Строение и коэффициент преломления тропосферы.

Раздел 1. Распространение радиоволн.

Глава 1. Влияние тропосферы Земли на распространение радиоволн.

Строение и коэффициент преломления тропосферы.

Тропосферой называют нижнюю непосредственно прилегающую поверхность Земли часть атмосферы, простирающуюся в среднем до высоты 15-20 км.

Особенностями тропосферы являются постоянство ее состава:

78 % азота, 21 % кислорода и других примесей (пары воды, водород, углекислый газ, озон и др.) и почти равномерное падение температуры с высотой со скоростью в среднем 0,5 градусов на каждые 100 м. Прекращение падения температуры и характеризует верхнюю границу тропосферы.

Основными параметрами тропосферы являются:

P – давление;

Т – абсолютная температура;

Р_п – парциальное давление водяного пара.

С точки зрения распространения радиоволн не столь важен состав тропосферы, как коэффициент преломления – n.

Для частот до 1 ТГц (1 ТГц – терагерц =10¹² Гц) коэффициент преломления определяется по эмпирической формуле:

- коэффициент преломления тропосферы.

При нормальных атмосферных условиях коэффициент преломления у поверхности Земли оценивается величиной n= 1,000338.

При расчете неудобно пользоваться мало отличающимися от 1 значениями и поэтому вводят понятие индекса преломления N ^*.

- индекса преломления тропосферы.

Индекс преломления измеряется как прямым, так и косвенным методом.

При прямом методе N ^* измеряется с помощью приборов, называемых рефрактометрами. Этот метод отличается высокой точностью, большой чувствительностью, быстротой получения данных. Средняя квадратичная ошибка – 0,1 %.

Приближенно, индекс преломления с высотой описывается выражением:

где h – высота в [км];

– индекс преломления у поверхности Земли;

– параметр, зависящий от (он равен км^-1).

из зависит от T, P и Р_п и на поверхности Земли и составляет

.

На высоте h= 10 км индекс преломления отличается большим постоянством и он равен 93, то есть =93.

Учитывая это из (1.3) имеем:

Изобразим зависимость

Рис 1.1.

Однако, эта зависимость не отражает микроструктуры тропосферы, в которой происходят сложные турбулентные (вихревые) процессы.

Турбулентность тропосферы вызывает быстрые изменения (флуктуации) коэффициента преломления.

Среднеквадратическое отклонение индекса преломления из-за флуктуации на высоте от 0,5 км до 5 км равно

Это соответствует среднему размеру неоднородностей атмосферы в 20 км.

В приземном слое тропосферы (до 100 км.) среднеквадратическое отклонение индекса преломления из-за, флуктуации равны 3 N _ед (средний размер неоднородности до 500 м).

Дата добавления: 2015-08-17