大气波导环境中折射率指数模式的统计特征
大气波导中折射指数的预测预报技术研究
（． １ 天水师 范学院 ， 肃 天水 ７ １ ０ ； ． 甘 ４ ０ １ ２ 西安 电子科技 大学 ， 安 ７ ０ ７ ） 西 １ ０ １
摘要 ： 试验数据 分析表 明我 国东南沿海 海域是 大 气波导 高概 率发 生 区 ， 实时、 确 的折射指 数预 测预报 精 是 电子 系统性 能评估 和 系统设计 的 关键 。通过 大 气折 射 率剖 面的直接 测 量 、 于特 定 高度 气象参数 的理论 基
预测、 Ｓ ＧＰ 测量 、 杂波反 演技 术 等 测量 、 海 预测 预报 技 术 的对 比分 析 ， 杂波反 演技 术 由于 实时性 、 密性 、 海 保
设备 简易等优 点 ， 一种极 具潜 力的 大气波导环 境预 测技 术。 是
关键词 ：大气波导 ； 折射 指数 ； ｎｎ Ｏｂ ｋ ｈ ｖ 论 ； Ｐ 测量 ； Ｍｏ ｉ— ｕ ｈ ｏ ￣ ＧＳ 海杂波 反演
中 图分 类号 ： Ｎ０ １ Ｔ １
文献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：１７ —９ ４ （０ １ ０ —０ ５ — ４ ６ ２ ２ ２ ２ １ ） ３ ０ ８ ０
Ｒ ｅ ｒ ｔ ｖｅ Ｉ ｆ ａｃ ｉ ｎｄｅ Ｐｒ ｘ ｅｄｉ ｔｎｇ ａ ｃ ｉ ｎｄ Ｆｏｒ ａｓ ｉ ｃ ｅｃ ｔ ｎｇ Ｔｅ ｈｎｏ ｏｇ ｏｆＡｔ ｏｓ ｌ ｙ ｍ ｐｈｅｒ ｃ Ｄｕｃ ｉ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ａａ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｏ ｔ ｅ ｓ Ｃｈ ｎ ｅ ａ ｉ ｈ ｒｏ ｃ ｒｅ ｃ ｒ ｂ ｂ ｌ ｙ ｏ ｔ ｓ ｈ ｒ ｕ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｔ ｈ ｗｅ ｔ ｕ ｈ ａ ｔ ｉ ａ Ｓ ａ ｈ ｓａｈ ｇ ｅ ｃ ｕ ｒ ｎ ｅ ｐ ｏ ａ ｉ ｔ ｆａｍｏ ｐ ｅ ｃ ｄ ｃ ． ｅ ｔ ｎ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ａｕｅ ｎｓ ａ ｄ ｒｆ ｃｉ ｔ ｆ ｍ ｓａ ｃｕｔｒ ｉｖ ｒｉｎ （ ＦＣ） ｏ ａｉｏ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｈ ｗｅ ｈ ｔＲＦ ｗｉ ｅ ｌ ｔ ， ｒ ｖｙｒ ｅ ｌｔ ｎ ｅｓｏ Ｒ ｅ ，ｃ ｍｐ ｓｎ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔａ Ｃ ｒ ｓ ｔ ｒａ—ｉ ｈ ｍｅ
大气中折射率对激光传输的影响评估
大气中折射率对激光传输的影响评估激光传输在现代科技中有着广泛的应用，涉及到通信、遥感、激光雷达等众多领域。
然而，大气中的折射现象对激光传输有着一定的影响。
在本文中，我们将评估大气中折射率对激光传输的影响，并探讨其对传输质量的影响。
首先，我们来了解一下什么是折射率。
折射率是指光线在介质中传播时发生折射的程度，它是介质对光的阻挡程度的指标之一。
在大气中，折射率主要受到气温、湿度和气压等因素的影响。
这些因素的变化会导致空气密度的变化，从而对激光传输产生折射的影响。
其次，我们需要了解激光传输的基本原理。
激光传输是利用激光光束将信息通过空气或光纤传输到接收端的一种技术。
激光光束具有高单色性、高直线性和高聚束性的特点，因此能够在较远距离内传输信息。
然而，大气中的折射现象会导致激光光束的偏移和扩散，从而降低传输质量。
折射现象对激光传输的影响主要表现为两个方面：光束的偏移和光束的扩散。
光束的偏移是指激光光束在传输过程中由于折射而发生位置偏移的现象。
这种偏移会导致光束的中心偏离传输路径，从而造成传输失真。
光束的扩散是指激光光束在传输过程中由于折射而发生横向展宽的现象。
光束的扩散会导致能量损失和信息损失，从而降低传输效率。
在实际的激光传输过程中，我们需要根据具体的环境条件进行折射率的评估。
折射率的评估可以通过数值模拟或实验测量得到。
数值模拟是利用计算机对大气参数进行建模，并通过模型的计算结果得到折射率的估计值。
实验测量则是通过仪器设备对大气中的物理量进行实时监测，从而获得实际的折射率数据。
通过对折射率的评估，我们可以选择合适的激光传输方案以提高传输质量。
例如，在折射率较高的情况下，我们可以采用自适应光束整形技术来抵消折射带来的偏移和扩散。
这种技术可以通过调整激光光束的相位和振幅分布来改善传输质量。
此外，折射率的评估还有助于我们了解激光传输在不同环境条件下的限制和适用范围。
例如，在雨雾或浓雾等恶劣天气条件下，折射率较高，激光传输的距离和传输质量会受到较大限制。
5G网络中大气波导干扰分析与研究
5G网络中大气波导干扰分析与研究摘要：大气波导效应会致使移动网络通信中TDD系统产生超远距离干扰，更为严重的是影响网络性能指标。
本文将重点研究分析5G网络中大气波导干扰的成因，并且分析大气波导对5G网络性能指标的影响，重点研究参数配置方式规避大气波导受干扰小区，降低大气波导干扰影响，保障5G网络质量。
关键词大气波导干扰 5G网络1、引言在一定气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，电磁波部分会被陷在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播。
大气波导现象能够使得TDD制式4、5G网络的下行无线信号传播很远，由于传播距离超过TDD制式4、5G网络上下行保护时隙（GP）的保护距离，导致这种远端下行无线信号干扰到近端的上行无线信号。
无线信号通过波导传播容易形成远端的大气波导干扰ADI（Atmospheric Duct Interference）。
大气波导问题早TD-LTE阶段就存在，其干扰特点和影响范围也很典型，干扰强度较大，必须要重点、尽快解决。
从中国境内所测大气波导干扰ADI分布状况图上看，大气波导干扰ADI多发生在环渤海湾、海南沿海、华北平原等沿海以及中东部平原地区，通常发生在四月到十月之间。
2、大气波导分类及产生机理大气波导通常分为三类：表面波导、悬空波导和蒸发波导，其中蒸发波导一般发生在海洋大气环境，表面波导和悬空波导在陆地和海洋环境中都存在。
在无线通信中，涉及到大气波导影响的主要是表面波导。
形成表面波导的天气条件主要为晴朗无风或者微风的夜晚，地面因辐射冷却而降温，与地面接近的气层冷却降温最强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，因此使低层大气产生逆温现象；或者雨过天晴之后，也会出现类似的现象。
研究表明影响大气环境中电磁波传播特性的主要因素为大气折射率，对于频率在100GHz以内的电磁波，大气折射率n或大气折射指数n与大气温度T、大气压力P和水汽压e之间的函数关系为：当远距离传输时，考虑地球的曲率对传播的影响。
不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析
不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析近年来，由于全球变暖的影响，大气污染、天气变化都发生了变化，许多地区的大气质量都发生了变化。
大气折射率的变化也是天气变化的重要标志之一，它是反应大气大气结构及光学特性的重要参数。
本文将介绍不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析过程，为环境空气质量变化分析和监测提供参考。
1、折射率结构常数概述折射率结构常数是指大气中折射率在不同波段的分布情况，它取决于大气组分及环境因子，因此折射率结构常数不仅可以反映大气结构，还能反映大气参数及大气微物质的变化。
在大气环境中，折射率结构常数的变化可能会影响天文监测，在很大程度上会影响观测设备的正确性和准确性。
2、不同地区大气折射率结构常数分布特性折射率结构常数的变化也受地区因素影响，不同的地区大气折射率结构常数分布会有所差异。
比如，南京市的大气折射率结构常数在400nm-800nm波段分布峰值为0.00122，在800nm-1000nm波段分布峰值为0.00098，在1000nm-1400nm波段分布峰值为0.00080；而安徽省滁州市的大气折射率结构常数在400nm-800nm波段分布峰值为0.00125，在800nm-1000nm波段分布峰值为0.00099，在1000nm-1400nm波段分布峰值为0.00082。
可见，不同地区的大气折射率结构常数分布特性是不完全一致的。
3、大气折射率结构常数分析为了提高大气折射率结构常数的准确性，必须对不同地区的大气折射率结构常数分布特性进行有效分析。
通常，需要从大气参数、环境温度和湿度等大气结构参数入手，通过实验法测量不同频率及形式的折射率，根据大气主要构成的气体的折射系数计算大气折射率结构常数。
4、结论大气折射率结构常数是反应大气结构及光学特性的重要参数，受地区因素影响，不同地区大气折射率结构常数分布特性有所差异。
为了精确计算大气折射率结构常数，必须对不同地区的大气折射率结构常数分布特性进行有效分析，以此为基础，可以为环境空气质量变化分析和监测提供参考。
雷达探测大气的基础知识折射3
的水平变化不能忽视，折射指数梯度可相差达到30N单位以上，水 平均一的假设对高精度探测就不适用了。由大气水平分布不均匀， N单位梯度的存在会导致雷达水平探测定位存在误差。 由于大气水平分布非均一，使雷达波产生折射，会导致雷达 水平探测定位误差和出现探测“盲区”。
为什么呢？
大气某些区域，如海陆交界处、海陆锋、锋面两 侧气象要素的水平变化不能忽视，折射指数梯度可相 差达到 30N单位以上，水平均一的假设对高精度探测 就不适用了。由于大气水平分布不均匀， N单位梯度 的存在会导致雷达水平探测定位存在误差。
H h
R 4.15
H h
三、地球球面和大气折射对探测目标物的影响
(1)球形地面和大气折射使雷达波束偏离地面的情况
对近距离降水云，探测别的是降水云的底部，而对远距离的降 水占．探测到的是降水云的中部或顶部。若远处降水云发展高度较 低，雷达可能探测不到，实际工作小对此予以注意。
(2)球形地面造成回波分布的变形 雷达探测锋面降水
观测。
正折射
以上三种折射，标准大气折射、临界折射、超折
射这三种情况，共同特点是：满足
dn 0 dh
，这样一
个公共条件。N值随高度的增加而减小，射线向地面 方向弯曲，但弯曲程度不同。
大气波导特征分析及其对电磁波传播的影响-气象学报
duct ) 、表 面波导 ( 也 称接地 波导 ) ( surface duct) 和抬 升波 导 ( 也称 悬空 波导 ) ( elevated
duct ). 后两种大气波导也可能出现在陆地大气环境中
. 图 1 给出了三种类型的大气波导
特征参量示意图 .
2. 3. 1 表面波导 表面波导是下边界与地表相连的大气波导
赵柏林 李万彪 朱元竞 杜金林
( 北京大学地球物理系暴雨监测和预报国家重点实验室
, 北京 , 100871)
戴福山
( 北京应用气象研究所 , 北京 , 100029)
摘 要
文中在介绍大气折射的基本类型及其存 在条件的基础上 , 阐述了三种类型的大气波导的 形成机制 , 总结并分析 了大气波导的几个 主要特征 , 并用西北太平洋云 辐射实验的 实测资料 和西沙海域的气象资料进行了验证 , 同时试验了蒸发波导高度对大气湿度、 气海温差、水平风 速变化的敏感性 . 在分析大气波导对电磁波传播的影 响时 , 推导了可形成波导传播的电磁波 最大陷获 波长和临界发射仰 角 , 提出了电 磁波形成波导传播 的 4 个必要条 件 , 并讨 论了大气 波导对超短波传播、 雷达探测、短波通信等方面的影响 .
地面 , 当曲率超过地球表面曲率时 , 电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内
,就
像电磁波在金属波导管中传播一样 , 这种现象称为电磁波的大气波导 ( duct ) 传播 , 形成波
导传播的大气薄层称为大气波导层 . 大气波导现象使得雷达有可能观测到数倍于雷达正
常探测距离处的目标 , 实现所谓的超视距探测 . 大气波导现象经常发生在海洋大气环境中 . 中国东南领海有 4 个海区 , 南北跨越纬度
4810e
大气层折射率的测定方法与精度研究
大气层折射率的测定方法与精度研究大气层折射率是指光线在穿过大气层时发生折射的程度，它是影响大气传输和观测精度的重要因素。
准确测定大气层折射率是天文观测、地球物理勘探、无线电通信、导航系统等领域的基础工作。
本文将介绍几种常用的大气层折射率测定方法及其精度研究。
一、大气层折射率的测定方法1. 根据大气层气温分布差异法气温是影响大气折射率的重要因素之一。
通过观测不同高度上的气温数据，可以推导出大气层折射率的分布情况。
这种方法需要借助气象观测数据，并结合数学模型进行计算。
2. 通过测量大气中的湿度确定折射率湿度也是影响大气折射率的因素之一。
通过测量大气中的湿度，可以计算出大气层的水汽分布，从而确定大气层折射率。
这种方法常用于气象预报和空气质量监测等领域。
3. 激光测距法激光测距法是一种基于测量光波传播时间的方法。
通过测量激光在大气中传播的时间，结合激光束在传播过程中受到的扩散、透射等影响，可以计算出大气层的折射率。
这种方法适用于大气层透明度较高的情况。
4. 电离层电波传播方法电离层电波传播方法是通过观测电离层中的电波传播路径和速度来推导大气层折射率。
这种方法需要借助无线电观测设备，并对电波传播的特性进行分析和计算。
二、大气层折射率测定方法的精度研究1. 数据质量控制在大气层折射率测定过程中，数据质量的控制是至关重要的。
对于气象观测数据，需要确保观测精度和测量仪器的准确度。
对于激光测距和电离层电波传播方法，需要确保仪器的稳定性和校准准确度。
2. 数理模型的建立和改进大气层折射率的测定往往需要通过数理模型进行数据处理和计算。
因此，建立准确的数理模型是保证测定精度的重要因素。
同时，不断改进和优化模型也是提高测定精度的途径之一。
3. 实地观测和对比分析进行实地观测和对比分析是验证大气层折射率测定方法精度的重要手段。
通过与其他地点或不同观测方法的数据进行对比，可以验证自己的测定结果，并进一步改进和修正方法。
4. 多因素计算和模式耦合大气层折射率的测定受到多种因素的影响，如温度、湿度、气压等。
光波导的几何光学分析
光波导的几何光学分析光波导的几何光学分析是指通过光的几何传播规律对光波导的传输特性进行分析。
在光波导中，光通过介质的反射和折射来实现光的传输，几何光学分析可以帮助我们理解光波导的传输机制和特性。
以下是对光波导几何光学分析的详细介绍。
首先，光波导的几何光学分析需要考虑折射率分布和几何结构对光的传输影响。
折射率定义为光在介质中传播时的速度与真空中传播速度的比值。
在光波导中，通常使用一个核心层和一些包围核心层的包层来实现光的传输。
核心层的折射率通常高于包层和周围介质的折射率，这样可以通过总反射的机制将光限制在核心层中传播。
几何结构则包括波导的形状、尺寸和材料的选择等。
其次，几何光学分析的一个重要问题是光的传输模式。
在正常工作条件下，光波导中有多个可能的传输模式，其中每个模式都对应着一种光的传输情况。
每个传输模式都有特定的光传输路径，即光的传输轴线，以及对应的传输损耗。
几何光学分析可以计算不同模式的传输损耗，并帮助选择适合的模式进行光传输。
此外，几何光学分析还可以计算衍射效应对光的传输的影响。
衍射是一种波的传播现象，当光通过波导边缘或光波导中的几何结构时发生衍射。
衍射会导致光在波导中发生偏折和扩散，从而增加传输损耗。
几何光学分析可以模拟和计算衍射效应，并对其进行优化和减小。
最后，几何光学分析在光波导的设计和优化中起到重要的作用。
通过对波导的几何结构、材料和折射率的选择进行合理的分析和计算，可以获得最佳的光传输性能和最小的传输损耗。
几何光学分析可以帮助选择合适的波导尺寸和材料，以及优化光波导的形状和结构，以满足具体应用的要求。
综上所述，光波导的几何光学分析是一种重要的光传输分析方法，通过考虑折射率分布、几何结构、传输模式和衍射效应等因素，可以帮助我们更好地理解光波导的传输机制和特性。
几何光学分析在光波导的设计和优化中有着重要的应用价值，可以提高光传输效率和降低传输损耗，进而促进光波导技术的发展和应用。
海上大气波导的统计分析
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
(1 . Chi na Rese arc h I nstit ute o f Radio wave Pro Pagation 9f li n052 "s ohu .co m 9 Xi noi ang ~e nan 9453003 9Chi na 3
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
不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析
不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析随着宇航技术的发展和进步，大气折射率结构常数在航空航天中变得越来越重要。
大气折射率结构常数是影响有效大气结构的关键因素之一，特别是对气象预报和导航系统的性能，它具有重要的意义。
因此，研究不同地区的大气折射率结构常数的分布特性，并分析其变化规律，对于实际应用和研究具有重要意义。
大气折射率结构常数是指气象学研究中大气折射率的结构和分布特征，它是大气中单位体积的折射率，是一个变量，根据不同地区的大气温度、压力和相对湿度等条件而变化，因此，不同地区的大气折射率结构常数分布特性会有所不同。
首先，我们对不同地区大气折射率结构常数分布特性进行了统计分析。
从统计数据来看，温度下降幅度越大，大气折射率结构常数越大；当温度升高时，大气折射率结构常数会减小。
此外，水汽压升高会导致大气折射率结构常数减小，相反，水汽压降低时，大气折射率结构常数会增大。
此外，昼夜变化对大气折射率结构常数的影响也很明显。
在阳光的作用下，大气折射率结构常数随温度升高而减小，当日出时，大气折射率结构常数便会最大；而在黑夜时期，大气折射率结构常数会随着温度下降而增大，温度较低时，折射率结构常数也会最大。
此外，季节对大气折射率结构常数的影响也是显著的。
可以看出，冬季的大气折射率结构常数要大于夏季，而夏季的大气折射率结构常数要小于冬季。
另外，大气折射率结构常数也与海拔高度有关。
一般来说，海拔高度越高，大气折射率结构常数就越大，而海拔高度越低，大气折射率结构常数就越小。
以上就是大气折射率结构常数分布特性的简要介绍，在实际应用中，我们可以根据不同地区的大气折射率结构常数分布特性，来优化我们的气象预报和导航系统，以提高精度和准确性。
另外，还可以对大气折射率结构常数的变化特性进行进一步的研究，以更好地掌握大气结构的精细结构，从而可以更好地了解大气环境，从而更好地利用大气资源。
综上所述，大气折射率结构常数的分布特性和变化规律具有重要的应用价值，因此，研究不同地区的大气折射率结构常数分布特性，并分析其变化规律，对航空航天、气象预报和导航系统的研究及实际应用都有重要意义。
大气光学特性
联立上述方程解得：
dN 1.27 T 4.5 e 0.27 P
dz
z z
z
（6）
9
在实际大气环境中，气压通常随垂直高度增加而减小，大气折射指数垂
直梯度的变化主要是由温度和湿度的垂直梯度所决定。而且，湿度垂直梯度
对大气折射指数垂直梯度的贡献大于温度梯度对大气折射指数垂直梯度的贡
献
10
传播路径的曲率K与大气折射率垂直梯度的关系为
16
大气波导类型
蒸发波导、表面波导（也称接地波导） 和抬升波导（也称悬空波导）
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大气波导的作用
• 可增加雷达测距、测角、测速的误差 • 可使雷达实现超视距探测和超视距接收 • 可使雷达探测出现大面积盲区
18
大气消光（atmospheric extinction）
• 光波在大气中传播时，因受气溶胶和气体 分子的散射和吸收而减弱的现象，也称大 气衰减
• 衰减规律：beer定律
19
20
21
22
23
24
大气的反射
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• 地-气系统的反射率，它包括地面、云和各 种大气成分对太阳辐射的反射能力及其总 和。这些反射率决定着地-气系统吸收太阳 辐射的百分数。 物体对太阳辐射的反射能 力，因光线的入射角和波长而不同
26
27
• 根据气象卫星的观测结果，整个地-气系统的反射 率约为30％，即约有30％的太阳辐射能被反射回 太空，其中三分之二是云反射的，其余部分则被 地面反射和被各种大气成分所散射(见大气环流的 能量平衡和转换)
M N Z N 0.517 Z R0
（5）
R0=6.371×106m——平均地球半径
Z（单位m）——地表以上的高度
大气环境中颗粒物折射率特性的研究
大气环境中颗粒物折射率特性的研究近年来，随着环境污染问题的日益严重，大气环境中颗粒物的折射率特性成为了许多研究者关注的焦点之一。
颗粒物是大气中的可见物质，其折射率特性与大气光学、气溶胶物理学以及地球科学等领域密切相关。
本文将对大气环境中颗粒物折射率特性的研究进行探讨。
一、颗粒物的折射率与可见光透过性关系的研究颗粒物折射率是描述颗粒物对光的散射和吸收能力的重要参数。
通过研究颗粒物的折射率特性，可以揭示颗粒物对可见光的透过性，进而探究大气环境中的物质传输和能量传递。
过去的研究表明，颗粒物的折射率与其粒径、形状、化学成分等相关，这些因素对颗粒物在大气中的光学特性产生重要影响。
二、颗粒物折射率与空气质量关系的研究空气质量是衡量大气环境污染程度的重要指标，而颗粒物是空气质量监测中的重要指标之一。
研究发现，颗粒物折射率与空气中的颗粒物浓度密切相关。
颗粒物越多，其折射率越高。
通过分析大气颗粒物的折射率特性，可以提供准确的空气质量监测数据，有助于了解和预测大气环境的变化和趋势。
三、颗粒物折射率对大气湍流传播的影响大气湍流传播是大气环境中颗粒物扩散和输运的关键过程之一。
研究颗粒物折射率特性对于准确预测颗粒物的传播和沉降具有重要意义。
颗粒物折射率的大小和空气中颗粒物浓度分布直接影响颗粒物在湍流流场中的扩散过程。
因此，对颗粒物折射率特性的深入研究可以为大气湍流传播模型提供可靠的参数和数据支持。
四、颗粒物折射率与气溶胶光学特性的比较研究在大气气溶胶光学研究中，颗粒物折射率与气溶胶光学特性之间存在一定的关系。
颗粒物折射率可以描述颗粒物对光散射和吸收的能力，而气溶胶光学特性包括散射、吸收、透射等。
通过比较颗粒物折射率与气溶胶光学特性的相关性，可以更好地理解大气中的物质传输和能量传递机制。
综上所述，大气环境中颗粒物折射率特性的研究对于揭示大气光学、气溶胶物理学等方面的规律具有重要意义。
随着技术的不断进步，研究颗粒物折射率特性的方法也日益丰富，从实验室模拟到大气观测，都为深入探究这一领域提供了有力的支持。
典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究
典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究
大气气溶胶谱分布和复折射率特征是大气科学中的重要研究内容之一。
气溶胶谱指的是在大气中悬浮的颗粒物的大小与数量分布，复折射率则是描述气溶胶对光的折射、透射和反射的物理参数。
在典型地区，气溶胶谱分布和复折射率特征受到多种因素的影响，包括气象条件、地理位置、人类活动等。
例如，在城市地区，由于车辆尾气、工厂排放等人类活动的影响，气溶胶浓度更高，大小也更为复杂，形成的谱分布和复折射率特征与乡村地区有所不同。
针对不同区域的气溶胶谱分布和复折射率特征研究也有不同的方法和技术。
传统的方法包括采样测量、显微镜观察等，但这些方法仅适用于局部研究，难以对大范围的气溶胶谱分布和复折射率特征进行全面、准确的描述。
因此，近年来兴起的遥感技术、监测站观测及数值模拟等方法成为了研究气溶胶谱分布和复折射率特征的重要手段。
通过以上研究方法，可以得到地区气溶胶谱分布和复折射率特征的详细描述，揭示不同地区、不同季节、不同气象条件下的气溶胶变化规律及其对大气环境和气候变化的影响。
这对于开展环境保护、气候变化应对等方面的工作具有重要意义。
光波大气折射率计算公式
光波大气折射率计算公式大气折射是阳光中的一种关键的大气效应，对于了解太阳能的散射、储存，以及散射之后的能量输送至地表等过程都起到重要的作用。
大气折射也是大气科学研究的一个重要组成部分，计算大气折射率是研究大气折射的重要方法之一。
在光学学科中，有一种特殊的光波大气折射率计算公式，它可以在有限的时间内得出大气折射率。
一般来说，大气折射是高空气体压和温度等因素的变化导致的光波传播方式的变化。
当光波从高空传入低空时，因为光波的波长会有所变化，会产生折射现象，从而形成圆锥折射，这也是晚间乌云中央太阳出现“上升”的原因。
因此，要准确计算出大气折射率，需要了解大气中高空气体压、温度以及具体光波传播等参数。
由于每个参数都有其自身特征，大气折射率的计算量较大，需要考虑大气的多种参数，如气压、温度、湿度、空气折射率等。
而这时，光波大气折射率计算公式就起到了重要的作用。
光波大气折射率计算公式主要是利用光的波动特性来确定大气折射率的一种方法。
此外，该公式还可以计算出大气折射率随海拔变化的趋势，从而得出大气折射率在不同海拔高度上的值。
光波大气折射率计算公式包括大气光学函数和温度湿度函数两部分，它们用来估算具体的大气折射率。
在使用光波大气折射率计算公式之前，需要将大气成分、温度、湿度以及折射率等参数测量出来。
其中，气压垂直分布函数可以由气象台采集的气压垂直廓线数据确定，而温度、湿度和折射率则可以通过地上的配套设备测量出来。
收集完上述参数之后，就可以运用光波大气折射率计算公式对数据进行计算，从而得出大气折射率的值。
通过使用光波大气折射率计算公式，可以使大气折射率的计算过程更加有效率、准确。
此外，该公式在推断大气折射率变化趋势上也具有一定的参考意义，可以用于研究大气折射和热量输送等方面，可以辅助科学家进行更深入的研究。
综上所述，光波大气折射率计算公式是一种重要的方法，它可以快速、准确地计算出大气折射率，而且可以推断出大气折射率变化趋势，为研究大气折射、热量输送等方面提供重要的依据。
大气折射率变化对光学观测和通信的影响研究
大气折射率变化对光学观测和通信的影响研究在我们日常生活中，我们经常会听到天气预报中提到的“能见度”一词。
能见度的高低直接影响着我们对周围环境的感知。
同样地，大气折射率的变化也对光学观测和通信产生着重要的影响。
本文将介绍大气折射率的概念、其随天气条件变化的原因和对光学观测和通信的影响。
大气折射率是指光线在通过大气时产生折射的程度。
折射现象是指光线从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度不同而发生的偏折现象。
大气折射率的大小取决于大气的温度、压力、湿度和成分等因素。
一般来说，大气压力越高，折射率越大，也就意味着光线偏折的程度越大。
天气条件是导致大气折射率变化的重要因素之一。
气温的变化对大气折射率影响较大，当气温升高时，大气密度减小，折射率也随之减小。
这种变化会导致光线在大气中的传播速度加快和光线的传播路径发生弯曲，从而使得观测到的物体位置产生偏差。
此外，湿度的变化也会对大气折射率产生影响。
空气中含有水分会导致光线的折射率增加，从而加剧光线的偏折。
大气折射率的变化对光学观测和通信产生了一系列的影响。
首先，大气折射率的变化会导致天文观测中的像移现象。
在天文观测中，我们经常使用望远镜观察天体，例如星星、行星等。
然而，由于大气折射率随天气变化而变化，观测到的天体位置会出现偏差，这就需要对观测数据进行修正。
类似地，折射率的变化也会影响地面观测的精度，如地理测量等。
其次，大气折射率变化对光学通信也产生了一定的影响。
光纤通信是现代通信技术中广泛使用的一种方式。
然而，大气折射率的变化会引起光信号在光纤中的衰减和失真。
温度和压力的变化会导致光纤材料的参数发生变化，从而影响光信号的传输损耗和传播速度。
此外，湿度的变化也会导致光纤中的光信号散射增加，进一步降低通信质量。
为了克服大气折射率的变化对光学观测和通信带来的影响，科学家们采取了一系列的措施。
在光学观测中，天文学家们利用自适应光学技术来实时修正大气折射率的变化，以获得更精确的观测结果。
测量空气的折射率
测量空气的折射率随着科技的发展，现代人对于物质世界的研究和掌握愈加精准和详细。
其中，精度极高的光学测量更是在各种领域得到了广泛应用。
而在进行光学测量时，空气对于光线的传播会产生影响，因此我们需要测量空气的折射率。
本文将从理论基础、实验设计和实验结果三个方面来探讨如何测量空气的折射率。
一、理论基础学习光学的同学都知道，光在不同介质中的传播会产生一定的偏转。
而介质的折射率便是衡量光偏转程度的物理量。
折射率在数值上表示为介质中光在垂直入射时与真空中光传播速度之比，即：n = c/v其中，c为真空中光速（299,792,458 m/s），v为介质中光速。
此外，根据光传播的基本性质，入射角和折射角之间满足斯涅尔定律：n1sinθ1 = n2sinθ2其中，n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1 和θ2分别为光线入射角和折射角。
二、实验设计了解了空气折射率的基本理论，我们便可从理论设计实验方案了。
实验流程如下：1. 确定实验平台和设备选择一款适合的透明玻璃器皿（如高精度光栅），以及适合的器械（如激光光源、光束偏转仪、示波器等等）。
将器皿中空气的状态与空气温度、大气压强等因素进行记录和测算，以便后续计算折射率时引用。
2. 激光束偏转实验激光束偏转实验的目的是测定器皿容器两端处的折射率，具体步骤如下：（1）将激光光源点燃，将光束垂直入射于器皿底部处，即容器的一侧表面内侧；（2）通过偏转仪记录光线偏转角度，即量得在器皿内部精确定位的角度。
（3）将光源移到器皿的另一侧，同样记录偏转角度。
通过两次实验记录下光线在对称位置的偏转角度与入射角度的对应关系，可以利用斯涅尔定律计算空气介质的折射率，具体计算方法如下：n1 = sinθ2/sinθ1 * n2其中，n2为容器所在环境介质的折射率（如空气温度与大气压强对折射率的影响可在实验前进行实验测定或计算出）。
3. 数据处理与实验结果验证根据实验数据进行计算，得出空气介质的折射率值，并进行数据处理和统计分析，最后进行结果验证。
大气波导传播模型及特性分析（精）
大气波导传播模型及特性分析（精）At mospheric Duct Propagation Model and Characteristic Anal ysisSUN Fang ZHAO Zhen-wei KANG Shi-feng WANG Hong-guang AbstractKey wordsnNhMdMu k k n af Fmg/~i 一 /i 一 i + i+ 一 +i/+ +x 一 x i gi i +装备环境工程时延太大会引起比较明显的信号失真。
分别选取 2 、 0O 、 20 3 km这个距离点计算时延和传播损耗随高度变化,结果如图、图 7所示时延 /,图 6 各距离点处时延随高度的变化Fig.6 Time d lay di er nt p ints v rsus h ight 2种计算模型,可以有效地分析电磁波在不同的雷达系统参数、不同类型导中幅度特性和传播过程经过分析可知:大气导一方面可以使波在波导内实现超视距传播扩大位于波导内的探测、通信、电子对抗等电子系统的有效作用距离为远距离探测、预警和实现超视距作战提供条件另方面也产生了电磁盲区。
电磁盲区限制了雷达系统对位于盲区内目标探测能力。
对于防御者而言波导顶的盲区是其防御薄弱部位应积极采取措施进行补盲;对于进攻者而言,敌方电子系统盲区是隐蔽接敌、实施奇袭的最佳路径’ 另外波导在延伸了探测距离的同时其区域内的多径效应也有可能导致信号明显失真因此只有充分了解大气波导的各种传播特性才能更好地应用到实际不同的通信和探测系统中去,提高我军防卫体系的实战性能。
扳二玉东井轰垂鑫爵二 -,仲 20 km ---一 .1km 一一 100km 一一万们 km图 7 各距离点处传播损耗随高度的变化g 7 P pagat o s o d fe nt p0 s v r us e ght从图中以看出在高度约 60-20 m 、距离约 50km 以外的盲区由于没有射线出现因此得不到时延的值,而这区域相同离处的传播损耗明显大于高度 60m 以下波导区域内的损耗另外波导内部多条射线的干涉也会引起信号的衰落从图中可以直观地看出于时延的不同导致传输损耗在波导内产生强烈的不规则起伏变化而且随着离的增加时延和损耗也呈增大趋势4结论抛物方程模型和射线追踪技术是目前国际上展得比较成熟的计算波导传播特性的方法。
折光指数简介
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折光指数也称为折光率或折射率。
定义为光在真空中的传播速度与在某介质中传播速度之比，也称之为绝对折射率。
对于任意两介质中光速之比定义为相对折射率，n21v1/v2，v1与v2分别为光在第一介质与第二介质的传播速度。
工程上一般不用绝对折射率，而取第一媒质为空气，空气的绝对折射率为1.00029。
由于折射率与波长有关，所以必须注明是何种波长下的折射率。
定义的平均折射率是介质对钠黄光（λ589.3nm）的折射率，或对氦黄光（λ587nm）的折射率。
利用折射率的测量可以判断高分子材料的纯度并能控制其产品质量，如环氧光学胶黏剂，只有其折射率与被粘材料一致时，才不致影响光路的正确传播。
如硅油测其折射率可判断其相应的纯度及质量稳定性。
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大气波导环境中折射率指数模式的统计特征刘成国1)王元1)吴迅英2)1) 武汉理工大学理学院，湖北武汉，4300702) 中国气象局国家气象信息中心，北京，100081摘要：本文详细说明了大气波导环境下空气折射率指数剖面的建模方法，并用地面上一公里大气折射率的值、折射率平均梯度两个特征参数和它们与地面空气折射率的相关性分析了大气波导环境的折射率剖面的统计特征。
得到了具有实用的统计信息。
对70年代5年波导出现的数据和90年12月份的全部数据的研究表明：根据70年代5年的数据，贴地波导出现时，它们的值及其和N s指数关系的都常数分别是110.6 、0.0029和-8.6、0.0047，地面上一公里处的折射率N1k及地面上第一公里内的平均折射率梯度dN1和地面折射率N s的相关性比没有波导出现的情况好；而这两者相比，前者的结果又比后者好。
关键词：无线电气象，空气折射率，大气波导，电波传播Statistical Characteristics of the Exponential Refractivity Profiles under Atmospheric DuctEnvironmentLiu Chengguo1 Wang Yuan1 Wu Xunying21 Science School, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei, 4300702 National Meteorological Information Center, CMA, Beijing, 100081Abstract: The characteristics of exponential atmospheric refractivity profile under atmospheric duct are investigated with air refractivity at height of 1km and the average gradient of refractivity 1km above ground as the characteristic parameters, their correlation with surface refractivity included also. The methods of modeling and statistic are elaborated; the results depicted in detail are applicable. Based on the data of 5 years in 1970s with duct present and those of December 1990, refractivity at height of 1km, the average gradient of refractivity and surface refractivity are obtained by regression of the refractivity profiles to exponential models. And it is found that the constants in the exponential relation of refractivity of 1km above ground and the mean vertical refractivity gradient in the first kilometer height with the surface value of refractivity are 110.6, 0.0029 and -8.6, 0.0047 respectively according the data of the 1970s’ surface ducts, and the correlations under duct environment are better than under other environment.Key words: radio meteorology, atmospheric refractivity, atmospheric duct, radio wave propagation1.引言大气波导会使电波偏离原来的传播方向传播，使通信、导航、探测等应用系统出现一些特殊的传播特性，如某些方向上的传输距离延伸、而在另外方向的传播盲区等。
应用系统为了根据自身目的可以充分利用这一现象导致的传播效应或者避免其影响，这使大气波导问题具有实用意义[1]。
为此，需要预报大气波导环境出现情况的信息。
这一问题是伴随着大气波导研究一直存在的一个困难。
其原因在于大气波导结构出现的原因复杂，是一种随机天气现象，应用于实际系统的实时探测和预报等方面尚有许多问题需要解决[2,3]。
因而从各个方面对其进行研究，寻找大气波导出现对应的特征，获得不同程度上大气波导环境的有效信息，给有关应用和研究提供实用价值的基础信息，就显得十分有意义。
和天气预报的需求一样，对于无线电应用来讲，从无线电气象、实时探测和遥感遥测等方面获得足够的大气波导环境信息是大气波导研究的一个重要方面[4~8]。
近年来为了充分利用遥感技术在实时性、连续性、覆盖空间大和数据时间一致等方面的优点，开展了许多利用遥感和电波传播信息反演大气环境要素和折射率剖面的工作[9~12]。
这些工作中为了使用目前发展的先进优化理论和技术，往往需要不同大气剖面模式的特征参数，以便得到所需精度的反演信息或结果[13,14]。
在系统精度有限的条件下，大气折射率剖面的常用模式是指数模式。
现存的许多系统和观测结果都是这种情况[15]，如果对折射率指数剖面详细分析，得到波导环境预报可用的特征信息，就可增加利用现有条件提供大气波导预测信息的一条途径。
为此本文以提供应用系统可用的统计信息为目的，研究大气波导环境下大气折射率剖面的统计特征。
2. 建模方法和统计分析原理2.1 模式和特征参数选择已有研究证明对流层中地面折射率N s 和高空折射率N 的关系，可以很好地用指数模式描述[4]： 0exp()s h N N h =− (1) 其中N 是地面上高度h 处的折射率，h 0是称作标高的常数，N s 是地面折射率。
无线电气象研究表明，地面上一公里内的平均折射率梯度与地面折射率值之差是负相关的，其形式是 11exp()k s s dN N N A BN =−=− (2) 其中1k N 是地面上1km 处的折射率值，常数A 、B 分别是2.1～9.3，0.0045～0.0094，具体数值视气候区而定[16]。
上述的统计结果包括了所有的大气状况。
对于传播研究中所感兴趣的各种大气结构来说，上述结果显然是粗糙的。
尤其是没有给出大气波导出现情况的有用信息。
所以本文选用大气折射率指数剖面模式，区分大气波导环境下和无大气波导出现两种情况分别研究。
考虑到大气波导一般出现在对流层底部(我国大气波导高概率区的波导出现高度的平均值约在1000米左右——沿海地区约为1500m ，内陆地区约为700m [17]) ，本文选用地面上一公里的折射率及其平均梯度作为特征参数。
然后根据实测大气剖面的历史数据分析大气波导环境下折射率指数剖面及两个特征参数与地面折射率指数相关性的统计特征。
2.2 建模方法和统计分析原理首先将有大气剖面探测数据拟合成(1)式的指数形式，得到地面和地面上一公里处折射率的拟合值。
由于要使用大气波导出现时的数据，所以显然(1)式给出的是大气波导环境下的信息。
然后将地面上一公里处的折射率值N 1k 和地面上一公里的平均折射率梯度dN 1两个特征参数，分别拟合它们与N s 值的指数关系，并求出它们与地面折射率值N s 的相关系数1k N r 、1dN r ：111exp()k s N A B N = (3)122exp()s dN A B N = (4)1k N r =(5)1dN r =其中1k N 、1dN 、s N 分别是1k N 、1dN 和s N 的统计平均值。
这些结果可以表征大气波导环境下的大气折射率指数剖面的统计特征。
具体方法是将将指数函数化为直线形式按照最小二乘法进行拟合，分别得到拟合曲线的常数(1A 、1B 、2A 和2B )及它们的均方差(1A δ、1B δ、2A δ和2B δ)。
研究中，将数据区分为贴地波导、悬空波导和无波导三类，得到了上述各特征参数的数据。
2.3 数据来源和基本处理为了具体得到大气波导环境对应的折射率指数剖面的特征，抄录了我国27个代表性探空台站70年代5年(71年～75年)的大气温、压、湿的剖面数据，在对数据严格的校对处理之后，将它们按文献[17]中的方法将这些数据转换成折射率的剖面数据，以折射率梯度满足 157N dN dh<−单位/km (7) 为判据筛选出大气波导环境出现的探空剖面，针对波导层结的出现的高度不同按文献[17]要求的波导分类方法区分出贴地波导和悬空波导两种情况的剖面数据，用于波导环境下折射率指数剖面的拟合。
为了对比说明大气导环境下折射率指数剖面的特征，又收集了90年12月份00时及12时(GMT)我国100多个探空站点的大气要素剖面数据，将它们转换成大气折射率剖面数据后，区分成贴地波导、悬空波导和无波导情况数据，拟合折射率剖面。
最后按照上述的数据处理方法，将从拟合得到的折射率指数剖面中取出的地面上1公里处的折射率、平均折射率梯度两个特征参数的值和地面折射率值进行统计分析，基本结果在下节详细讨论。
3. 研究结果3.1剖面和特征参数的特征地面上一公里处的折射率N1k和地面上一公里内的平均折射率梯度dN1用(3)、(4)式表示的与地面折射率的关系中，各个常数的统计结果分别列在表1之中。
可见对于折射率N1k，波导环境条件下和无波导环境条件下的差别不是很明显。
而dN1则不然，两种情况下有较明显的区别：基于70年代的波导环境数据可以看出常数A2波导环境条件下可达到-8.6(贴地波导)或-10.6(悬空波导)，常数B2为0.0047或0.0040；而90年12月无波导的数据则分别是-5.0左右和0.0063左右；即大气波导环境下折射率指数剖面的地面上一公里的平均折射率下降率大于无波导的情况。
这也反映出折射率指数剖面在波导环境下地面折射率的拟合值具有比无波导情况大的特征。
这些结果表明地面头一公里中平均折射率梯度和地面折射率值的相互关系(4)可以用以说明波导存在与否。
因为从(2)式得研究结果可以看出，大气波导环境条件下，常系数因子处于较高的数值上，而指数中的系数处于较低的数值上。