Карты изменения данных о рефракции радиоволн по вертикали

Для прогнозирования в глобальных масштабах радиометеорологические свойства трассы в условиях ясного неба с точки зрения непрерывных (долгосрочных) механизмов помех описываются среднегодовым значением параметра ΔN (вертикального градиента индекса рефракции на первом 1 км атмосферы), с помощью которого можно рассчитать эквивалентный радиус Земли для целей анализа профиля трассы и дифракции над препятствием. Вероятность аномальных (краткосрочных) механизмов характеризуют процентом времени b0%, в течение которого градиент индекса рефракции в нижних слоях атмосферы остается ниже 100 единиц/км. Для процентов времени, меньших b0(%), преобладающее воздействие на уровень радиосигнала оказывают аномальные (встречающиеся эпизодически) механизмы распространения. ([9],p 69). Значения ΔN и b0% определяют для широты средней точки трассы.

Третьим статистическим радиометеорологическим параметром является средний показатель преломления у поверхности моря N0, используемый в качестве меры изменчивости параметров тропосферного рассеяния в пределах данной местности. Поскольку расчет трассы в условиях рассеяния основан на геометрии трассы, определяемой с помощью годовых значений ΔN или значений для наихудшего месяца, рассматривать значения N0 для наихудшего месяца нет необходимости.

Ниже представлены данные для упомянутых параметров, которые можно использовать при составлении прогнозов на год и для наихудшего месяца:

– на рисунке 7.5 представлены среднегодовые данные о параметре N;

– на рисунке 7.6 даны N-контуры, соответствующие максимальным среднемесячным значениям этого параметра.

Карта показателя преломления поверхности, n0

На рисунке 7.7 представлена карта среднего показателя преломления над уровнем моря N₀, используемая в модели тропосферного рассеяния.

Представление карт в виде компьютерных баз данных

Для компьютерной реализации процедур прогнозирования удобно представить эти карты в цифровой форме и преобразовать их в простые базы данных, доступ к которым может осуществляться с помощью программного обеспечения.

Для представления глобальных карт индекса рефракции в цифровом виде предложено представить контуры в виде двумерных массивов с интервалами дискретности по широте и долготе 0,5  0,5. Для того чтобы избежать разрывов в прогнозах при небольших изменениях в местоположении или расстоянии, значения каждого элемента массива следует определять путем интерполяции между контурами.

Точечное значение параметра ₀ (%) аномальных условий распространения для места, над которым расположена средняя точка трассы, определяется следующим образом :

(7.23)

где: j: широта средней точки трассы (в градусах).

Параметр ₁ зависит от угла, под которым трасса проходит над сушей (суша вдали от моря и/или побережье) и водой, и определяется как: (7.24)

где значение ₁ должно иметь ограничение ₁ ≤ 1 при: (7.25) где: d_tm: самый длинный непрерывный участок суши (суша вдали от моря и побережья), над которым проходит трасса по дуге большого круга (км); d_lm: самый длинный участок территории вдали от моря, над которым проходит трасса по дуге большого круга (км).

Определения радиоклиматических зон, которые используются при расчете d_tm и d_lm , приведены в таблице 2.

_. (7.26)

Рис. 7.5

Рис. 7.6

ТАБЛИЦА 2 Радиоклиматические зоны

Тип зоны	Код	Определение
Суша по берегам водоемов	A1	Суша по берегам водоемов и морские побережья, т. е. суша, примыкающая к морю вплоть до высоты 100 м относительно среднего уровня моря или водоема, но ограниченная максимальным расстоянием 50 км от ближайшего моря. При отсутствии точной информации о контуре 100 м можно использовать приближенное значение, т. е. 300 футов
Суша вдали от моря	A2	Вся суша, кроме суши по берегам водоемов и морского побережья, определенной выше как "суша по берегам водоемов"
Море	B	Моря, океаны и другие большие водоемы (т. е. на площади по крайней мере 100 км в диаметре)

Большие водоемы на суше

"Большие" водоемы на суше, которые следует относить к Зоне B, определяются как водоемы площадью по крайней мере 7800 км², за исключением площади рек. При расчете площади острова, расположенные в этих водоемах, следует считать водой, если их возвышение над средним уровнем водоема не превышает 100 м для более чем 90% их площади. Острова, которые не удовлетворяют этому критерию, при расчете площади водоема следует отнести к суше.

Большие озера и водно-болотные угодья

Большие площади суши более 7800 км², на которых расположено множество маленьких озер или сеть рек, должны рассматриваться администрациями как "прибрежные районы" и относиться к Зоне A1, при условии что эти участки суши более чем на 50% заняты водой и более 90% суши расположено ниже 100 м над средним уровнем поверхности воды.

Шаг 4. Определение величины эквивалентного радиуса Земли

Понятие эквивалентного радиуса Земли вместо истинного радиуса a = 6371Км было введено для того, чтобы свести решение cложной задачи о дифракции радиоволн вокруг Земли с радиусом a и линейным уменьшением диэлектрической проницаемости воздуха ε(h) c увеличением высоты h к более простой задаче дифракции вокруг Земли при однородной атмосфере, но с эквивалентным радиусом ae [8]. Эквивалентным радиусом Земли ae называется радиус гипотетической сферической Земли без атмосферы, для которой траектории распространения радиоволн являются прямыми линиями, причем высоты и земные расстояния те же, что и для реальной Земли, окруженной атмосферой с постоянным градиентом модуля индекса рефракции . Индексом рефракции называется отношение скорости распространения радиоволн в вакууме к скорости их распространения в рассматриваемой среде, зависящее от диэлектрической проницаемости среды ([1/2], стр 17). Дополнительная информация об эквивалентном радиусе Земли дана в Приложении 7.

Для атмосферы со стандартным градиентом модуля рефракции эквивалентный радиус Земли равен приблизительно 8500 км при действительном радиусе Земли, равном 6371 км. Реально же ae изменяется по случайному закону в зависимости от изменений вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха.

Значение ae, не превышаемое в течение p процентов времени, связано с действительным радиусом Земли 6371 км соотношением:

ae p = 6371* k p , км

где k p – параметр эквивалентного радиуса Земли.7

Для используемых в расчетах медианного значения ae (50%) = 6371* k (50%) = 6371* , а значение ae для случая p= β0 % с учетом k (β0 %) = 3 таково:

ae (β0 %) =6371 *3=1913 км.

В процедурах прогноза уровней МС используются три основных радиометеорологических параметра, характеризующих пространственную и временную изменчивость состояния тропосферы:

N--индекс рефракции на уровне поверхности моря;

ΔN– изменение среднего индекса рефракции атмосферы на 1 Км высоты;

β0 % -- процент времени, в течение которого изменение индекса рефракции ΔN, превышающее значение 100 ед./км ,?? может ожидаться на первых 100м нижних слоев атмосферы; определяется на географической широте середины трассы. (и что??) Почему именно β0 важно? Для чего нужен a_{e ??}

Шаг 5. Анализ профиля трассы

Значения ряда параметров трассы, необходимых для расчетов и указанных в таблице 3, должны быть определены с помощью первоначального анализа профиля трассы на основе величины a_e, полученной из уравнения (6a). Информация, касающаяся вопросов расчета, построения и анализа профиля трассы, дана выше в разделах 7.6.1-7.6.4 .

ТАБЛИЦА 3

Параметры, получаемые в результате анализа профиля трассы

Параметр	Описание
d	Расстояние на трассе вдоль дуги большого круга (км)
dlt, dlr	Для загоризонтной трассы расстояния от передающей и приемной антенн до их соответствующих горизонтов (км). Для трассы прямой видимости каждый параметр равен расстоянию от терминала до точки профиля, определяемой как основной край при методе дифракции для 50% времени
t, r	Для загоризонтной трассы углы места по отношению к горизонту передающей и приемной антенн, соответственно (мрад). Для трассы прямой видимости каждый параметр равен углу места другого терминала
	Угловое расстояние на трассе (мрад)
hts, hrs	Высота центра антенны над средним уровнем моря (м)
hte, hre	Эффективные высоты антенн над местностью (м) (определения даны в Дополнении 2)
db(1)	Общая длина участков трассы, проходящих над водой (км)
	Часть общей трассы над водой:   db /d, (7.27) где d – расстояние вдоль дуги большого круга (км), вычисленное с помощью уравнения (138). Для трассы, целиком расположенной над сушей:   0
dct, cr	Расстояние над сушей от передающей и приемной антенн до побережья, вдоль которого проходит трасса помех по дуге большого круга (км). Для терминала на борту судна или на морской платформе равно нулю