5.2. Результаты

 

5.2.1. В различных погодных и сезонных условиях проведено 9 сеансов непрерывных измерений флуктуаций с общим временем 12 часов. Получены среднеквадратичные величины флуктуаций интенсивности s_i, флуктуаций вертикальной s_в и горизонтальной s_г  составляющих угла прихода. Значения s_i, s_в и s_гвычислялись по 40-секундным интервалам записи сигналов. С использованием теории распространения электромагнитных волн, разработанной Татарским В.И., и выражений для  s_i, s_в и s_г      для гауссового пучка электромагнитных волн по результатам каждого сеанса вычислялись значения структурной характеристики турбулентности C_n. Полученные данные представлены в таблице 2, где C_nⁱ    и C_n^a   - значения C_n , вычисленные отдельно по s_i и s_в, s_г, причем среднеквадратичная величина флуктуаций угла прихода вычислялась как геометрическая сумма s_в и s_г; t и p соответственно температура и давление воздуха, е- парциальное давление водяного пара,   - скорость ветра. Разность величин C_nⁱ и C_n^a достигает 250%, что в данном случае определяет точность теоретических выражений для s_i, s_в и s_г.

         В большинстве экспериментов отмечалась существенная анизотропия турбулентности, которая проявлялась в отличии s_в от s_г. Иногда отношение s_в и s_гдостигало 2,5.

         Исследования спектрального состава флуктуаций показали, что в области частот, соответствующих инерционному интервалу турбулентности (порядка 0,1 Гц и выше) усредненный наклон спектров составляет –2,2, в то время как его теоретическое значение равно –2,67 (-8/3) . В низкочастотной области (менее 0,1 Гц), которая не описывается теоретически, отмечается существенное отличие спектров для вертикальной и горизонтальной составляющих угла прихода, которое свидетельствует о возрастании степени анизотропии турбулентности с уменьшением пространственной частоты турбулентных неоднородностей. Это означает, что более крупные неоднородности имеют плоско-слоистую форму.

 

Таблица 2.

 

Дата, время	si , %	sв,, угл. сек.	sг , угл. сек.	Сni *107, м-1/3	Сna *107, м-1/3	Метеоусловия
t, oC	p, мб	е, мб	v, м/с
4 мая 16.03-16.50	0,61- -0,71	0,81- -1,6	0,96- -1,6	0,20- -0,39	0,64- -1,1	+8,8	992	9,8	2
4 мая 16.55-18.07	0,34- -0,64	0,45- -0,85	0,56- -1,0	0,18- -0,34	0,38- -0,70	+8,9	994	10,5	2
18 мая 00.23-02.42	0,91- -1,6	0,70- -2,1	1,32- -4,0	0,48- -0,86	0,82- -2,4	+10,5	992	10,2	1
18 мая 13.24-15.50	3,6- -6,1	1,0- -2,8	1,4- -4,2	1,8- -3,2	1,1- -2,8	+17,6	996	8,1	6
27 дек. 12.20-13.40	0,27- -0,88	0,40- -0,90	0,30- -0,81	0,14- -0,46	0,26- -0,64	-6,1	1004	3,5	4
27 дек. 13.50-16.10	0,56- -1,3	0,18- -0,30	0,15- -0,20	0,31- -0,69	0,16- -0,24	-5,5	1006	3,9	3
16 янв. 19.07-20.03	0,20- -0,61	0,70- -1,6	0,35- -0,70	0,11- -0,32	0,38- -0,91	-8,6	970	2,8	5
17 янв. 12.00-12.28	0,20- -0,30	0,25- -0,41	0,20- -0,35	0,10- -0,16	0,17- -0,26	-7,3	979	3,0	2
17 янв. 15.09-17.15	1,0- -1,8	0,41- -0,72	0,40- -0,68	0,53- -0,92	0,31- -0,53	-6,9	976	3,1	2

 

         Относительное расхождение полученных экспериментальных данных и результатов теоретических расчетов объясняется влиянием подстилающей поверхности на структуру турбулентности ПСА, особенно на ее крупномасштабную часть. Можно заключить, что модель однородной изотропной турбулентности,недостаточно точна для теоретических расчетов параметров ММВ в ПСА.

         Обнаружено, что распределение флуктуаций интенсивности ММВ подчиняется логарифмически-нормальному закону, а распределение флуктуаций углов прихода – нормальному.

         Флуктуации интенсивности и углов прихода между собой не коррелируют (коэффициенты корреляции на интервалах времени 40 сек всегда были меньше 0,2).

 

5.2.2. Эксперименты по угловой рефракции выполнялись в течение двух-годового цикла в форме тринадцати 30-часовых сеансов непрерывных измерений с общим временем 370 часов.

         Измеренные максимальные величины угла рефракции (угловой разности между видимым и истинным направлением на передатчик) и скорости его изменения для вертикальной компоненты угла прихода по результатам всех экспериментов составили соответственно 5 угл. мин и 3 угл. мин/час осенью при антициклональной погоде.

         При одновременных измерениях рефракции по вертикали и горизонтали изменение угла горизонтальной рефракции всегда было меньше ошибки измерений (1 угл. сек). Таким образом, горизонтальная рефракция, по крайней мере, на два порядка меньше вертикальной, что согласуется с известными данными о структуре ПСА [70]. Поэтому все приведенные ниже результаты относятся только к рефракции по вертикали.

         По двух-годовому циклу измерений получен закон распределения углов рефракции, который оказался несимметричным и достаточно точно был аппроксимирован гамма-распределением. Среднее значение угла рефракции и его среднеквадратичный разброс составили соответственно 70 и 50 угл.сек.

         В среднем рефракция ночью в 2-3 раза больше, чем днем; летом в 2 раза больше, чем зимой. В ряде экспериментов максимальные величины рефракции отмечались в моменты восхода и захода Солнца, что связано с подъемом инверсионных слоев температуры и влажности ПСА в утренние и вечерние часы. 

         Спектры изменений угла рефракции в диапазоне частот 10^-5-10^-3 Гц очень изменчивы в зависимости от погодных и сезонных условий. Однако, эти спектры, как правило, имеют два максимума, один из которых соответствует превышению дневной рефракции относительно ночной (период колебаний 24 часа), другой отражает эффект роста рефракции при восходе - заходе Солнца (период около 12 часов). В усредненном по всем измерениям спектре 24-часовой максимум в три раза больше 12-часового.

По результатам проведенных двух серий экспериментов построены обобщенные спектры вариаций вертикальной и горизонтальной составляющих угла прихода ММ излучения в диапазоне частот 10^-5 -10 Гц (периоды колебаний от 0,1 сек до 30 часов). Эти спектры показаны на рис.7, где В - спектр вертикальной компоненты, Г – горизонтальной. Вертикальными отрезками на спектре В показаны диапазоны сезонных и погодных вариаций спектральной плотности.

 

 

Рис.7. Обобщенные спектры вариаций вертикальной (В) и горизонтальной (Г) составляющих угла прихода ММ волн. Вертикальными отрезками на кривых В и Г показан диапазон сезонных и погодных изменений спектральной плотности.

 

         Какая-либо устойчивая связь между основными параметрами атмосферы, измеренными вблизи земной поверхности, рассчитанным по ним показателем преломления воздуха, уровнем флуктуаций интенсивности принимаемого излучения и углом рефракции не обнаружена. Коэффициенты корреляции между перечисленными величинами в среднем не превышали 0,2.

         В результате одновременных измерений рефракции ММВ и оптического излучения обнаружено, что в летний период нет устойчивой связи между углами рефракции в этих диапазонах (коэффициент корреляции 0,4), тогда как зимой корреляция достигала значения 0,97. Это обусловлено тем, что с понижением температуры понижается абсолютная влажность воздуха и, следовательно, уменьшается вызванное ей различие в показателях преломления и траекториях лучей для ММ и оптических волн.