Файл: Белосток В.С. Распространение радиоволн (учебное пособие).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 87
Скачиваний: 1
700 |
|
|
|
|
|
$00 |
|
|
|
8,570* |
41 |
|
|
|
|
>1 |
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
K. |
SOO |
|
|
|
2 6 W ’ |
% |
|
|
|
J |
♦ |
|
|
|
|
|
|
«a |
400 |
|
|
|
u /o 8 |
^5 |
<o |
|
|
|
|
|
£ 300 -**i ; »•• * **• ’ *•»♦*«• »i ^ |
•• * ? 6 /0 8 |
^ |
|||
§ |
.•/•§ СлойF |
v.v.v. ai v: |
|
& |
|
<=Q 200 i ' '-5^................. |
|
|
2 2 /0 16 | |
||
too |
*Ci^ ^ |
;Vb" |
V |
J |
|
1 -.w .v.v.w v.y.v::M. Y.. |
|||||
|
1US.’—— U |
—и J_‘_L>л•_<..jj# |
|
|
|
0 |
Стр/ггосФш |
3 |
/9 |
|
|
ч ф |
|
|
2 5-/0 |
|
|
77ТТ7ТШТГГТТГГГГ7Т77ТТШ7ТШ |
|
|
|||
a Тро/юсфш
Рис. 3.1. Схема строения атмосферы
СТРОЕНИЕ ТРОПОСФЕРЫ
В тропосфере сосредоточено более 4/5 всей массы воздуха земной атмосферы. Кроме того, в тропосфере (в отличие от стра тосферы и ионосферы) содержится большое количество паров воды.
Наиболее важными физическими характеристиками тропосфе ры, или метеорологическими параметрами (метеоэлементами), являются: атмосферное давление, температура, влажность и дви жение воздуха. Влияние этих элементов особенно сказывается на условии распространения ультракоротких радиоволн.
Из курса физики известно, что в однородной по составу атмо сфере при постоянной температуре давление меняется с высотой по барометрической формуле:
~аН
Р = Ро-е
где ро — давление вблизи поверхности земли;
а— постоянная величина.
Вдействительности тропосфера представляет собой неодно родную среду. Температура и состав воздуха не постоянны и ме-
36
няются с высотой, что приводит к отклонению распределения давления и плотности воздуха по высоте от барометрической формулы.
Важнейшим свойством тропосферы является убывание темпе ратуры с высотой, так как в пределах тропосферы нагревание ^воздуха происходит главным образом от нагретой солнцем по верхности земли. В среднем температура убывает на 5—6°С на 1 км. Прекращением падения температуры и характеризуется верхняя граница тропосферы, которая, как уже указывалось, на ходится на высоте 10—15 км.
Хотя в среднем температура воздуха в пределах |
тропосферы |
|
убывает с высотой, но в некоторых случаях |
наблюдается обрат |
|
ное явление — увеличение температуры с |
высотой, |
называемое |
т е м п е р а т у р п о й и н в е р с и е й.
На рис. 3.2 показан типичный график изменения температуры воздуха с высотой при наличии температурной инверсии.
Температурные инверсии |
могут |
|||||
появляться как вблизи земной по |
||||||
верхности ( п р и з е м н ы е |
и н в е р |
|||||
сии), так и |
на |
высоте |
примерно |
|||
2—3 км ( п р и п о д н я т ы е и н в е р |
||||||
сии). |
Существенное |
значение на |
||||
распространение волн имеют при |
||||||
земные |
температурные |
инверсии. |
||||
Их возникновению |
способствуют |
|||||
главным образом две причины: го |
||||||
ризонтальный |
перенос воздушных |
|||||
масс ( а д в е к ц и я ) |
и |
р а д и а |
||||
ц и о н н о е |
о х л а ж д е н и е |
п о |
||||
в е р х н о с т и з е м л и . |
|
|
||||
Температурные инверсии, вы |
||||||
званные адвекцией, возникают при |
||||||
горизонтальном |
переносе |
|
теплых |
|||
воздушных масс, например, с су |
|
|
|
|
|||||
ши на более холодную поверхность |
|
|
|
т *й |
|||||
моря (рис. 3.3). Над |
сушей темпе |
|
|
|
|||||
|
|
|
> |
||||||
ратурные |
инверсии |
появляются |
|
|
|
|
|||
главным образом |
за |
счет |
радиа |
Рис. |
3.2. |
Типичное распределение |
|||
ционного охлаждения, |
сущность ко |
||||||||
торого состоит в следующем. |
температуры атмосферы по высоте |
||||||||
при наличии температурной |
|||||||||
В |
летние |
месяцы |
в вечерние |
|
|
инверсии |
|
||
часы |
имеет |
место |
сильное |
тепло- |
|
|
за день солнечными |
||
испускание с поверхности |
земли, нагретой |
||||||||
лучами. Это явление в метеорологии носит |
название |
радиацион |
|||||||
ного |
охлаждения. |
Оно сопровождается |
охлаждением |
непосред |
|||||
ственно прилегающего к земле воздушного слоя. В этих условиях температура приземного слоя становится значительно ниже тем пературы более высоких слоев воздуха, в результате чего возни-
37
кает температурная инверсия. Схема возникновения температур ной инверсии под действием радиационного охлаждения поверх ности земли представлена на рис. 3.4. Цифры на рис. 3.3 и 3.4 указывают условную температуру.
/*в
♦ М М | |
||
I M i l } |
||
I |
М > 1 |
| |
I |
м I |
I . |
г^ г ^ г х -П ^ Г //7 /7 7 7 7 Г Л 7 Г 7 //7 /^ т>
Рис. 3.3. Схема возникновения температурной |
Рис. 3.4. Схема возникпо- |
инверсии при горизонтальном переносе |
нения температурной ин- |
ноздупшых масс |
версии под действием ра |
|
диационного охлаждения |
|
поверхности земли |
||
Толщина инверсионных |
слоев обычно невелика |
и |
достигает |
от нескольких десятков до 200 м. |
|
|
|
Температурные инверсии возникают нерегулярно и |
предска |
||
зать их появление не представляется возможным. |
|
|
|
Как уже отмечалось, |
тропосфера неоднородна |
как |
в верти |
кальном направлении, так и вдоль земной поверхности. Давление,
температура и |
влажность воздуха |
в зависимости |
от высоты и |
||
метеорологических |
условий |
могут |
быть самыми |
различными, |
|
поэтому обычно для |
расчетов вводится понятие о так называемой |
||||
н о р м а л ь н о й |
а т м о с ф е р е |
(тропосфере). |
|
||
Определение нормальной атмосферы основывается на пред ставлении о линейном убывании температуры (на 6,5°С на 1 км), убывании давления по барометрическому закону и изменении абсолютной влажности воздуха по экспоненциальному закону с высотой.
Влияние тропосферы на характер |
распространения |
радио |
|
волн проявляется, во-первых, в искривлении траекторий |
распро |
||
странения |
радиоволн в вертикальной |
плоскости (рефракции) и„ |
|
во-вторых, |
в затухании радиоволн. |
|
|
Рассмотрим эти явления и вызывающие их причины.
§ 2. Диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления тропосферы
Наблюдающееся |
в тропосфере явление р е ф р а к ц и и радио |
|
волн объясняется |
изменением |
диэлектрической проницаемости |
и соответственно коэффициента |
преломления воздуха с высотой. |
|
38
Диэлектрическая проницаемость воздуха е только прибли женно может считаться равной диэлектрической постоянной сво
бодного пространства г0. В действительности |
значение |
г |
возду |
||||
ха несколько больше |
г0 и зависит от давления р, температуры Г |
||||||
и влажности воздуха е. |
|
|
|
|
|
||
Относительная диэлектрическая проницаемость влажного воз |
|||||||
духа, то есть |
:—, |
может |
быть найдена |
по следующей фор- |
|||
муле: |
ао |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14- |
|
|
|
|
(3.1) |
где Т — абсолютная температура |
воздуха; |
|
|
|
|||
р -—давление воздуха, мб (1 |
мб = 0,75 мм рт. ст.); |
влажность |
|||||
е — давление |
водяных паров, мб (абсолютная |
||||||
воздуха). |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
преломления |
тропосферы, |
связанный |
с |
относи |
||
тельной диэлектрической проницаемостью воздуха простой зави
симостью, как п ~ \ г гг , |
определяется по формуле: |
|
||
п |
77,6 / |
, 4810 |
• 1(Г6 |
(3.2) |
j ~ I Р i |
j —е |
|||
Вблизи земной поверхности коэффициент преломления га весь
ма мало |
отличается от единицы и в зависимости от |
климатиче |
||||
ских и |
метеорологических |
условий |
может принимать |
значения, |
||
находящиеся в пределах |
|
|
|
|
||
|
|
га = |
1,00026 Д- 1,00046. |
|
||
В силу малого |
отличия га от |
единицы вместо коэффициента |
||||
преломления га пользуются так |
называемым и н д е к с о м п р е |
|||||
л о м л е н и я N, |
связанным с га соотношением: |
|
||||
|
|
|
V \0('(п |
1). |
|
|
Таким образом, индекс преломления N показывает, на сколь ко миллионных долей коэффициент преломления га больше едини цы и обычно представляет собой трехзначное число. Например, в условиях нормальной тропосферы индекс преломления.у по верхности земли имеет значение N = 325.
С уменьшением |
температуры, |
давления и влажности |
воздуха |
|||
в среднем индекс |
|
преломления N |
уменьшается |
с высотой по ли |
||
нейному закону, |
причем для |
средних широт |
градиент |
(то есть |
||
быстрота) индекса |
преломления составляет |
|
|
|||
|
|
dN |
4 • КГ2 — |
|
|
|
|
|
dH |
|
м. |
|
|
