Анализ метеорологических величин (температуры воздуха, влажности и атмосферного давления) в нижнем слое атмосферы в г. Хабаровск за июль. Особенности определения влияния метеорологических условий в летний период на распространение ультразвуковых волн.
Аннотация к работе
Влияние метеорологических условий на распространение радиоволн различных диапазонов было установлено еще на заре современной радиофизики, однако теоретическая сложность и экспериментальные трудности изучения этого влияния в течение длительного времени ограничивали результаты исследований лишь некоторыми, большей частью качественными выводами. Широкое развитие технических средств радиолокации в годы войны и последующее их применение в науке и технике, возникновение телевидения, космической радиосвязи, телеуправления поставили исследователей перед острой необходимостью изучить закономерности распространения радиоволн с учетом влияния всех слоев атмосферы как среды с переменным показателем преломления. В применении к тропосфере это означало в первую очередь развитие широких теоретических и экспериментальных исследований закономерностей распространения ультракоротких волн (УКВ) в зависимости от метеорологических условий. Поскольку в обычных условиях УКВ не отражаются ионосферой, изменчивость характеристик принятого поля объясняют изменчивостью условий их распространения в нижней атмосфере, в частности вариациями показателя преломления воздуха. Зависимость показателя преломления воздуха от высоты над земной поверхностью вызывает искривление траектории волны, излученной горизонтально.Радиофизическими характеристиками атмосферы являются диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления, которые между собой однозначно связаны. 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). В реальной атмосфере вследствие изменений температуры, давления и влажности происходят сложные пространственно - временные изменения коэффициента преломления. Нормальной считается атмосфера, в которой имеют место линейное уменьшение температуры воздуха с высотой, равное 6,5°C на 1 км, уменьшение давления по барометрическому закону: , (13) и убывание влажности воздуха по эмпирическому соотношению: ,(14) где Р0 и РН - давление на нижнем и верхнем уровнях, g - ускорение свободного падения, R - универсальная газовая постоянная, Т - температура столба воздуха между указанными уровнями, H - высота в км, q - удельная влажность в г/м3, b, с - коэффициенты (0,1112 b 0,2181; 0,0286 с 0,0375).Рассмотрим различные виды радиорефракции и соответствующие им значения градиента коэффициента преломления. При нулевой рефракции (нулевое значение градиента коэффициента преломления) радиолуч остается прямолинейным. Отрицательная рефракция (вызывающая уменьшение дальности радиосвязи) имеет место, если луч направлен выпуклостью вниз, т.е. луч из менее плотной среды переходит в более плотную. Нормальная радиорефракция соответствует рефракции в нормальной (стандартной) атмосфере, имеющей градиент коэффициента преломления-4·10-8 1/м. Радиорефракция при значениях градиента коэффициента преломления от 0 до-4·10-8 1/м называется положительной пониженной рефракцией.Явление рефракции в атмосфере приводит к ошибкам измерения координат объектов радиотехническими и оптическими методами.Криволинейную траекторию луча «разгибают», увеличивая радиус Земли до тех пор, пока траектория луча не окажется прямолинейной. Радиус Земли, соответствующий прямолинейному лучу, называют эквивалентным радиусом и используют для расчетов.Он состоит в том, что влияние кривизны земной поверхности (а следовательно, и кривизны сферической слоистой атмосферы) заменяют влиянием дополнительного значения коэффициента преломления атмосферы.Для изучения закономерности распределения метеовеличин и показателя преломления воздуха летом были использованы результаты, полученные в июле 1977г. на высотной метеорологической мачте (ВММ) в городе Хабаровск (данные были взяты из «Материалов высотных метеорологических наблюдений» [3]). Эти результаты содержат данные измерений температуры и относительной влажности атмосферы на ВММ (из справочника были взяты средние за сутки значения температуры и относительной влажности на высотах 0, 24, 40, 112, 180 м). Для остальных высот (24, 40, 112, 180 м) давление было рассчитано по барометрической формуле: ,(22) где P - давление на высоте z, P0 - давление на исходном уровне, g - ускорение свободного падения, z - высота в м, R - универсальная газовая постоянная (287, 05 Дж/кг·К), T - температура в °K. Данные вводились по датам; для каждой даты значения температуры, влажности и давления вводились на пяти высотах (0, 24, 40, 112, 180 м). Для того, чтобы рассчитать показатель преломления N, еще были необходимы значения упругости водяного пара на всех высотах по суткам.Для изучения закономерности распределения метеовеличин и показателя преломления воздуха в нижнем слое атмосферы летом был выбран город Хабаровск. Хабаровск относится к умеренному климатическому поясу, к области муссонного климата смешанных лесов Дальнего Востока
План
Оглавление
Введение
1. Радиофизические характеристики атмосферы и их связь с метеопараметрами
4.2 Вертикальные профили средней относительной влажности и средней упругости водяного пара июля
4.3 Вертикальный профиль среднего показателя преломления воздуха в июле
4.4 Повторяемость различных видов рефракции в июле
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
Введение
Влияние метеорологических условий на распространение радиоволн различных диапазонов было установлено еще на заре современной радиофизики, однако теоретическая сложность и экспериментальные трудности изучения этого влияния в течение длительного времени ограничивали результаты исследований лишь некоторыми, большей частью качественными выводами.
Широкое развитие технических средств радиолокации в годы войны и последующее их применение в науке и технике, возникновение телевидения, космической радиосвязи, телеуправления поставили исследователей перед острой необходимостью изучить закономерности распространения радиоволн с учетом влияния всех слоев атмосферы как среды с переменным показателем преломления.
В применении к тропосфере это означало в первую очередь развитие широких теоретических и экспериментальных исследований закономерностей распространения ультракоротких волн (УКВ) в зависимости от метеорологических условий. Поскольку в обычных условиях УКВ не отражаются ионосферой, изменчивость характеристик принятого поля объясняют изменчивостью условий их распространения в нижней атмосфере, в частности вариациями показателя преломления воздуха.
Все существующие теории принимают показатель преломления за основной параметр, определяющий особенности распространения УКВ в тропосфере. Зависимость показателя преломления воздуха от высоты над земной поверхностью вызывает искривление траектории волны, излученной горизонтально. В нормальных условиях эта траектория искривляется в направлении к Земле, и кривизна ее составляет около одной четверти кривизны земной поверхности. При некоторых особых метеорологических условиях энергия волны может быть сосредоточена в узких слоистых областях вблизи поверхности Земли, так что далеко за пределами радиогоризонта наблюдается аномально высокая напряженность поля. В других условиях переходный слой между воздушными массами может вызвать отражение энергии радиоволн. В дополнение к эффектам, связанным со слоистостью, атмосфера всегда в большей или меньшей степени турбулентна, что приводит к рассеянию радиоволн и уширению диаграмм направленности антенн.
Изучение атмосферы с точки зрения влияния ее на распространение УКВ является задачей радиометеорологии. Ее составными элементами являются некоторые области радиофизики (распространение радиоволн, техника сверхвысоких частот) и метеорология. Радиометеорологические исследования активно проводятся несколько десятилетий. Однако до сих пор актуальными являются исследования, посвященные пространственно-временным изменениям коэффициента преломления (определяемого метеорологическими величинами) в различных районах и на разных высотах в атмосфере [1].
Курсовая работа посвящена исследованию метеорологических величин и коэффициента преломления, рассчитанного по данным о температуре воздуха, влажности и атмосферному давлению, в нижнем слое атмосферы в городе Хабаровск за июль. Целью данной работы является определение влияния метеорологических условий в летний период на распространение УКВ в выбранном районе.