气象条件对大气波导的影响

在介绍大气折射基本类型及其对电磁波影响的基础上,概述了三种类型大气波导的形成机制,分析了不同天气系统、气象要素和天气现象对大气波导的影响,总结了易于出现大气波导现象的天气条件。研究气象条件对大气波导的影响,对于研究和预测电磁波在大气中的传播特性以及在军事上的应用都具有十分重要的意义。     

两次大气波导CINRAD/SA雷达超折射回波分析

利用石家庄CINRAD/SA型多普勒天气雷达资料,结合探空实况对2006年9月5日和2005年11月21日的CINRAD/SA雷达超折射回波、气象条件、及大气波导进行了对比,并对不同类型的大气波导的电磁波传播情况进行了分析。结果表明:电磁波在华北平原有利的气象条件下能够形成大气波导传播,大气波导层使得CINRAD/SA雷达杂波增加,产生超折射回波。大气波导影响超折射回波的强度和分布,2006年9月5日由于雷达站上空存在表面波导,形成了2层模式超折射回波;2005年11月21日雷达站上空存在抬升波导,形成了3层模式超折射回波。超折射回波目标的视在位置与实际位置存在偏差,特别是高度偏差较大。受太行山地形影响,超折射回波主要分布在东部平原地区。     

大气波导形成条件及传播路径模拟

推导了可形成波导传播的电磁波最大陷获波长和临界发射仰角,介绍了电磁波可形成波导传播的必要条件,在此基础上建立了在大气波导层中电磁波传播路径模式,并利用南京雷达实际观测的超折射回波对此模式进行了验证,所得结果比较一致。     

气象雷达新应用的一种探讨

1 概述目前,气象雷达主要用于对强对流天气的警戒和跟踪观测,它是在强对流天气已经发生,根据目标对雷达电磁波的后向散射所形成的雷达回波,去分析气象目标的性质、结构、移动方向和发展趋势,进而根据临近预报的方法,作出临近预报。其时效一般不超过三个小时。本文旨在对这种方法进行一些突破,将研究的着眼点放在大气对电磁波的折射上;并就泰山713雷达的部分资料,分析了电磁波在大气中的传播路径与天气变化的关系。发现雷达电磁波在大气中传播路径每一次明显的变化,与未来十二小时乃至稍长一段时间内的天气变化有着极好的相关性。     

北半球冬季准定常行星波的三维传播及其年际变化

作者回顾了应用叶笃正先生所创立的Rossby波频散理论,来研究准定常行星波在三维大气的能量频散以及在北半球冬季三维大气中的传播规律,并应用NCEP/NCAR再分析资料和由大气环流数值模拟所得的模式资料的40年风场、温度场资料计算了冬季北半球准定常行星波的E-P通量.计算结果表明了北半球冬季准定常行星波在三维大气传播具有沿两支波导的传播特征,这与从理论分析所得的结果相吻合.作者还分析了冬季准定常行星波的E-P通量分布的年际变化,分析结果表明了准定常行星波在北半球冬季三维大气中传播的这两支波导有明显的年际振荡;并且,从冬季准定常行星波的E-P通量辐散辐合的年际变化与北极涛动的年际变化相比较,发现准定常行星波两支波导的年际振荡直接影响着北极涛动(AO),因而说明了准定常行星波活动的年际变化可以影响对流层的气候变化.     

基于ECMWF再分析数据的大气波导分布规律研究

大气波导对电磁波传播有显著的影响,大气波导特征参量分布研究对于分析电磁波传播乃至雷达、通信等电子设备效能具有重要意义,利用ERA-Interim数据计算大气波导特征参量,并用海洋调查期间的低空探空火箭数据计算的大气波导进行了验证,在此基础上用2011—2016年ERA-Interim温度、湿度分层数据统计分析了全球大气波导的发生概率、强度、高度,得出的结论是:大洋东部、大陆西部的信风带是大气波导的高发区,大洋上大气波导的高发区（发生概率＞50%）主要有6个,分别是北太平洋海区、南太平洋海区、北大西洋海区、南大西洋海区、北印度洋海区、南印度洋澳大利亚西部海区;同时,存在3个大气波导低发区或无大气波导区（热带辐合带区、北半球中高纬度区、南半球中高纬度区）。这些大气波导高发和低发区的位置、范围、发生概率具有季节变化,北半球MAM季（3—5月）发生概率最高,出现的范围最大,SON季（9—11月）概率最低,出现的范围最小,DJF（12、1、2月）、JJA（6—8月）季节介于两者之间;南半球SON季发生概率最高,出现的范围最大,MAM季概率最低,出现的范围最小。北半球大气波导强度总体上强于南半球大气波导强度,北半球MAM季大气波导较强海域范围最大,强度最强,其次为JJA季,SON季大气波导较强海域范围最小,强度最弱;南太平洋大气波导强度季节变化不明显,强度与北太平洋比均较弱,南大西洋SON季大气波导较强海域范围最大,强度最强,DJF季大气波导较强海域范围最小,强度最弱;北印度洋MAM季大气波导强度强,是大洋上波导最强的海域,大气波导较强海域范围大,JJA季基本没有大气波导。大气波导高度在信风带靠近大陆西岸海域高度较低,随着向西离岸距离增大高度升高,大气波导高发区的波导高度季节变化特征是:北半球在SON、DJF季高度高,波导高度高的区域面积大,MAM、JJA季高度低,波导高度高的区域面积小;南半球在MAM、JJA季高度高,波导高度高的区域面积大,SON、DJF季高度低,波导高度高的区域面积小;其他中低纬度近岸海域大气波导高度较低,大陆包围的内海大气波导高度最低。      

华北平原两次大气波导CINRAD/SA超折射回波分析

利用CINRAD/SA雷达资料结合探空实况对2007年7月8日和8月23日发生在华北平原的两次不同类型的大气波导进行了分析。结果表明:大气波导与大气温度、湿度等气象要素的垂直分布密切相关,不同类型大气波导的气象要素垂直分布存在差异,并在CINRAD/SA雷达产生不同类型的超折射回波,当雷达站存在表面波导时,形成了2层模式超折射回波;当雷达站存在抬升波导时,形成了3层模式超折射回波。超折射回波能够反映低层大气的垂直结构变化,2层模式超折射回波预示着雷达站附近大气层结稳定;3层模式超折射回波表示雷达站附近存在低层湿冷、上层干热的大气垂直结构。超折射回波主要分布在太行山东部平原地区,超折射回波目标的可视位置与实际位置存在偏差,特别是高度偏差较大。不同类型的超折射回波对未来天气具有一定的指示意义,可为雷达回波空间定位及强对流天气的监测、预报提供科学依据。     

基于海气通量算法的海上蒸发波导诊断模型

蒸发波导是海上普遍存在的海洋天气现象, 也是导致海上电磁波异常传播的重要因素, 严重影响了海上雷达、通信及电子设备的有效应用。而TOGA COARE (海洋-大气耦合响应试验) 通量算法为蒸发波导的精确诊断提供了条件, 因此, 该文建立了基于海气通量算法的海上蒸发波导诊断模型, 并利用福建海域铁塔观测资料以及海上雷达探测试验数据与美国业务运转的Paulus-Jeske诊断模型对比, 结果表明:通量蒸发波导诊断模型的各项对比结果均优于Paulus-Jeske模型。     

北半球准定常行星波气候平均态的资料分析和数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料和大气环流模式(CCSR/NIES AGCM Ver 5.6),对北半球准定常行星波的气候平均态分布进行分析和模拟.再分析资料分析的结果表明:北半球冬季,准定常行星波沿两支波导向上传播,其中一支在对流层上层转向中低纬度传播,另外一支折向高纬度,通过极地波导上传到平流层.其中,1波和2波可以上传到平流层,因而其振幅分布除在中低纬的对流层上层出现一个次大值外,在高纬度平流层中上层会出现一个最大值,3波则主要限制在对流层,其振幅分布除在副热带对流层上层出现一个次大值外,最大值出现在中纬度对流层上层.北半球夏季,整个平流层为东风环流,极地波导不存在,行星波不能上传到平流层,在对流层活动也较弱,1波、2波、3波的传播情况大致相似,表现为在对流层上层由中纬度向赤道地区的传播.相应的振幅分布是,对1波和2波而言,最大值出现在中低纬对流层顶附近,同时在中高纬对流层上层出现一个次大值,而3波的振幅分布正好相反,最大值出现在中高纬对流层上层,次大值则在中低纬对流层顶附近.利用大气环流模式进行的数值模拟表明,模式可以比较好地模拟冬夏季准定常行星波的传播路径,但模拟的北半球冬季沿极地波导向平流层的传播明显偏弱,其结果是对1波、2波而言,高纬度平流层中上层的振幅最大值明显小于再分析资料的数值.文中还讨论了数值模拟与资料分析中行星波的差异可能对大气环流模拟的影响.     

利用气象条件减小测量误差的方法浅探

利用气象条件减小测量误差的方法浅探杨雪艳（吉林省气象台）阮宝民（东北勘测设计院）目前测绘工作采用红外测距仪和卫星定位系统，利用电磁波在一定时间内传播的路程来求得所需的定位资料，省时省力、高效。然而电磁波在大气里传播的过程中，大气对电磁波的折射作用不同...     

ANALYSIS ON CHARACTERISTICS OF ATMOSPHERIC DUCT AND ITS EFFECTS ON THE PROPAGATION OF ELECTROMAGNETIC WAVE

On the basis of introducing the basic categories of atmospheric refraction and their existingconditions,the forming processes of three kinds of atmospheric ducts are expounded.Several maincharacteristics of atmospheric duct are summarized and analyzed,and field sounding data from theWEstern North-Pacific cloud-radiation EXperiment(WENPEX)and meteorological data aroundthe Xisha sea area are used to validate these characteristics.Meanwhile the sensitivities of theevaporation duct height to the variations of atmospheric humidity.the air-sea temperaturedifference.and horizontal wind speed are examined.With the analysis of the effect of atmosphericduct on the propagation of electromagnetic wave.the maximum trapped-wavelength and the criticalemitting angle of elevation for electromagnetic wave which can form duct propagation are derived.At the same time the four kinds of necessary conditions for electromagnetic wave to form ductpropagation are brought forward.The effects of atmospheric duct on ultrashort wave propagation,radar observation.short wave communication etc.are also discussed.     

ANALYSIS ON CHARACTERISTICS OF ATMOSPHERIC DUCT AND ITS EFFECTS ON THE PROPAGATION OF ELECTROMAGNETIC WAVE*

On the basis of introducing the basic categories of atmospheric refraction and their existing conditions,the forming processes of three kinds of atmospheric ducts are expounded.Several main characteristics of atmospheric duct are summarized and analyzed,and field sounding data from the WEstern North-Pacific cloud-radiation EXperiment(WENPEX) and meteorological data around the Xisha sea area are used to validate these characteristics.Meanwhile the sensitivities of the evaporation duct height to the variations of atmospheric humidity.the air-sea temperature difference.and horizontal wind speed are examined.With the analysis of the effect of atmosphericduct on the propagation of electromagnetic wave.the maximum trapped-wavelength and the critical emitting angle of elevation for electromagnetic wave which can form duct propagation are derived.At the same time the four kinds of necessary conditions for electromagnetic wave to form ductpropagation are brought forward.The effects of atmospheric duct on ultrashort wave propagation,radar observation.short wave communication etc.are also discussed.     

大气定常波传播的运动学特征的时空变化

利用时间平均全球大气环流资料,本文计算了纬向平均位涡的南北梯度的时空分布,以及波动水平传播的临界波数n_s,和垂直传播的临界波数K_c的时空分布。由此研究全球大气定常波传播的运动学特征及其年变化。     

THE EFFECTS OF THE PLATEAU'S TOPOGRAPHIC GRADIENT ON ROSSBY WAVES AND ITS NUMERICAL SIMULATION

By using barotropic model equations, this article analyzed the characteristics of Rossby waves, the propagation features of wave energy and the influence of dynamic and thermal effects of the Tibetan Plateau on Rossby waves, and the focus is on discussing the plateau's topographic gradient effects on atmospheric Rossby waves. Then based on the WRF3.2 and the NCEP/NCAR FNL reanalysis data, we devised comparative tests of changing the plateau's topographic gradient and simulated a process of persistent heavy rain that happened in May 2010 in South China. The results are shown as follows. The Tibetan Plateau’s topography is conducive to the formation of atmospheric Rossby waves. while the plateau's terrain, its friction and heating effects can all make the atmospheric Rossby waves develop into the planetary waves; The effects of plateau's north and south slopes on the Rossby wave’ phase velocity is opposite, and when the slope reached a certain value can the quasi-steady normal fluctuations be generated; Simultaneously, due to the plateau's topographic gradient, descending motion appears at the west side of the plateau while ascending motion appears at the east side, and the vertical movement increased with the amplification of topographic gradients. The plateau's topographic gradient also obviously amplified the precipitation in South China, and the rainfall area increased with the amplification of topographic gradients and gradually moved from south to north and from west to east, which is conducive to the occurrence and development of convective activities in the downstream areas of the Tibetan Plateau; Moreover, for the plateau’s dynamic and thermal effects, the Rossby wave’ propagation shows upstream effects of energy dispersion, so the plateau can then affect the weather in downstream areas. Moreover, the wave group velocity increased with the degree of topographic slope.     

两类大气热机对大气环流型影响的数值试验

本文使用简化全球大气环流模式,研究大气环流型季节特征的成因问题。模拟了两类不同热机在大地形强迫背景下形成的环流型的异同之处,分析了两类热机对大气环流型季节特征的影响程度及其形成机理,从而得到关于大气环流型成因的较为直观、清晰的物理图象。      

SPATIAL AND TEMPORAL VARIATIONS OF THE KINEMATIC CHARACTERISTICS IN THE PROPAGATION OF ATMOSPHERIC STATIONARY WAVES

Time-mean global general circulation data are employed to analyze the temporal and spatial variations ofthe meridional gradient of zonal mean potential vorticity,the critical wavenumber n_s for horizontal wave-propagation,and the critical wavenumber K_c for vertical wave-propagation.Thereby the kinematic charac-teristics in the propagation of atmospheric stationary waves and their annual variations are studied.Resultsshow that in the troposphere n_s and K_c usually decrease with the increase of either latitude or altitude.Synoptic and near-resonant Rossby waves could be trapped during their upward and meridional propagations.These characteristics possess prominent annual variations,especially in the Northern Hemisphere.It is foundthat the spatial and temporal variations of these kinematic characteristics are in good agreement with those ofthe atmospheric wave patterns.     

大气层结的非均匀性对重力内波波射线的影响

文中利用ＷＫＢ近似，讨论了非均匀层结对惯性重力内波和纯重力内波能量传播路径的影响，得到了波的能量密度，广义波作用密度，和广义拟能密度守恒的条件，导得了重力内波不稳定的必要条件，给出了在波的传播过程中控制波射线折射的方程，得到了两类不同的临界层，最后还利用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法计算了不同层结分布下的波射线。