式中：T是控制体温度，ρ为空气密度，c_p为空气比热，r为控制体半径，为总辐射热强度，f为控制体辐射热的吸收系数；与太阳直接辐射和反射相比，云层及地球表面本身产生的热辐射在时间上具有一定的滞后性，考虑到云层和地球表面本身热辐射是太阳辐射能在时间上的滞后效应，方程（7）中的辐射热的计算可以看作是过去一段时间太阳辐射能热效应的累积，设太阳辐射的热效应时间滞后时长为12小时，并且太阳辐射能热效应的时间滞后特征遵循Box Lucas模型[11]，并定义为方程（9）：fdecay(t)=fbl(t)A---(9)]]>式中：fbl(t)=a1(e-a2t-e-a1t)a1-a2,]]>A=∫012fbl(t)dt]]>由方程（5）、（8）和（9）得到t_p时刻大气环境温度的预测表达式（10）。Tp=T0+CthfA[∫tp-12tpfbl(t)q·rad(t)dt-∫t0-12t0fbl(t)q·rad(t)dt]---(10)]]>