Тропосферные волны

Чтобы учесть влияние тропосферы на распространение земной волны и определить напряженность поля тропосферной волны, необходимо определить электродинамические параметры и построить математическую модель тропосферы.

Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления тропосферы

Деление атмосферы на нейтросферу, состоящую из тропосферы и стратосферы, и на ионосферу показано на рис. 9.14, а, где h — высота над уровнем моря. Границы между ними по высоте выражены не резко и зависят от времени года, времени суток, географического положения точки р.

Газ в нейтросфере по объему состоит из примерно 78% азота, 21% молекулярного кислорода, 0,93% аргона и очень малого количества неона, гелия, криптона, ксенона, водорода, метана, углекислого газа, озона, оксида азота. В тропосфере имеются пыль и водяной пар. Содержание последнего (по объему 0—4%) убывает с увеличением высоты А и зависит от метеорологических условий.

Плотность атмосферы NM равна числу молекул в 1 см3 на данной высоте h (рис. 9.14, а) и связана с давлением р (в паскалях) и абсолютной температурой V законом NM = р/кБТ'. В однородной атмосфере давление зависит от высоты по барометрической формуле

где р0 — давление при h = 0; М — масса грамм-молекулы газа; g — ускорение силы тяжести; m = 8,32 Дж/град-моль — универсальная газовая постоянная. Температура воздуха меняется с высотой (см. рис. 9.14, а). В тропосфере воздух нагревается от поверхности Земли и обычно температура убывает с увеличением h на 5—6 К на километр. На небольших интервалах высот может возникнуть местное увеличение температуры — температурная инверсия. Увеличение температуры на высотах около 60 км объясняется поглощением озоном ультрафиолетового излучения Солнца.

Начиная с высот около 80 км температура увеличивается из-за поглощения солнечного излучения и достигает (2—3) • 103 К при h > 500 км.

Абсолютной влажностью тропосферы называется парциальное давление водяных паров рп; относительная влажность s' выражается в процентах, s' = рп ? 100 / где es — давление водяных паров, насыщающих пространство при заданной температуре, определяется

Изменение параметров атмосферы с высотой

Рис. 9.14. Изменение параметров атмосферы с высотой:

а — плотности атмосферы NM и температуры Т; б — приведенного коэффициента преломления NT

по специальным таблицам. Давление, температура, влажность тропосферы зависят от метеорологических условий.

При построении математических моделей радиолиний используется понятие «нормальная (стандартная) тропосфера». Параметры последней соответствуют среднему состоянию тропосферы со следующими свойствами: при h= 0 давление р0 = 0,1013 МПа, Т = 288 К, s' = 60%; с увеличением h на 1 км давление уменьшается на 1,2 кПа, температура — на 5,5 К. Верхней границей нормальной тропосферы считают высоту h - 11 км.

В тропосфере непрерывно происходят случайные изменения, вызываемые воздушными потоками в вертикальном и горизонтальном направлениях. Движение воздуха имеет вихревой турбулентный характер. При этом скорости перемещения воздуха в локальных областях отличаются от средней. Поэтому и плотности воздуха в этих областях отличаются от средней, причем они флуктуируют.

В стратосфере плотность газа значительно меньше, чем в тропосфере, поэтому стратосфера мало влияет на распространение радиоволн.

Относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости тропосферы ц = 1, в = 1 + кэ, кэ кг + кп, где кг, кп — диэлектрические восприимчивости газа и пара.

Считается, что показатель преломления п = л/ё не зависит от частоты для X > 1 см. Значение п мало отличается от единицы, поэтому при расчетах используют величину NT (п — 1) • 106приведенный коэффициент преломления тропосферы. Численные его значения называют N-единицами. У поверхности Земли NT = N0 = 260 -г- 460 N-единиц.

При расчете радиолинии, протяженность которой незначительно превышает расстояние прямой видимости (для расчета земной волны), применяется упрощенная модель тропосферы, в которой учитывается только средний профиль изменения Nr(h) (график (2) на рис. 9.14, б).

Средний профиль изменения NTQi) для модели нормальной тропосферы аппроксимируется экспоненциальным законом NT N0exp(-b0/i), где b0 = ОД -н 0,14 км-1. При 0 < h < 3 км NT = N0 + Th, где Г = dNT/dh при h = 0. Для нормальной тропосферы Г =-40 км^1; при h = 10 км NT - 93 и постоянно в течение года.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >