Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне

РАДИОЗОНДИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА И ПРИВОДНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ В САНТИМЕТРОВОМ
ДИАПАЗОНЕ
Оглавление
Введение 4
Глава 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН НА ГРАНИЦЕ ОКЕАН-АТМОСФЕРА
1.1 Распространение СВЧ и УК радиоволн и радиометеорологические измерения над морем. 16
1.2 Динамические характеристики поверхностного волнения и обратное рассеяние электромагнитных волн. 24 Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕФРАКЦИИ РАДИОВОЛН В ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
2.1 Постановка задачи 32
2.2 Рефракция в загоризонтной области. Метод нормальных волн. 43
2.3 Загоризонтное распространение УКВ и СВЧ в поверхностных волноводах. 50
2.4 Влияние волновода испарения на распространение УКВ и СВЧ в области прямой видимости и полутени. 58
Глава 3. ВЛИЯНИЕ РЕФРАКЦИИ НА РАДИОЛОКАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ ОТ
МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ 70
3.1 Метеорологические измерения 71
3.2 Методика радиолокационных измерений 75
3.3 Пространственная структура радиолокационных отражений в условиях сверхрефракции 84
Глава 4. ОЦЕНКА ВЫСОТНОГО ПРОФИЛЯ ИНДЕКСА РЕФРАКЦИИ ПО СТРУКТУРЕ РАДИОСИГНАЛОВ 92
4.1. Использование ВКБ-приближения для восстановления профиля тропосферных волноводов - 93
4.2 Восстановление волновода испарения по пространственной структуре радиолокационных сигналов 101
Глава 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГОНЕСУЩЕГО ВОЛНЕНИЯ ПО ДАННЫМ РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ 108
5.1 Методика радиозондирования поверхности 109
5.2 Пространственные спектры и анизотропия энергонесущего волнения 112
5.3 Реконструкция пространственно-временной структуры океанской зыби по СВЧ-радиолокационному рассеянию 122
применимости приближенных методов и достаточно универсален, но требует значительных вычислительных ресурсов [58]. Наиболее широкое применение для решения задач распространения и дифракции электромагнитных волн в приводном слое атмосферы получил метод параболического уравнения основанный на теории В. А. Фока [102].
В случае регулярной рефракции решение параболического уравнения для функции ослабления представляется в виде контурного интеграла, который в пределах прямой видимости вычисляется в приближении геометрической оптики [102], в загоризонтной области - методом нормальных волн, в области полутени (вблизи радиогоризонта) - численно [106]. Использование теории возмущений позволяет проводить расчеты при регулярно-неоднородной атмосфере и учитывать многократное рассеяние вперед на слоистых флуктуациях показателя преломления [46, 54, 63, 64]. Кроме того, постановка граничных условий на случайной поверхности позволяет с помощью известных методов [10], приближенно учесть поверхностное волнение [103].
Использование метода инвариантного погружения позволяет реализовать эффективные алгоритмы расчета постоянных распространения радиоволн в волноводе [28], учесть слоистые флуктуации показателя преломления [27], а также рассмотреть случай горизонтальных (вдоль поверхности Земли) показателя преломления в адиабатическом приближении [57]. Кроме того, параболическое приближение позволяет построить решение задачи распространения электромагнитных волн над пологой неровной поверхностью [51, 52]. Для задач отражения радиоволн от приподнятых инверсионных слоев и обмене энергией излучения между волноводами
[153], более эффективным оказывается, по-видимому, лучевое приближение [58, 66, 132].
Рефракция радиоволн в приводном слое атмосферы и канализация энергии в волноводах приводят не только к изменению дальности радиогоризонта и загоризонтному распространению, но и увеличивает влияние поверхности, на которой радиоволны испытывают многократное рассеяние [75]. При этом "захват1' электромагнитного излучения в тропосферный волновод может быть обусловлен не только регулярной рефракцией , но и рассеянием на слоистых флуктуациях показателя преломления [48, 152].
Таким образом, модели тропосферного распространения радиоволн достаточно хорошо разработаны, но одновременный учет всех влияющих факторов оказывается затруднительным, прежде всего из-за рассеяния на взволнованной морской поверхности. В задачах распространения радиоволн поверхностное волнения учитывается в лучевом приближении в рамках метода Кирхгофа или теории возмущений [10, 85], а параболическом приближении, при скользящем
распространении, расчеты производятся, как уже отмечалось, в приближении малых наклонов поверхности [22]. В натурных экспериментах эти приближения не выполняются, поскольку поверхностное волнение анизотропно, в нем присутствуют неровности всех масштабов и уклоны поверхностного морского волнения оказываются достаточно большими. При скользящем распространении малоугловое приближение [22] в большинстве случаев неприменимо. В этих условиях особое значение приобретают комплексные исследования распространения радиоволн с параллельными метеорологическими измерениями[58, 75].