Радиофизические характеристики атмосферы и их связь с метеопараметрами

Радиофизическими характеристиками атмосферы являются диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления, которые между собой однозначно связаны. В общем случае диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления являются величинами комплексными [2].

Предполагая выполнимость закона Дальтона о парциальных давлениях, можно получить выражение для диэлектрической проницаемости () смеси полярных и неполярных газов. Для тропосферы необходим, в частности, учет влияния СО2, сухого воздуха (неполярные молекулы) и водяного пара (полярные молекулы):

, (1)

где - постоянные величины,

- давление сухого воздуха,

- парциальное давление водяного пара в гПа,

- парциальное давление СО2,

– температура в °К [1].

Значения диэлектрической проницаемости воздуха незначительно превышают единицу. Для волн длиной более 1 см электропроводность нижней части атмосферы (тропосферы) очень мала, и диэлектрическую проницаемость можно считать величиной действительной [2].

При этом коэффициент преломления (n) определяется выражением:

(2)

где - магнитная проницаемость (для воздуха ее полагают равной единице). Поскольку

(3)

можно использовать аппроксимацию:

. (4)

В силу малости величины n – 1 коэффициент преломления удобно выражать в N – единицах:

, (5)

где К1, К2, К3, К4 – постоянные.

Постоянные коэффициенты равны [1]:

К1=77,607 0,13 °К/мб

К2=71,6 8,5 °К/мб

К3=(3,747 0,031) · 105 (°К)2/мб.

Итак, окончательное уравнение для показателя преломления, если ограничиться для констант тремя значащими цифрами, имеет вид:

(6)

Значения постоянных в этой формуле рекомендованы Смитом и Вейнтраубом для вычисления N с точностью 0,5%.

Уравнение упрощается, если положить

P = Pd + e:

. (7)

Для практического использования в радиометеорологии это соотношение можно упростить, представив его в виде двучлена:

, (8)

что дает значение N с точностью порядка 0,02% для интервала температур от 50°C до + 40°C.

Обычно уравнение (8) записывают в виде:

. (9)

Значения коэффициента преломления, рассчитанные по формуле (9), зависят от точности измерения метеорологических элементов. При радиозондировании измеряется не парциальное давление (упругость водяного пара) е, а относительная влажность f, которая легко может быть пересчитана в парциальное давление е. Для этого используется следующая формула:

, (10)

где t – температура в °C,

f – относительная влажность воздуха в % [1].

В реальной атмосфере вследствие изменений температуры, давления и влажности происходят сложные пространственно – временные изменения коэффициента преломления. Различают сезонные и суточные изменения коэффициента преломления в тропосфере, а также случайные изменения, обусловленные атмосферной турбулентностью. Сезонные изменения обусловлены, главным образом, годовым ходом влажности с максимумом в теплое полугодие. Наибольшие изменения коэффициента преломления имеют место в нижнем трехкилометровом слое атмосферы, что обусловлено большими изменениями в этом слое температуры и влажности. Суточные изменения коэффициента преломления атмосферы наиболее значительны в нижнем километровом слое и могут достигать 10 – 15N – ед. Они также обусловлены большим суточным ходом температуры и влажности воздуха. Случайные флюктуации коэффициента преломления связаны с атмосферной турбулентностью и могут достигать значения 10N – ед.

Обычно учитывают изменение коэффициента преломления атмосферы только по высоте, пренебрегая горизонтальной изменчивостью.

Материалы по географии:

Рельеф
Калининградская область - Природа области обладает уникальными особенностями. Равнинный характер рельефа нарушают несколько платообразных возвышенностей. Одна из них составляет основу Калининградского (Самбийского) полуострова и тянется от берега Балтийского моря на восток, деля территорию области ...

Транспорт
Восточный Китай, на который приходится треть территории страны, является самым густонаселенным районом мира, однако даже здесь транспортная сеть остается слабо развитой. Общий прирост протяженности китайских железных дорог по сравнению с 1979 составил менее 10%. За этот же срок число пассажирских в ...

Расовая структура
Народонаселение мира делится на 4 большие расы - европеоидную, монголоидную, негроидную и австралоидную. В зоне контактов больших рас существует ряд переходных (образовавшихся в глубокой древности) и смешанных (образовавшихся в новое время) рас. Смешение рас длится многие тысячелетия и представляет ...