海上大气波导的统计分析
2008年“威马逊”台风期间海上大气波导时空特征
2008年“威马逊”台风期间海上大气波导时空特征成印河;周生启;薛宇峰【摘要】结合MM5数值模拟结果、天气图和卫星云图,系统分析了2008年“威马逊”台风引起的大气波导特征.本次台风过程中发生的大都为悬空大气波导,位于台风涡旋之外的西北部,台风越近波导高度、强度、厚度越大；同时数值模拟表明陆地地形对海上本次大气波导形成具有一定影响.利用大气波导这一特殊大气层结可以很好的评估和预测电磁波传播和海上探测通信系统.%Based on numerical simulation results with MM5 model, synoptic charts and satellite imagery, the ducts produced by the outer air circumfluence of the "Rammasun" Typhoon in 2008 were analyzed systematically and showed the duct characteristics. The atmospheric ducts caused by the typhoon were elevated ducts and existed on the northwest of the typhoon vortex outer. The duct parameters such as duct-height, duct-strength and duct-thickness became larger as the typhoon was approaching much nearer. Moreover the numerical simulation indicated that the land topography in the sea had some influence on the atmospheric duct occurrence over the sea. By using the atmospheric duct, the effects of the atmospheric ducts on propagation of radio waves and functions of surveillance equipments were well estimated.【期刊名称】《广东海洋大学学报》【年(卷),期】2012(032)003【总页数】6页(P64-69)【关键词】台风;大气波导;MM5模式;天气图;红外云图【作者】成印河;周生启;薛宇峰【作者单位】广东海洋大学海洋与气象学院,陆架及深远海气候、资源与环境省级重点实验室,广东湛江524088;中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室,广东广州510301;中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室,广东广州510301;广东海洋大学海洋与气象学院,陆架及深远海气候、资源与环境省级重点实验室,广东湛江524088【正文语种】中文【中图分类】P732.6大气波导是对流层中形成的具有异常大气折射率结构[1]的大气层结。
基于ECMWF再分析数据的大气波导分布规律研究
* 作者简介：王华，主要从事大气波导和电波传播研究。E-mail：dlwhua@
522
Acta Meteorologica Sinica 气象学报 2021，79（3）
摘 要 大气波导对电磁波传播有显著的影响，大气波导特征参量分布研究对于分析电磁波传播乃至雷达、通信等电子设备效 能具有重要意义，利用 ERA-Interim 数据计算大气波导特征参量，并用海洋调查期间的低空探空火箭数据计算的大气波导进行了 验证，在此基础上用 2011—2016 年 ERA-Interim 温度、湿度分层数据统计分析了全球大气波导的发生概率、强度、高度，得出的 结论是：大洋东部、大陆西部的信风带是大气波导的高发区，大洋上大气波导的高发区（发生概率＞50%）主要有 6 个，分别是北 太平洋海区、南太平洋海区、北大西洋海区、南大西洋海区、北印度洋海区、南印度洋澳大利亚西部海区；同时，存在 3 个大气 波导低发区或无大气波导区（热带辐合带区、北半球中高纬度区、南半球中高纬度区）。这些大气波导高发和低发区的位置、范 围、发生概率具有季节变化，北半球 MAM 季（3—5 月）发生概率最高，出现的范围最大，SON 季（9—11 月）概率最低，出现的范 围最小，DJF（12、1、2 月）、JJA（6—8 月）季节介于两者之间；南半球 SON 季发生概率最高，出现的范围最大，MAM 季概率最低， 出现的范围最小。北半球大气波导强度总体上强于南半球大气波导强度，北半球 MAM 季大气波导较强海域范围最大，强度最 强，其次为 JJA 季，SON 季大气波导较强海域范围最小，强度最弱；南太平洋大气波导强度季节变化不明显，强度与北太平洋比 均 较 弱 ， 南 大 西 洋 SON 季 大 气 波 导 较 强 海 域 范 围 最 大 ， 强 度 最 强 ， DJF 季 大 气 波 导 较 强 海 域 范 围 最 小 ， 强 度 最 弱 ； 北 印 度 洋 MAM 季大气波导强度强，是大洋上波导最强的海域，大气波导较强海域范围大，JJA 季基本没有大气波导。大气波导高度在信 风带靠近大陆西岸海域高度较低，随着向西离岸距离增大高度升高，大气波导高发区的波导高度季节变化特征是：北半球在 SON、 DJF 季 高 度 高 ， 波 导 高 度 高 的 区 域 面 积 大 ， MAM、 JJA 季 高 度 低 ， 波 导 高 度 高 的 区 域 面 积 小 ； 南 半 球 在 MAM、 JJA 季 高 度 高，波导高度高的区域面积大，SON、DJF 季高度低，波导高度高的区域面积小；其他中低纬度近岸海域大气波导高度较低，大陆 包围的内海大气波导高度最低。 关键词 大气波导， ERA-Interim， 波导概率， 波导强度， 波导高度 中图法分类号 P427
寒潮过程和海洋锋面影响南海西北部大气波导演变的个例分析
寒潮过程和海洋锋面影响南海西北部大气波导演变的个例分析石睿;陈举;何云开;隋丹丹;舒业强【期刊名称】《热带海洋学报》【年(卷),期】2022(41)5【摘要】文章利用2012年冬季南海西北部的航次探空资料,研究了寒潮过程和海洋锋面对大气波导特征演变的共同影响。
文中观测发现,航次期间的大气波导以悬空波导为主,平均波底高度约738.64m,平均厚度约185.17m,平均强度10.21M单位。
观测前期,天气形势稳定,东北季风较弱,在锋面暖水区一侧的悬空波导较为深厚,且高度较低。
其主要成因是大气边界层顶部925hPa至850hPa高度左右存在深厚的逆温层,且具有显著的日变化特征。
航次中期的寒潮过程导致东北季风大幅增强,使得大气边界层顶部的逆温层被破坏,从而导致悬空波导显著变薄变弱。
而锋面冷水区一侧,低水温抑制湍流发展导致大气修正折射率(M)的负梯度扰动较弱,较难形成稳定且有一定强度的波导层,且无显著日变化。
但当东南暖湿气流覆盖锋面冷水区上空时,容易形成较稳定的表面波导。
【总页数】14页(P29-42)【作者】石睿;陈举;何云开;隋丹丹;舒业强【作者单位】热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所);南方海洋科学与工程广东省实验室(广州);海南西沙海洋环境国家野外科学观测研究站(中国科学院南海海洋研究所);仪器设备公共服务中心(中国科学院南海海洋研究所)【正文语种】中文【中图分类】P732.6【相关文献】1.冷空气过程对黄海东海区域海洋大气边界层结构影响的个例分析2.南海局地海域一次低空大气波导过程分析3.冷空气过程对黄海东海区域海洋大气r边界层结构影响的个例分析4.锋面低槽降水过程的个例分析5.2014年4月22日新疆寒潮天气过程锋面结构\r演变特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
季风期间南海低空大气波导统计分析
季风期间南海低空大气波导统计分析成印河;赵振维;张玉生【摘要】Based on the sounding data four times a day observed on related sounding station, R/V ＂Kexue 1＂ and R/V ＂Shiyan 3＂ during the South China Sea Monsoon Experiment （SCSME）, the characteristic parameters of strong atmospheric ducts such as occurrences, duct height etc are analyzed using the cutoff wavelength formula. The results show that the probability of the lower strong atmospheric ducts occurring over the South China Sea （SCS） is about 30% during the Monsoon period and rises gradually from the north to the south of the SCS. However, the atmospheric duct heights are gradually low from north to south and 70 % of occurred duct heights are within lkm height from the mean sea level. The total tendency of the daily variability of the probability of the occurrence and duct height is similar and shows ＂low-high low＂ shape. The probability of the occurrence in the nighttime is a little bit higher than other time and duct height is lower and more stable in the late at night.%根据1998年南海季风试验期间南海部分探空站、‘科学1号’和‘实验3号’观测的每天4次的高分辨率探空资料,引入截止波长判断式,统计分析了南海季风期间较强大气波导发生规律及时空分布特征。
海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究
海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究一、引言海上低空大气波导是指在海上的低空大气中，由海面、大气和海底组成的波导环境。
海上低空大气波导具有较低的传播损耗和波导损耗，因此被广泛应用于海上油田、舰船通信和海底地震监测等领域。
由于海面的变化以及气象因素的影响，海上低空大气波导的传播特性十分复杂且难以准确预测。
因此，通过遥感反演和数值模拟来研究海上低空大气波导的传播特性，并深入分析其机理，对于完善海上通信和监测系统、提高数据传输和地震监测等方面具有重要意义。
二、遥感反演研究遥感是通过对目标进行光、电、声等传感器的观测，不接触目标物体的直接测量手段。
海上低空大气波导的遥感反演主要基于电磁波传播的原理，通过对波导环境中的电磁波传播特性进行观测，推断出大气参数的分布情况。
1. 遥感观测系统海上低空大气波导的遥感观测系统包括雷达系统、卫星遥感系统和无线电系统等。
其中，雷达系统可以通过对电磁波的发射和接收，测量大气参数如风速、湿度和温度等；卫星遥感系统可以通过接收卫星回传的数据，获取海面温度和海洋表面风场等信息；无线电系统则通过信号的传输情况，推断大气参数的分布。
2. 遥感数据分析遥感数据分析是对获取的数据进行处理和分析，从而获得海上低空大气波导的传播特性。
一般包括对数据的预处理、反演算法的选择以及结果的验证等步骤。
常用的反演算法包括基于统计学原理的最小二乘法和基于模型的变分法等。
三、数值模拟研究数值模拟是通过数学方法模拟大气波导的传播过程，并利用计算机进行求解。
在海上低空大气波导的数值模拟研究中，主要包括模型构建、参数设定、边界条件的设定以及数值求解等方面。
1. 模型构建模型构建是数值模拟的基础，需要根据波导环境的特性来确定模型。
海上低空大气波导的模型主要考虑海面、大气和海底的特性，如海面的波浪高度和方向、大气的湿度和温度分布以及海底的地形和介质特性等。
2. 参数设定参数设定是数值模拟的关键，需要将海上低空大气波导的传播特性转化为数学模型中的参数。
近海面大气波导探测及与其它研究结果的比较
第 3 期 蔺发军等 :近海面大气波导探测及与其它研究结果的比较
1. 5
无波导出现
理论估算
高度 (m)
强度 (M 单位)
6. 5
19. 7
6. 1
27. 2
1. 1
27. 9
272
电 波 科 学 学 报 第 17 卷
图 3 微波折射率仪实测蒸发波导高度与理论估算的比较
图 4 微波折射率仪实测蒸发波导强度与理论估算的比较
表 1 中只给出了蒸发波导的实测与理论估算两 种方法的平均结果 ,为了能更有效地说明问题 ,对图 2 中的 3 个典型拟合剖面给出了两种方法各自的蒸 发波导参数 (见表 2) 。
蔺发军 刘成国 潘中伟
(中国电波传播研究所 ,河南 新乡 453003)
摘 要 大气波导环境对雷达系统和通信系统有很大的影响 ,而对于高度较低 、出现 频繁的海上蒸发波导来说 ,如何快速 、准确地获得它的波导参数是一个重要的问题 。 用微波折射率仪进行近海面大气波导尤其是贴海蒸发波导的测量在国内属首次 ,通 过现场试验结果与理论估算结果的比较 ,证明这种方法是可行的 。 关键词 微波折射率仪 , 蒸发波导 中图分类号 TN011. 3 文献标识码 A
高度较低 。通过比较可知 ,理论估算的波导高度较 作了近似处理 。
表 1 2001 年春季在海南岛东海岸实测蒸发波导和理论估算结果的比较
微波折射率仪实测 理论估算结果
数据库查询结果
测试次数
71
海上低空大气波导及其应用综述
传 播 效应 的主要 理论 有 几何 光 学理论 、波导模 理论和抛 物型 方程 ，其 中抛 物型 方程 理论应 用
较 多。最后 指 出大气 波导研 究在 工程 方面努 力的方 向 ，即结合 中尺 度数值模 式和 电波传播 模 式发展 三维 可视化 系统 ，准确可 靠地提供 电波环境信 息和预 测预报 ，更好 地 为经济和 国防建
＿
成 印 河 ，等 ：海 上低 空大 气 波 导 及 其 应 用 综 述 ９ ３
发 波 导 、表 面波 导 、悬 空波 导 三种类 型 （ 图 １ ） 。在
，
电波 进 入 部 分 正 常 大气 后 ，正 常 折 射 后 又 会 发 生
垂 直 高度 上存 在 以上 两种 波导 则称 为复 合 波导 。 在 大 气 波 导 环 境 的研 究 中 ，不 同 波 导类 型 ， 描 述 波 导 参 数 略 有 不 同 ，主要 有 波 导 厚 度 、波 导
设服务。 关键词 ： 大气 波导 ；波导类 型； 电磁 环境 ；应 用 系统 中图分 类号： Ｐ ４ ２ １ ． ３ ， Ｐ ７ ３ ２ ． ６ ， Ｔ Ｎ Ｏ ０ １ １ 文献标识码： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４ ． ４ ９ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ． ０ ０ ９ ２ ． ０ ８
实现超视距传输 ，传播距离可达上千千米。利用大
气波 导现象 可使 雷达 实 现超 视 距 传播 和探 测 ］ 。为 了合 理 利用 大气 波 导 传 播 ，亟 需 对 大 气 波 导 形 成
不仅对流层 中的沉降物 ，如降雨 、降雪 、雾等 ， 对 电波传播产生衰减 、散射等效应 ，大气本身也 会对 电波传播产生影响 。在一定的气 象条件下 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
近海面大气波导探测及与其它研究结果的比较
频 繁 的 海上 蒸发 波 导 来说 ， 如何 快 速 、 确 地 获 得 它 的 波 导 参数 是 一 个 重要 的 问题 。 准
用微 波折 射 率仪 进 行 近 海 面 大气 波导 尤 其 是 贴 海 蒸发 波 导 的 测量 在 国 内属 首 次 ， 通
过 现 场试 验 结 果与 理 论 估 算结 果 的 ｝较 ， 明 这种 方 法是 可行 的 。 匕 证
在 ３ ｍ 以下 的贴 海 波 导 ， ０ 岸基 和 舰 载微 波雷 达 系 统 可 以充分 利 用蒸 发 波 导 效 应 实 现 海 上 超 视 距 探 测 ， 达 到先 机制 敌 的 目 的 。 因而 形 成 一 套 快 速 、 效 的 实
在 海南 岛 东 海岸 首 次用 微 波折 射 率 仪 进行 了蒸 发 波
维普资讯
第 １ ７卷
２０ ０ ２年 ６月
第 ３期
电
波
科
学
学
报
Ｖｏ ． ７ ＮＯ ３ １１ ， ．
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ ｅ， ０ ２
ＣＨＩ ＮＥＳ Ｊ Ｅ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＤＩ Ｓ ＥＮＣＥ Ｏ ＣＩ
文章 编 号
１ ０ —３ ８ ２ ０ ） ３０ ６ — ５ ０ ５０ ８ （ ０ ２ ０ —率仪 ，蒸 发 波 导
文献 标 识 码 Ａ
中 图分 类号 Ｔ 儿 ． Ｎ０ ３
Ｔｈｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｓ ｏ ｔ ｏ ｐ ｒ ｃ ｄ ｃ ａ ｅ ｕ ｆ ｃ ｎｄ ｉｓ ａ ｕ ｅ ｎｔ ｆ ａ ｍ ｓ ｈｅ ｉ ｕ ｔｎｅ ｒ ｓ ａ ｓ ｒ ａ ｅ ａ ｔ
ｃ ｍ ｐ ｒ ｓ ｎ ｗｉｈ ｏ ｈｅ ｔ ｄｙ ｒ ｓ ｌｓ ｏ ａ ｉｏ ｔ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｕ ｔ
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经!!!!!度
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2 . Scie nce Sc hool o f Wuhan Uni versit S o f Tec hnol o gS 9Wuhan ~ubei 430070 9Chi na )
Abstract !I n t hi s paper 9t he char act eri sti c par a met er s Of mari ne evapOr ati On duct such as Occurr ences 9duct hei ght 9duct str engt h ar e bri efl y descri bed based On t he si mil arit y t heOr y Of pseudO-r ef r acti vit y . The st ati sti cal r esult s ar e f r O m t he mari ne Obser vati On dat a i n 1982 #1999 9and t he sea ar ea r ange f r O m east l Ongit ude 100 t O 140 degr ee 9nOrt h l atit ude 0 t O 40 degr ee . The st ati sti cal anal ysi s Of t he mari ne l O Wer at mOspheri c duct i s f r O m shi p sOundi ng Obser vati On dat a bet Ween 1986 and 1999 9Over t he sa me sea ar ea as menti Oned . The r esult s shO W t hat t he Occurr ence i s
!!
dN dh
"-157
!1
km
1
在波导传播中常用平地球下的修正折射率 M 来描
述大气波导 它与折射率 N 的关系如下
!!
M
=
N
+
h a
> 10 6
!
M
2
式中 h 是测量高度 单位为 m a 是等效地球半径
约为6370k m 当修正折射率 M 梯度满足
!!
dM dh
"0
3
法在文献 2 中有详细的描述 本文直接应用这种方 法对东经100 #140 北纬 0 #40 的海域 内 1982 # 1999 年18 年的海洋观测资料进行了统计分析 参 照世 界 气 象 组 织 WMO 将 海 域 划 分 为 10 > 10 的 马士顿方的方法 将上述海域划分为四分之一马士
mOr e t han 85 % and t he duct hei ght i s appr Oxi mat el y 15 met er s f Or evapOr ati On duct . The Occurr ence Of mari ne l O Wer at mOspheri c duct i s mOr e t han 15 % i n general 9sO meti mes appr Oach 40 % 9and it s duct t hi ckness i s bet Ween 60 and 150 met er s gener all y . The st ati sti cal r esult s Of mari ne l O Wer at mOspheri c duct usi ng shi p sOundi ng dat a i s pr esent ed f Or t he fi r st ti me i n Chi na . Key words !evapOr ati On duct 9mari ne l O Wer at mOspheri c duct 9shi p sOundi ng 9seasurf ace duct 9el evat ed duct
l !引!言
大气波导是导致雷达探测系统及通信系统不能
正常工作的一种重要环境因素9它可以捕 获30 MHZ 以上的无线电波9使 其 以 很 低 的 衰 减 传 播 到 视 距 范 围 之 外 9对 于 雷 达 系 统 来 说 9大 气 波 导 可 形 成 雷 达 空
! 收稿日期S2003-12-03
第1 期!!!!!!!!!!!!!!!蔺发军等 海上大气波导的统计分析
海上大气波导的统计分析!
蔺发军1 !刘成国2 !成!思1 !杨玉萍1
(1 . 中国电波传播研究所9fj li n052 "sOhu .cO m 9河南 新乡 453003 3 2 . 武汉理工大学理学院9湖北 武汉 430070 )
摘!要!利用1982 #1999 年的海洋观测资料!运用相似理论对东经100 #140 !北纬 0 #40 海 域 的 蒸 发 波 导 出 现 概 率"高 度 和 强 度 进 行 了 统 计 分 析!并 利 用 1986 #1999 年的船舶探空资料!对上 述 海 域 及 全 球 海 上 低 空 大 气 波 导 进 行 了 统 计 分 析!结 果 表 明!海上蒸发波导出现概率高达85 % 以上!高度一般在15 m 左右!而海上低空大气波 导出现概率一般不低于15 % !有时可 达 40 % !厚 度 一 般 在 60 #150 m # 其 中!利 用 船 舶探空资料分析海上低空大气波导在国内还属首次# 关 键 词 ! 蒸 发 波 导 !海 上 低 空 大 气 波 导 !船 舶 探 空 !贴 海 波 导 !悬 空 波 导 中图分类号!TN011 .3 !!!! 文献标识码!A
3 .2 !船舶探空资料的统计方法和结果 利用海洋气象数据 应用相似理论估算蒸发波
导 其波导高度 也是波导顶高和波导厚度 一般小 于30 m 对于大于这一高度的海上低空大气波导来 说 上述方法和海洋气象资料已不适用 需要通过其 他探测手段 获得 船舶 探 空 资料 能 探 测到 30k m 以 下的大气剖面 可以作为这一方面的补充 船舶探 空资料获取是通过移动船舶作为高空探测平台 总 目标是获得相距不超过1000k m 范围内各点的探测 报告 观测通常在北京时08 点和20 点进行 这类 观测需在国际计划范围内进行协调 以保证获得的 那些高空资料正是所需海洋部分的资料 另一方 面 由于这类观测都是因时制宜和自愿的 所以观测 资料不是 连 续 的 5 本 文 所 统 计 的 数 据 为 1986 # 1999 年15 年的船舶探空资料 主要是100hpa 海拔 约16000 m 高 度 以 下 的 UUBB 船 舶 探 空 报 文 的 特 性层数据 包括船舶海洋站高层温度 气压和湿度 然后通过 3 式判断是否有海上低空大气波导出现 根据 WMO 编 码 3333 将 地 球 分 为 四 个 象 限 称 为 地球四分区 分别为1 3 5 7 分区 如图4 所示 各 区代表范围如下表所示 5
第20 卷!第1 期
2005 年2 月!!!! !!!!!!!!!CHI
电!波!科!学!学!报
NESE J OURNAL OF RADI O SCI ENCE
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9NO
920 (2005 )01-0064-05
顿方 3 区域划分如表 1 如 11005 区代表东经 110 #115 北纬5 #10 之 间 的 海 域 各 海 区 蒸 发 波 导 的出现概率 波导高度和波导强度 取绝对值之后的
值 下同 的统计结果如图1 #图3 所示
表l !东经l00 !l40 !北纬0 !40 海域的区域划分
纬!!度
00 #05 05 #10 10 #15 15 #20 20 #25 25 #30 30 #35 35 #40
时 出现大气波导 出现波导时的 M 剖面图参见文 献4
本文根据文献 7 将大气波导区分为两类 一类 是空气由于大气环流中如平流 下沉 辐射冷却等过 程引起自身状态变化产生的波导 其中层结较厚 高 度较高者称为低空大气波导 另一类是大面积水体 上由于水汽的蒸发形成的蒸发波导 根据上述对波 导的区分 文章中 对海洋资料处理后出现的波导归 属于第二类即蒸发波导 而对船舶探空资料处理后 出现的波导归属于第一类即低空大气波导 由于本 文主要讨论的是海上大气波导情况 波导的下界面 是广阔的水面 所以在文本中将第一类波导统称为 海上低空大气波导 当海上低空大气波导的波导底 高等于0 m 时称为贴海波导 大于0 m 时称为海上悬 空波导
65
洞 产生盲区 也可使雷达波束产生超视距传播 大 大增加雷达的作用距离 随着现代武器系统的不断 发展 要求雷达系统 预警系统 制导系统 通信系统 在不同大气条件下工作性能都能充分发挥 这就必 须研究这些大气结构的出现规律和它们的预测和探 测方法 尤其是对大气波导的性能进行有效的评估 因而大气波导的传播研究显得更加重要
雷达等无线电系统有很大的影响 因而国内外都很 重视对海上波导的研究 下面通过两种不同的处理 方法分别 对 海 洋 资 料 和 船 舶 探 空 资 料 进 行 统 计 分 析 3 .l 海洋资料的统计方法和结果
对海洋资料的统计方法 主要是基于相似理论
梯度满足条件
估算蒸发波导 2 利用海洋数据计算蒸发波导的方
St atisti cal anal ysis of mari ne at mospheri c duct
LI N Fa- un l !LI U Cheng-guo2 !CHENG Si l !YANG Yu-pi ng l