不同气象要素对蒸发波导的影响研究

【摘 要】根据大气边界层理论中Monin-Obukov相似理论，对影响蒸发波导的不同气象要素进行了分析研究。结果发现：中国南海西沙海域海区蒸发波导出现的概率，一般早上出现的概率较高，中午较低；冬季出现概率较高，夏季较低。而中国南海西沙海域海区蒸发波导的高度在其他气象要素条件一定的情况下随月份变化、大气湿度、气海温差、水平风速等的变化有一定的敏感性，大气湿度对蒸发波导高度的影响较大，水平风速影响较小。

【关键词】蒸发波导；气象要素；出现概率；波导高度

0 引言

蒸发波导是海洋大气环境中经常出现的一种特殊的表面波导，它是由于海面水汽蒸发使得在海面上很小高度范围内的大气湿度随高度锐减而形成的。蒸发波导一般发生在海洋大气环境40m高度以下的近海面大气中。当电波在近海边大气中形成的蒸发波导传播时，蒸发波导对其产生的影响主要表现在两个方面：一是增加电波传播的距离；二是增加电场强度。由于波导层使得电波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，从而使其能量衰减得以大大减缓，因此可使电磁波在波导层内进行超视距传播[1-3]。对气象雷达和大多数其它类型的雷达，蒸发波导可增加雷达测距、测角、测速的误差，增加雷达杂波，对微波通信也会产生显著影响。蒸发波导对军事作战尤其是对现代电子系统的影响，如估算电子支援探测系统和对抗探测距离以有效地发挥电磁干扰作用等，已显示出广阔的应用前景。

蒸发波导是一种极端超折射的自然现象，它具有超长水平尺度特征和显著的天气背景[2-3]。本论文以中国南海三亚湾海域西沙海域（北纬15°-20°，东经105°-115°范围）为例，对影响蒸发波导的气象要素进行了分析研究，研究结果可以更好地为我国海上、海岸运作的在役微波雷达、通信和侦察等电子系统服务。

1 基本理论

2 不同气象要素对蒸发高度的影响

根据上述方法，以中国南海西沙海域为例[6]，利用2012-2013年的海洋船测数据，研究影响蒸发波导的不同气象要素。

（1）蒸发波导出现的概率

中国南海西沙海域海区蒸发波导出现概率如图2所示。

从图2可得出，我国南海西沙海域海区蒸发波导出现的概率随时间和季节的不同而不同，在一天之内，早上蒸发波导出现的概率较高，通常在80%左右，中午蒸发波导出现的概率较低，一般在60%左右。而且该海域海区蒸发波导冬季出现概率较高，一般在90%左右，夏季较低，在55%左右。

（2）影响蒸发波导高度的气象要素

中国南海西沙海域海区蒸发波导的高度在其他气象要素条件一定的情况下随月份变化、大气湿度、气海温差、风速等的变化情况如图3～6所示。

从图3可得出，我国南海西沙海域海区蒸发波导的高度一般在7～20m之间，冬季蒸发波导高度较高，秋季蒸发波导高度较低。

从图4可以看出，我国南海西沙海域海区蒸发波导的高度随大气湿度变化的敏感性较强，成近似反比关系，当大气相对湿度从70%变化到100%时，蒸发波导的高度也由40m逐渐减少到近5m，大气湿度越低，蒸发波导高度越高。

从图5可以看出，我国南海西沙海域海区蒸发波导的高度随气海温差变化的敏感性也较强，当气海温差小于2.0K时，蒸发波导的高度随着气海温差的增大而增高；当气海温差大于2.0K时，蒸发波导高度随着气海温差的增大而降低，蒸发波导的高度位于12m～18m之间。

从图6可以看出，我国南海西沙海域海区蒸发波导的高度随水平风速变化具有一定的敏感性，当水平风速大于4m/s时，蒸发波导的高度随风速的增大而变化缓慢，蒸发波导高度在15m左右；当水平风速小于4m/s时，其对蒸发波导高度的影响失真。

3 结论

蒸发波导是一种极端超折射的自然现象，它具有超长水平尺度特征和显著的天气背景。中国南海西沙海域海区蒸发波导出现的概率日变化和季节变化相当明显：在一天之内，一般早上出现的概率较高，中午蒸发波导出现的概率较低；而且该海域海区蒸发波导冬季出现概率较高，夏季较低。而中国南海西沙海域海区蒸发波导的高度在其他气象要素条件一定的情况下随月份变化、大气湿度、气海温差、水平风速等的变化有一定的敏感性：冬季蒸发波导高度较高，秋季蒸发波导高度较低；大气湿度越低，蒸发波导高度越高；当气海温差小于2.0K时，蒸发波导的高度随着气海温差的增大而增高；当气海温差大于2.0K时，蒸发波导高度随着气海温差的增大而降低；蒸发波导的高度随风速的增大而变化缓慢。相比之下，大气湿度对蒸发波导高度的影响较大，水平风速影响较小。

研究结果可以更好地为我国海上、海岸运作的在役微波雷达、通信和侦察等电子系统服务。

【参考文献】

[1]戴福山.大气波导及其军事应用[M].解放军出版社，2002：4.

[2]张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学[M].北京：气象出版社，2001：114-121.

[3]刘成国.中国低空大气波导的出现概率和波导特征量的统计分析[J].电波科学学报，1999（2）：60-66.

[4]刘成国.用伪折射率和相似理论计算海上蒸发波导剖面[J].电子学报，2001（7）：970-972.

[5]姚展予.大气波导特征分析及其对电磁波传播的影响[J].气象学报，2000（58）：605-616.

[6]潘中伟，刘成国，郭丽.东南沿海波导结构的预报方法[J].电波科学学报，1996：9.

[责任编辑：杨玉洁]

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