3.2.Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления тропосферы
Относительная диэлектрическая проницаемость тропосферы (воздуха) только приближенно может считаться равной единице. В действительности значение ε несколько больше единицы и зависит от давления p (Па), температуры Т (К) и абсолютной влажности воздуха e (Па)
(3.1)
Второе слагаемое в (3.2.1) выражает изменение ε из-за смещения электрических зарядов в неполярных молекулах газов, входящих в состав воздуха, под влиянием внешнего поля и ориентации полярных молекул водяного пара.
Коэффициент преломления тропосферы
и
связан с величиной ε
тропосферы выражением
(3.2)
У поверхности Земли значение n в зависимости от климатических условий равно 1,00026—1,00046. Для расчетов удобнее пользоваться величиной, называемой приведенным показателем преломления тропосферы, N=(n-1)∙10б, для Земли N = 260 ÷ 460.
Для нормальной тропосферы изменение ε с высотой над земной поверхностью h (м) подчиняется экспоненциальному закону
,
где 
= 5,78∙10-4– отклонениеεот
единицы у земной поверхности;
= -7,85∙10-8– вертикальный градиент
ε приh= 0.
Экспоненциальная зависимость ε от высоты наблюдается при усреднении значительного числа наблюдений, тогда как единичные конкретные кривые ε в той или иной мере отклоняются от этого закона. Особенно велики отклонения в летний период на высотах до 2—3 км, где наблюдаются интенсивные облачные слои, частые инверсии температуры и влажности. Практически всегда возникают сравнительно небольшие флуктуации ε относительно экспоненциальной зависимости, вызванные турбулентным движением воздуха.
Эти флуктуации рассматриваются как неоднородности тропосферы. Размеры мелких неоднородностей определяются несколькими метрами или несколькими десятками метров, а отклонение от среднего значения N составляет ∆N = 1÷2. Мелкие неоднородности непрерывно изменяются, появляясь и исчезая. Средние значения N претерпевают сезонные и суточные изменения, причем эти изменения максимальны у земной поверхности и падают почти до нуля на высотах 7— 8 км. Максимальные значения N у земной поверхности наблюдаются в июле, минимальные — в январе.
Сезонному ходу приземных значений N сопутствуют соответствующие изменения g. Значения градиентов g и их изменения особенно велики в приземном слое и уменьшаются с высотой. Значения ε и g зависят от географического положения трассы и меняются вдоль самой трассы.
B приземном слое воздуха для упрощения расчетов возможно аппроксимировать экспоненциальный закон изменения ε с высотой — линейным
Вводится эффективный вертикальный градиент диэлектрической проницаемости тропосферы gэфф, представляющий такой постоянный по высоте градиент ε , при котором напряженность поля в точке приема будет такой же, как и в случае реального изменения ε на трассе.
Среднее значение градиента gэфф получают в результате статистической обработки большого числа измерений. Значения gэфф подчиняются нормальному закону распределения со среднеквадратичным отклонением σ . Средние значения gэфф(l/м) и среднеквадратичные отклонения σ(1/м) для различных климатических районов в летнее время, когда эти значения максимальны, изменяются в следующих пределах gэфф от -6∙10-8 до -13∙10-8, σ от 7∙10-8 до 11∙10-8. Имеются карты с изолиниями среднемесячных значений приведенного коэффициента преломления на уровне моря.
Диэлектрическую проницаемость тропосферы можно определить, измеряя температуру, давление и влажность воздуха при помощи приборов, устанавливаемых на самолетах или шарах-зондах.