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.     

中国近海蒸发波导反演中最佳雷达参数分析

利用雷达海杂波反演大气波导折射率(Refractivity From Clutter,RFC)的技术可以实现海洋低空对流层近实时、区域性、非均匀折射率的探测反演,但其反演性能受雷达参数和折射率区域时空统计特性以及地(海)面的影响,为了使RFC技术在中国海域蒸发波导反演中体现出较好的性能,使用粒子群优化算法和自适应目标函数,利用美国圣地亚哥空海作战系统中心高级折射效应预报系统提供的中国海域蒸发波导高度区域统计数据,依据考虑区域统计特性的均方根误差评判模型,研究了中国不同海域、不同月份,不同雷达频率天线高度组合情况下的蒸发波导RFC反演性能,分析得出适用于中国近海蒸发波导RFC反演的最佳雷达频率和天线架设高度范围,所得结果对我国周边海域监测以及海上无线电系统的设计与应用具有参考价值.     

一种蒸发波导的集合诊断方法及其数值预报应用

基于Babin模型并分析了海上蒸发波导对气象输入参数的敏感性,引入数值天气预报中集合预报的思路,提出了一种新的蒸发波导诊断方法——集合诊断方法（Babin_Ens法）.运用它对中国近海4个岛屿站点的实测数据进行了波导诊断结果的对比验证,发现：与Babin模型（Babin法）相比,Babin_Ens法使波导高度与强度偏差的平均改进率分别达到了23.49%与19.29%.进一步尝试运用Babin_Ens法对WRF（Weather Research and Forecasting）模式的预报信息进行了蒸发波导的数值预报,波导高度与强度预报偏差的平均改进率分别提高了14.01%和16.92%.研究表明,集合诊断可以显著地提高波导信息的诊断准确度,是一种改进蒸发波导诊断准确度的可行途径.     

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.     

蒸发波导对舰载雷达超视距干扰的影响

舰载雷达常利用蒸发波导实现对海上目标的超视距探测,同样蒸发波导也会对有源干扰性能产生影响。针对舰载雷达干扰对抗,基于蒸发波导区域预报数据和雷达干扰方程,对舰船自卫干扰方式的雷达回波功率、干扰功率、干信比等进行了仿真计算和分析,并获得干扰设备在蒸发波导环境中的合理布设区域。结果表明:合理利用蒸发波导条件,可形成对雷达的超视距干扰。评估海上蒸发波导环境下雷达的干扰性能,可为雷达对抗提供辅助决策信息。     

风向对蒸发波导环境特性影响的研究

海上蒸发波导环境特性在具体应用时很少考虑风向的影响.应用伪折射率模式,对我国东海和南海部分近海海域的数据分析表明,在我国近海海域,陆地风(离岸风)和海面风(向岸风)对蒸发波导的环境特性有一定的影响,影响程度随季节和海域的变化而不同.蒸发波导环境与传播试验场地的选择及其试验数据的处理应考虑风向的影响.     

海表温度对蒸发波导预报影响的研究

为了提高蒸发波导模型的预报准确性,分析了海表温度梯度结构和蒸发波导模型对气海温差的敏感性,分析发现用一定深度处的海水温度代替海表温度会导致模型预报的波导高度偏低,与海上试验数据分析结果一致,得出通过精确测得海表皮层海水温度,可以提高蒸发波导高度预报的准确性。     

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.     

海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性相关性研究

海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性的相关性研究对电波传播的短期预测以及无线电通信系统的设计和应用有着十分重要的意义。该文根据在我国黄渤海海域进行的14.1 GHz海上对流层微波超视距传播试验的传输损耗数据以及在发射端塔基平台上同步进行的气象梯度仪试验的气象数据,分别分析了风向、风速以及气海温差对传输损耗和蒸发波导高度相关性的影响,研究了沿海海域气象数据在微波超视距传播链路中的可用性,并结合散射抛物方程方法和高级折射效应预报系统(AREPS)对分析结果进行了验证。该文的研究结果对海上对流层微波超视距传播的传播特性以及短期预测的研究有一定的指导意义。     

南海、东海蒸发波导出现规律的对比分析

利用2002年1～3月的铁塔平台气象水文数据以及New蒸发波导模型分析研究了南海及东海海域蒸发波导的出现规律,并利用实测数据对模型结果进行了检验.结果表明:南海海域蒸发波导的出现概率、高度、强度分别为100%、13.4m和30.3M,而东海海域分别为90%、9.1m和16.6M;除以14时为代表的中午时刻,南海海域一天当中蒸发波导基本上都出现在不稳定及近中性层结条件下,而东海海域蒸发波导在稳定、不稳定和近中性层结条件下的出现概率差别不大;相对蒸发波导高度而言,New模型诊断蒸发波导出现概率和强度的效果更好;不稳定及近中性弱不稳定层结条件下,New模型诊断的蒸发波导高度偏低,稳定层结条件下模型结果偏高,近中性弱稳定条件下模型结果与实测最吻合.     

蒸发波导条件下C频段舰载雷达天线架高研究

为充分发挥C频段舰载雷达在海上蒸发波导条件下的目标探测能力,开展了雷达天线架设高度的研究.根据基于抛物方程(PE)的电磁波传播衰减计算方法,计算并比较了C频段舰载雷达辐射电磁波在不同蒸发波导高度条件下的传播衰减值,根据结果建议在蒸发波导高度普遍较高的南海,天线架高定在10 m左右,在蒸发波导高度一般不超过15 m的黄海海区,天线架高定在20～30 m之间,实际应用中需考虑雷达使用海区的蒸发波导高度分布规律.研究结果对于C频段舰载雷达的设计和使用具有参考价值.     

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.     

蒸发波导环境中的雷达探测性能分析

应用抛物型方程和电波传播的基本理论,计算了电磁波在近海面中性层结条件蒸发波导中和标准大气中的传输损耗,得到了蒸发波导中电磁场的空间分布特性.利用伪彩色图分析了蒸发波导厚度、天线高度和发射仰角对雷达探测性能的影响,数值仿真克服了目前射线描迹技术尚不能精确描述空间场分布的缺点,为有效预测雷达系统的探测盲区以及覆盖区提供了可靠的依据.     

用伪折射率和相似理论计算海上蒸发波导剖面

本文说明了以伪折射率为相似参量用相似理论估算蒸发波导高度的理论方法.由于海面附近折射率梯度变化可近似认为与气压无关,所以定义了伪折射率,推导了其相似公式,得到了蒸发波导高度满足的方程和一般文献都未给出的M剖面计算公式.本文给出了本方法的计算机模拟典型结果、利用实测海洋资料计算的蒸发波导高度等参数的统计结果蒸发波导剖面以及海上折射率测量结果和本方法预测结果的对比结果等,这些结果表明本文给出的方法是有效的.     

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.     

海上蒸发波导中电波传播特性实验研究

随着海战场日趋重要,对电磁波在海面蒸发波导中传播特性的研究越来越被重视,研究方法更是成为备受关注的问题。提出了蒸发波导中电波传播特性的实验方法,主要对大气折射率的变化进行了研究,方法包括无线电高空探测仪、气象分析与预测系统和推导预测3种。通过具体的实验数据对几种方法进行了仿真与对比分析,分析表明推导预测的方法更接近理论预测值。