Лекция №5

– эквивалентная длина поглощения. В случае экспоненциальной высотной зависимости ЭДП совпадает с эффективной высотой кислорода и равна 5,3 км.

Для расчетов коэффициента поглощения водяным паром вне области резонанса используется следующая зависимость:

(8),

где - абсолютная влажность воздуха, p – давление.

Учитывая уменьшение давления и температуры с высотой можно записать, что:

(9),

где – величина, которая называется эффективной высотой слоя водяного пара, а - коэффициент поглощения водяным паром на Земле.

Если мы рассмотри интервал поглощения радиоволн в водяном паре, то:

или (10),

где - эквивалентная длина поглощения водяного пара.

Таким образом, коэффициент поглощения электромагнитной энергии атмосферой вне области резонанса в зависимости от высоты можно определить выражением:

(11)

Потери электромагнитной энергии в газах учитываются удельным коэффициентом поглощения (удельный коэффициент, т.е. на единицу расстояния), который является суммарным ,

где r – протяженность трассы, где распространяется электромагнитная волна, т.е. данное выражение дает суммарный коэффициент ослабления для слоя, протяженностью r.

Принимаемая мощность электромагнитного излучения с учетом ослабления на трассе будет определяться следующим выражением:

,

где - начальная излучаемая мощность источника.

Применительно к радиолокации, когда сигнал радиоизлучения проходит двойное расстояние:

.

– множитель ослабления, который учитывает ослабления электромагнитной энергии в газах.

Как у кислорода, так и у водяного пара наблюдаются области частот, где поглощение велико. Для кислорода при наблюдается ослабление 3 дб/км, а для – 14 дб/км.

Для водяного пара при - 20 дб/км, - 0,2 дб/км.

На длине волны около 3 см (МРЛ-2, МРЛ-5) удельный коэффициент ослабления в кислороде будет определяться следующим выражением дб/км, а для водяного пара дб/км. При водности 7,5 г/м³ коэффициент ослабления дб/км.

II. Ослабление радиоволн гидрометеорами облаков без осадков. Электромагнитные волны, взаимодействуя с гидрометеорами в облаке, испытывают поглощение и рассеяние, при этом соотношение между диаметром частицы d и длиной волны должно быть следующее: – волновое число. Интенсивность поглощения гидрометеорами оценивается с помощью эффективной площади поглощения (ЭПП) – отдельной частицы), и кроме того интенсивность рассеяния оценивается с помощью эффективной площади рассеяния (ЭПР) .

,

где , – мощности, теряемые падающей электромагнитной волной в результате поглощения и рассеяния, П – плотность потока мощности падающей электромагнитной волны. Если мы обозначим s – площадь плоской электромагнитной волны, то ее мощность .

Если электромагнитная волна проходит элементарный участок , где находятся гидрометеоры и эти гидрометеоры находятся в объеме (единичный объем), где N – количество частиц.

Для оценки поглощения и рассеяния на участке можно:

(1.1)

(1.2)

с учетом .

(2.1)

(2.2)

Если мы проинтегрируем (2) по расстоянию от 0 до R, а по мощности от до и , то получим:

(3.1)

(3.2)

Выражение (3) преобразим, перейдя от натурального логарифма к десятичному:

- удельный коэффициент поглощения (к 1 км)

- удельный коэффициент рассеяния (к 1 км)

[дб/км]

[дб/км]

Полное ослабление гидрометеорами включает сумму удельных коэффициентов поглощения и рассеяния:

– эффективная плотность полного ослабления гидрометеорами электромагнитных волн

Если выполняется , то при этих условиях мы можем рассчитать ЭПП и ЭПР:

,

где – мнимая часть комплексного числа, m – комплексный коэффициент преломления, – фазовое состояние гидрометеоров, для воды 0,333-0,112, для льда 9,6*10^-4.

,

где - для воды , для льда .

Для малых частиц, когда , , это говорит о том, что при этих условиях ослабление только засчет поглощения.

Для больших частиц ( , .

Для крупных частиц водность облака определяется следующим выражением:

,

где N – количество частиц, - плотность гидрометеоров.

г/м³, редко г/м³.

Для жидких гидрометеоров:

Если см, то , где f(t) – некоторая функция, зависящая от температуры.

Можем оценить, что коэффициент ослабления суммарный (для водного облака):

Для ледяного облака:

,

где q - это удельная влажность.

Если облако без осадков, то суммарный коэффициент ослабления дб/км.

Лекция №6

Ослабление электромагнитных волн в осадках

Сложность оценки ослабления в осадках связана с необходимостью знаний о распределении капель по размерам и их концентрацию. Интенсивность осадков оценивается по формуле, которая формирует интенсивность осадков по диаметрам капель:

,

где - скорость падения капли (см/с), - плотность вещества капли, - диаметр капли.

Если в осадках капли различных размеров, то сумма парциальной интенсивности осадков:

.

Для фиксированных длин волн и температуры, при монодисперсном распределении капель, коэффициент ослабления суммарный в осадках равен:

,

где , где в свою очередь – объем капли.

Полное ослабление электромагнитных волн гидрометеором:

.

Для наиболее типичных законов распределения капель в дождях различной интенсивности, коэффициент ослабления определяется следующим выражением:

[дБ/км] – эмпирическая формула, где и - существенно зависят от значения :

(см)	0,8	1,24	1,8	3,2	5,6	10,0
	0,22	0,12	0,045	0,074	0,0003	0,0003
	1	1,05	1,14	1,31	1,17	1,0

Оценим ослабление в осадках различной интенсивности.

I, мм/час	(см)
	1,0	3,2	10
1,25	0,23	0,12	0,0004
12,5	2,73	0,24	0,0036
100	29	2,8	0,031

Ослабление в снеге мало, если снег сухой; в мокром снеге ослабление такое же, как и в дожде то же интенсивности.

Ослабление в граде при такое же, как в дожде той же интенсивности: дБ/км.

Ослабление в тумане: одной из основных характеристик является оптическая дальность видимости (м), связанная с водностью тумана выражением:

.

В связи с этим может быть использована для определения удельного коэффициента ослабления электромагнитных волн в тумане, тогда:

.