基于GPS探空数据的南海海域大气波导特征分析

为了更精确地掌握南海海域大气波导的统计特征,详细分析了大气折射率关于温度、湿度和压强的敏感性,并在此基础上利用2006—2010年南海航次GPS探空资料对该海域表面波导和悬空波导的发生概率和波导特征参数进行了统计分析.结果表明:表面波导年平均发生概率基本在20%以下,波导顶平均高度约为167 m,陷获层厚度一般不超过30 m,强度介于4.5~9.6 M,年度平均值为7.5 M;悬空波导年平均发生概率接近50%,波导顶高度一般介于1 100~1 300 m,陷获层厚度比表面波导略高,平均厚度为32.8 m,强度平均值与表面波导相当,但跨度比表面波导要小得多.统计分析结果可为南海区域舰载无线电系统的运行保障提供参考.     

蒸发波导环境测量与雷达探测性能分析

舰载微波超视距雷达主要通过大气波导传播效应实现对目标的超视距探测。利用测量的水文气象参数,根据蒸发波导模型预测蒸发波导高度,讨论了中性、稳定以及不稳定条件下的3种蒸发波导剖面。给出了便于蒸发波导环境下使用的修正雷达方程,基于抛物方程模型形成微波超视距雷达的探测性能分析方法。在我国南海海域开展了舰载蒸发波导环境测量及微波雷达探测的对比试验,在超视距预测的性能上理论预测结果与实际探测结果较为一致。分析结果对雷达探测及电子战应用具有重要意义。     

蒸发波导RSHMU 模型预测性能分析

大气波导能够改变电磁波的正常传播特性,因而得到学界极大关注。当前大气波导研究中所用蒸发 波导模型缺乏RSHMU 模型的预测性能分析,文中对RSHMU 模型的预测方法进行了深入研究。更正了文献中给出 的温度剖面稳定度函数表达式,利用正确的剖面稳定度函数,获得了该模型在不同风速以及不同相对湿度条件下的 敏感性分析结果。与渤海梯度塔实测数据对比分析表明:该模型预测蒸发波导高度的平均误差为-2. 2 m,均方根误 差为4. 5 m;预测强度的平均误差为1. 1 M 单位,均方根误差为2. 0 M 单位。不稳定条件下该模型的高度预测性能 优于美国海军研究生院提出的NPS 模型,而强度预测性能上二者相当。     

海洋大气近地层折射指数模式及其在蒸发波导分析上的应用

利用Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似理论给出了不同大气结条件下海洋大气近地层折射指数模式，并利用这些模式分析了蒸发波导内可能存在的波导模，给出了确定蒸发波导所能捕获最大电磁波波长及相应最低频率的计算式并对其在不同大气层结条件下的计算结果进行了比较，发现在不稳定、中性和近中性层结条件下，其计算结果比较接近，但在强稳定层结条件下，差异显著，最后给出了射线追踪方程，并通过用多层线性模式来近似蒸发波导内大气     

海上大气波导的统计分析

利用1982～1999年的海洋观测资料,运用相似理论对东经100～140°,北纬0～40°海域的蒸发波导出现概率、高度和强度进行了统计分析,并利用1986～1999年的船舶探空资料,对上述海域及全球海上低空大气波导进行了统计分析,结果表明,海上蒸发波导出现概率高达85%以上,高度一般在15m左右,而海上低空大气波导出现概率一般不低于15%,有时可达40%,厚度一般在60～150m.其中,利用船舶探空资料分析海上低空大气波导在国内还属首次.     

南海海区低空大气波导气候学分析

基于2014—2016年发布的全球电信系统（global telecommunication system，GTS）数据，对南海海域附近8个探空站数据进行了统计分析，获得了南海海区低空大气波导参数统计特征以及概率分布特征结果.结果表明:年度统计来看，南海海区表面波导发生概率在20%左右，大部分表面波导高度位于100 m以下，强度小于10 M，悬空波导发生概率在50%左右，悬空波导顶高、层底高、底高参数一般位于1 000~2 500 m，强度位于4 M~15 M，空间分布基本呈现中部高、南北低（与热带辐合带相关）的特点；月份统计来看，南海北部以及中部具有明显的月份变化（与南海季风密切相关），而南海南部（靠近赤道）月份变化则不明显.统计分析结果可为南海海区雷达、通信系统的运行保障提供参考.     

改进的蒸发波导RSHMU模型及预测性能分析

针对稳定条件下蒸发波导RSHMU模型过于敏感不便使用的问题,引入BH91关系式、CB05关系式和SHEBA07关系式给出了相关的改进方法,并对不同风速以及不同相对湿度的敏感性进行了分析. 结果发现引入稳定条件下的剖面稳定度函数对蒸发波导高度诊断的敏感性改善不大. 进一步地,借鉴Paulus给出的订正方法,给出了P-RSHMU蒸发波导模型改进预测方法,有效解决了已有模型稳定条件下的不合理诊断结果. 与渤海梯度塔实测数据对比分析表明:稳定条件下P-RSHMU蒸发波导模型预测蒸发波导高度的平均误差为?1.02 m,均方根误差为1.49 m,显著优于已有RSHMU模型.     

东海区域蒸发波导变化特性研究

为了分析东海蒸发波导高度的季节变化、月变化，讨论其分布规律，为雷达探测和无线电通讯提供参考，利用2008-2017年的十年NCEP-FNL再分析数据和改进的NPS蒸发波导模型，统计分析了我国东海海域蒸发波导发生规律和时空分布特征.结果表明:东海蒸发波导高度在春季和夏季呈西北高东南低的特点，其中春季为高度最高的季节，5月份东海西北部可高达20 m，夏季6月份在东海中部出现最低值；秋季和冬季反之，呈西北低东南高的特点.分析表明，东海蒸发波导高度存在明显的季节变化、月变化以及区域差异，这可能与东海的地理特征和气候变化相关.     

基于目标函数的微波超视距雷达天线高度优化方法

利用海上蒸发波导可以使舰载微波超视距雷达实现远距离低空目标探测,然而大气波导内的超折射和多径传播效应会产生不利于目标检测的雷达盲区。该文提出一种基于目标函数的微波超视距雷达天线高度优化方法,针对形成蒸发波导的海-气界面稳定层结、中性层结和不稳定层结3种情况,利用电波传播数值算法和雷达评估模型仿真分析了蒸发波导内特定区域不同目标函数时的雷达目标检测性能,给出了雷达天线高度优化结果。该文方法可以为微波超视距雷达系统设计、探测性能分析和大气环境自适应技术提供参考。     

海上湍流通量与蒸发波导高度计算及相关性分析

基于2017年11月26日至2018年5月31日海上平台采集的气象数据,结合海气边界层耦合海洋-大气响应试验算法,引入稳定条件下发展的普适函数,计算了动量通量、感热通量、潜热通量、蒸发波导高度,并对海气界面通量与蒸发波导高度的相关性进行分析.结果表明:动量通量位于-0.5~0 N/m2,感热通量位于-10~5 W/m2,潜热通量位于0~300 W/m2,蒸发波导高度位于0~25 m;蒸发波导高度与动量通量相关系数为-0.23,与感热通量相关系数为-0.05,与潜热通量相关系数为0.77;蒸发波导高度与潜热通量的相关系数在稳定条件下为0.73,在中性条件下为0.93,在不稳定条件下为0.95.这些分析结果可为揭示海上不同大气条件下的蒸发波导形成机理提供有力支撑.     

区域海面蒸发波导预报与监测试验对比分析

基于中尺度数值天气预报模式（The Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model,MM5）建立了大气波导预报平台,使用GFS数据对包含我国黄海、东海以及南海海域的区域蒸发波导分布进行预报.将2015年12月份海上航行过程中监测的不同时刻、不同海域处的蒸发波导高度同预报结果进行对比分析,结果表明二者具有较好的一致变化趋势.考虑到实时测量时间分辨率高以及数值预报预报区域广的特点,在实际舰船雷达效应评估中可充分利用两种数据,实现海上微波传播效应的预测和预报.     

南海海域海表面温度对低空大气波导数值模拟的影响研究

为了研究海表面温度(sea surface temperature,SST)对低空大气波导数值模拟的影响,针对南海海域基于天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模式开展了不同SST对低空大气波导数值模拟的影响研究.结果表明:精确的SST对低空大气波导数值模拟影响最大,...     

基于MM5V3的大气波导预报可靠性和准确度分析

利用GTS高空探测数据和FNL最终分析数据验证MM5V3中尺度数值天气预报模式预报大气波导的有效性,验证区域为东海关注区、南海关注区和亚丁湾关注区,并分别从可靠性和准确度两个方面进行了分析.1）用GTS高空探测数据对表面、悬空波导预报结果进行了验证,结果表明:对一般强度表面、悬空波导预报可靠度为60%~80%;对强波导预报可靠度为80%以上;对波导顶高预报均方根误差为500~800 m;波导强度预报均方根误差为10~20 M.2）用4天的FNL数据对蒸发波导高发区预报结果进行了验证,结果表明:蒸发波导预报可靠度为90%以上;波导顶高预报均方根误差为2~3 m.总体而言,对于表面、悬空波导,MM5V3对强波导的预报可靠度较高,对一般强度的波导预报可靠度较低,且波导预报准确度很低;对于蒸发波导高发区,MM5V3可以初步实现波导的预报.上述结果为检验中尺度数值天气预报模式预报大气波导的有效性提供了参考,具有现实指导意义.     

南海海温年际变化的均方差分析

利用新的SODA海表温废资料,研究了2002～2007年南海表层水温（SST）的均方差特征,探讨其对声速变化的影响。分析结果表明：在所选取的南海海域中,南海SST均方差随季节和纬度都有所变化,整个南海SST均方差值变化范围为1—6。1～3月高于18°N海域,海温年际变化较大,基本接近4．低于18°N海域均方差值随月份减弱;4～6月南海海域海温年际变化小,随月份和纬度增大而略微增大;7~9月海温变化不明显,基本保持同样的变化趋势;10～12月在高于12°N附近海域,海温均方差值先变小,到12月份又开始增大,低于120N附近海域,均方差值保持在1左右变化。南海海表声速较大,但随季节变化不明显,夏、秋两季比春、冬两季较高。     

ERA-I数据在南海大气折射率环境中的应用评估

海上大气折射率环境是影响电磁波传播、目标探测准确性的关键因素之一.文中利用南海的GPS探空数据评估了ERA-I（ERA-Interim）再分析数据计算的大气折射率,结果表明:3 000 m以下修正大气折射率整体标准差为9.2 M单位,相对误差为1.4%;在分布上修正大气折射率误差在低层偏小,并且会发生小幅震荡,边界层顶以上偏大,这与大气层内水汽分布密切相关,相关系数为0.94.此外两种数据识别的波导参数中,波导高度拟合斜率接近1,最准确;波导厚度和强度斜率不到0.5,波导厚度偏厚,而强度偏小.说明ERA-I再分析数据是较为可靠的数据源,可用来研究海上大气折射环境特性.     

区域蒸发波导及微波路径损耗预报与验证

蒸发波导对近海面电磁波传播有重要影响,区域蒸发波导及微波路径损耗预报对评估海上雷达、通信、侦察等电磁系统的性能至关重要. 本文基于美国国家环境预报中心的GFS预报产品和NAVSLaM蒸发波导预测模型,对我国南海海域进行了大面积蒸发波导预报,利用欧洲中期天气预报中心发布的ERA5再分析数据进行了对比,并结合电磁波传播抛物方程模型开展了微波在蒸发波导信道中的路径损耗预报;然后利用在南海北部的路径损耗测试链路,对预报结果的准确性及时效性进行了验证. 再分析数据对比及海上试验验证结果表明,基于GFS数据开展的蒸发波导层中路径损耗预报,除个别异常点外,预报的路径损耗与实测值趋势相同,在前24 h结果与实测值较为吻合,误差在5~10 dB,可以用于大面积蒸发波导层中路径损耗的预报. 另外,试验发现,降雨会导致预报结果与实测数据有很大的误差,在进行电磁波传播计算时,应充分考虑雨衰、海面粗糙等海洋环境.     

季风期间南海低空大气波导统计分析

根据1998年南海季风试验期间南海部分探空站、‘科学1号’和‘实验3号’观测的每天4次的高分辨率探空资料,引入截止波长判断式,统计分析了南海季风期间较强大气波导发生规律及时空分布特征。结果表明:季风期间南海较强大气波导的发生概率为30%左右,从北到南逐渐增加,波导层结高度逐渐降低,70%以上发生在1km高度之内;大气波导发生概率和层结高度呈现‘低-高-低’的日变化趋势,夜晚发生波导概率较高,深夜波导层结高度最低,比较稳定。