海上大气波导的统计分析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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
!!
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
经!!!!!度
100 #105
10000 10005 10010 10015 10020 10025 10030 10035
105 #110
10500 10505 10510 10515 10520 10525 10530 10535
110 #115
11000 11005 11010 11015 11020 11025 11030 11035
130 #135
13000 13005 13010 13015 13020 13025 13030 13035
135 #140
13500 13505 13510 13515 13520 13525 13530 13535
66
电!波!科!学!学!报!!!!!!!!!!!!!!第20 卷
图l !各海区不同时段蒸发波导的出现概率 图2 !各海区不同季节蒸发波导出现的概率 图3 !不同时段蒸发波导高度和强度的变化情况
2 !基本理论
3 !统计方法和结果
大气波导是对流层中大气结构的一种反常情
在海上 波导出现的概率较高 它对海上运作的
况 这 种 大 气 结 构 的 大 气 折 射 率 梯 度 小 于 -157 k m 使电波射线的曲率半径小于地球的曲率半径 从而使电波被该层捕获 形成反常传播 在对流层 传播中 空气折射率是大气温度 气压和湿度的函 数 在大块水平区域上大气折射指数随高度急剧下 降的气象条件下会形成大气波导层结 这时折射率
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
我国海域广阔 海洋资源丰富 在经济和国防建 设中占有举足轻重的位置 尤其是南海和东海海域 有着重要的战略意义 该地区也是大气波导出现的 高概率区 1 本文利用1982 #1999 年18 年的 海 洋 观测资 料 和 1986 #1999 年 15 年 的 船 舶 探 空 资 料 主要 对 东 经 100 #140 北 纬 0 #40 海 域 的 蒸 发 波 导和海上低空大气波导进行了统计分析 并给出了 基本的统计结果
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
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
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
115 #120
11500 11505 11510 11515 11520 11525 11530 11535
120 #125
12000 12005 12010 12015 12020 12025 12030 12035
125 #130
12500 12505 12510 12515 12520 12525 12530 12535
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
!!
!!!!!
!!
VOl
!Febr
.20
uar y
9NO
92005
.1
!!
!!文章编号!1005-0388 (2005 )01-0064-05
2 . Scie nce Sc hool o Hale Waihona Puke Baidu 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
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
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
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
!!
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
经!!!!!度
100 #105
10000 10005 10010 10015 10020 10025 10030 10035
105 #110
10500 10505 10510 10515 10520 10525 10530 10535
110 #115
11000 11005 11010 11015 11020 11025 11030 11035
130 #135
13000 13005 13010 13015 13020 13025 13030 13035
135 #140
13500 13505 13510 13515 13520 13525 13530 13535
66
电!波!科!学!学!报!!!!!!!!!!!!!!第20 卷
图l !各海区不同时段蒸发波导的出现概率 图2 !各海区不同季节蒸发波导出现的概率 图3 !不同时段蒸发波导高度和强度的变化情况
2 !基本理论
3 !统计方法和结果
大气波导是对流层中大气结构的一种反常情
在海上 波导出现的概率较高 它对海上运作的
况 这 种 大 气 结 构 的 大 气 折 射 率 梯 度 小 于 -157 k m 使电波射线的曲率半径小于地球的曲率半径 从而使电波被该层捕获 形成反常传播 在对流层 传播中 空气折射率是大气温度 气压和湿度的函 数 在大块水平区域上大气折射指数随高度急剧下 降的气象条件下会形成大气波导层结 这时折射率
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
我国海域广阔 海洋资源丰富 在经济和国防建 设中占有举足轻重的位置 尤其是南海和东海海域 有着重要的战略意义 该地区也是大气波导出现的 高概率区 1 本文利用1982 #1999 年18 年的 海 洋 观测资 料 和 1986 #1999 年 15 年 的 船 舶 探 空 资 料 主要 对 东 经 100 #140 北 纬 0 #40 海 域 的 蒸 发 波 导和海上低空大气波导进行了统计分析 并给出了 基本的统计结果
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
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
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
115 #120
11500 11505 11510 11515 11520 11525 11530 11535
120 #125
12000 12005 12010 12015 12020 12025 12030 12035
125 #130
12500 12505 12510 12515 12520 12525 12530 12535
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
!!
!!!!!
!!
VOl
!Febr
.20
uar y
9NO
92005
.1
!!
!!文章编号!1005-0388 (2005 )01-0064-05
2 . Scie nce Sc hool o Hale Waihona Puke Baidu 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
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
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