2.4. Вплив тропосфери Землі на поширення радіохвиль

2.4.1. Стисла характеристика тропосфери як середовища поширення радіохвиль

Тропосфера є найближчим до земної поверхні шаром атмосфери. Товща цього шару сягає 7-18 км. У ньому міститься 0,8 всієї маси атмосферних газів і майже вся маса водяних парів. З електричних властивостей тропосфера є надто неоднорідною. Тому в ній спостерігаються викривлення траєкторії радіохвилі та розсіювання радіохвиль на локальних неоднорідностях.

Для того, щоб врахувати вплив тропосфери на поширення радіохвиль, необхідно знати закономірності зміни її відносної діелектричної проникності й питомої провідності g. Ці закономірності визначаються фізико-хімічними властивостями газового середовища, розподілом водяних парів з висотою і кліматичними умовами.

Нормальною (стандартною) тропосферою називають таку гіпотетичну тропосферу, властивості якої визначаються параметрами, що відображають середній стан реальної тропосфери: тиск повітря біля поверхні Землі p = 0,1013 МПа, температура Т = 288 K, відносна вологість S = 60 %. Збільшення висоти на кожні 100 м супроводжується зниженням тиску повітря на 1,2 кПа і температури – на 0,55 К. Межею нормальної тропосфери вважають висоту 11 км. Відносна діелектрична проникність тропосфери (повітря) дещо більша за одиницю і визначається співвідношенням:

,

де – абсолютна вологість повітря [Па].

Відносна магнітна проникність тропосфери . Коефіцієнт заломлення тропосфери .

Рис. 2.4

Біля поверхні Землі n = (1,00026 - 1,00046). Через те, що коефіцієнт заломлення мало відрізняється від одиниці, при розрахунках зручно використовувати параметр, що називається зведеним показником заломлення тропосфери N=(n-1)10⁶. Експериментальні дослідження тропосфери дозволили створити її спрощену математичну модель у вигляді графіка (рис. 2.4, поз. 1).

У відповідності до цієї моделі залежність показника заломлення N тропосфери від висоти h має шаруватий характер. Усереднена крива 2 добре апроксимується експонентою

, (2.12) де b – показник експоненти, що знаходиться в межах 0,1 - 0,14 км^-1,

N₀=(260-380) – зведений показник заломлення поблизу земної поверхні. При зменшенні значень N із збільшенням висоти h, градієнт g_h зміни показника N – від'ємний. Для нормальної тропосфери км^-1, що відповідає = 410^-5 км^-1. На висоті h = 10 км N = 93 – величина постійна протягом року. Відхилення значень N (крива 1) від усередненої залежності (крива 2) характеризує окремі шаруваті неоднорідності тропосфери.

Товщина цих неоднорідностей коливається від одиниць до сотень метрів, а протяжність – від сотень метрів до сотень кілометрів. Поширення радіохвиль у тропосфері супроводжується кількома ефектами, серед яких відмітимо такі:

1.Заломлення хвиль, обумовлене залежністю N від h.

2.Розсіювання енергії хвилі на локальних тропосферних неоднорідностях (рис. 2.4, крива 1).

3.Ослаблення напруженості поля в газах і водяних парах, що мають питому провідність g.

Далі розглянемо сутність вказаних ефектів.