ЭД / Новая папка (2) / DOC / ЛК 8_ТЭД_и_РРВ_ч_2

ЭД и РРВ (ЛК 8)

ВЛИЯНИЕ ТРОПОСФЕРЫ НА УСЛОВИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗЕМНЫХ ВОЛН

• общие свойства тропосферы;

• электрические свойства тропосферы;

• рефракция радиоволн в тропосфере;

• виды рефракции в тропосфере.

Общие свойства тропосферы

Общие свойства тропосферы

Тропосфера ― самая нижняя область атмосферы, расположенная непосредственно над поверхностью Земли и простирающаяся до высот 8...10 км в полярных широтах, до высот 10...12 км в средних широтах и до высот 16...18 км в тропиках.

Тропосфера содержит до 90 % всей массы земного воздуха и 9/10 всего водяного пара. Здесь сильно развита турбулентность, особенно в приповерхностных и наиболее высоких слоях, развиваются облака, формируются циклоны и антициклоны. Благодаря нагреванию парниковых газов (углекислый газ, метан, водяной пар) отражёнными от поверхности Земли солнечными лучами развивается парниковый эффект. С парниковым эффектом связано понижение температуры воздуха в тропосфере с высотой. Средний вертикальный градиент составляет 0,65°/100 м. С ростом высоты падает и давление воздуха, составляя у верхней границы тропосферы лишь 12-20% от приповерхностного.

Отметим, что все приведенные характеристики тропосферы: химический состав, температура, влажность, давление оказывают влияние на распространение радиоволн.

Электрические свойства тропосферы

Электрические свойства атмосферы, как и любой среды, характеризуются диэлектриче­ской проницаемостью, магнитной проницаемостью и удельной проводи­мостью. Магнитная проницаемость атмосферы с достаточно высокой сте­пенью точности принимается величиной постоянной и равной магнитной проницаемости вакуума. Остальные два параметра испытывают значи­тельные изменения в зависимости от положения точки наблюдения, вре­мени, солнечной активности, частоты распространяющейся волны и т.д.

Относительная диэлектрическая проницаемость тропосферы

, Ф/м,

 

где  ― давление газа, мБар;  ― абсолютная влажность воздуха, т.е. давле­ние водяных паров, мБар; ― температура, К.

Электрические свойства тропосферы

Коэффициент преломления тропосферы. Сильное влияние на коэффициент преломления тропосферы оказывают водяные пары. Так как значения   весьма мало отличаются от единицы у поверхности Земли и лежат в пределах 1,00025...1,00046, то оперировать такими значениями не всегда удобно, поэтому для удобства был введен индекс коэффициента преломления тропосферы, показывающий насколь­ко миллионных долей коэффициент преломления отличается от единицы.

 

.

Численные значения индекса коэффициента преломления называются N-единицами.

Зависимость N от высоты в условиях «нормальной» тропосферы (N = 325 у поверхности земли).

Электрические свойства тропосферы

На распространение радиоволн сильное влияние оказывают локаль­ные неоднородности диэлектрической проницаемости тропосферы, которые возникают из-за локального скопления паров воды и разного рода газов.

Слоистые неоднородности (в большинстве случаев облака) представляют собой гори­зонтальные образования, размеры которых заметно превышают вертикальные. Толщина слоев характеризуется величинами от деся­тых долей метра до нескольких сотен метров, а их горизонтальные разме­ры изменяются от десятков метров до десятков километров и более. Число и интенсивность слоев с увеличением высоты над земной поверхно­стью уменьшаются.

Неоднородности турбулентного характера  имеют соизмеримые размеры во всех направлениях. Из-за малых сил вязкости движение атмо­сферного газа практически всегда турбулентное, так что неоднородности такого типа всегда существуют в тропосфере при любых метеоусловиях. Размеры неоднородностей турбулентного происхождения опреде­ляются размерами (масштабами) элементарных вихрей и ограничиваются размерами от нескольких миллиметров до нескольких десятков метров.

Рефракция радиоволн в тропосфере

Причиной рефракции радиоволн является изменение относительной диэлектрической проницаемости воздуха с высотой. В основе рефракции лежит явление преломление радиоволн на границе раздела двух сред с различными коэффициентами преломления.

Виды рефракции в тропосфере

 вертикальный градиент диэлектрической проницаемости воздуха у земной поверхности ().

Виды рефракции в тропосфере

В зависимости от значений различают следующие виды рефракции радиоволн в тропосфере:

• отрицательная рефракция (субрефракция), при которой ;

• положительная рефракция, при которой ;

частными случаями положительной рефракции являются:

• нормальная (стандартная) рефракция ;

• повышенная рефракция ;

• критическая рефракция , то есть траектория электромагнитной волны концентрична земной поверхности;

• сверхрефракция (распространение радиоволн при сверхрефракции называют волноводным, так как оно происходит в пределах тропосферного волновода).