中国低空大气波导出现概率和波导特征量的统计分析

本文简要说明了我们对大气波导的统计方法，并对统计结果作了讨论和分析。文中详细讨论了中国低空大气波导在不同地区的出现情况，说明了它们在各地出现概率随季节月份的变化情况及日变化情况，还说明了悬空波导和贴地波导基本分布状况；对于波导顶高、强度、厚度、高度等特征量，主要给出了它们的平均值和波导在不同数值上的分布。结果表明，我国低空大气波导出现的高概率区是南部沿海、东南沿海、东部沿海和西北地区中部；我国的四大高原、天山以北和东北平原是无波导区；我国低空大气波导的顶高一般在地面上２０００ｍ以内，强度在０～２０Ｍ单位之间，厚度一般是１００～５００ｍ，高度是西北地区绝大部分为０米，沿海地区大多数超过３００ｍ。同时文中也讨论了我国低空大气波导的分布和我国各地的具体地理位置、气候条件的相关情况。     

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.     

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.     

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,...     

黄海海域低空大气波导发生概率和特征量统计分析

基于2010―2018年全球电信系统（Global Telecommunication System,GTS）发布的探空站数据,对黄海海域周边8个站的低空大气波导发生概率和参数特征量进行了统计分析.结果显示：黄海海域周边低空大气波导年发生概率为20%～50%,并呈现海域东部站点高于西部的规律;表面波导顶高和强度分别为100 m和10 M单位左右,截止频率不超过1 500 MHz,穿透角大于0.2°;悬空波导顶高、层底高和底高基本位于1 000～2 000 m,强度在10 M单位左右,截止频率不超过300 MHz,穿透角大于0.2°;各站点低空大气波导月份发生概率均在冬季最低,海域东部的光州和京畿道站月份发生概率分布比较相似,海域西北部的丹东、大连和成山头站月份发生概率分布比较一致;整个黄海海域的月份发生概率在冬季最低,不超过20%,春季逐渐提高,夏季达到40%以上,10月份开始降低,下降趋势持续到冬季,月份发生概率变化与该海域气象变化密切相关.统计结果可以为该海域内雷达、通信等无线电系统的设计和运行保障提供参考.     

基于AIS信号的低空大气波导监测试验分析

鉴于低空大气波导对海上工作的雷达、通信系统的显著影响,提出了基于实测船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)信号的海上低空大气波导遥感新方法.首先讨论了不同大气折射环境下的AIS信号传播特性,验证了低空大气波导尤其表面波导对海上实际VHF频段AIS信号的显著影响;然后给出了2018年4月20日以及22日岸基AIS接收机接收功率平面位置分布图结果,利用接收站附近探空站的修正大气折射率剖面验证了大气波导是形成AIS信号远距离传播的主要原因;最后给出了基于AIS信号反演低空大气波导的步骤,采用粒子群优化算法得到根据单一方位接收功率的反演结果.该方法具有被动接收、时空分辨率高的优点,是当前雷达海杂波、卫星导航信号遥感探测大气波导的有益补充.     

大气波导效应及其对低空探测的影响分析

对于低空搜索雷达来说,希望能尽早准确地判知低空威胁目标,但在出现大气波导效应时,雷达探测性能往往会受其影响;从大气波导效应的成因、类型以及在我国的分布情况出发,分析了大气波导效应对低空搜索雷达正常工作的影响,初步提出了在大气波导情况下改善和提高雷达低空检测性能的技术措施。     

冬季南海北部近岸蒸发波导环境分析

利用南海近岸冬季1月份铁塔气象梯度数据和海面皮层温度数据,对我国南海近岸蒸发波导环境及其影响参数进行了分析.结果表明：整个冬季南海北部近岸蒸发波导环境是变化的,不低于10 m蒸发波导平均发生概率为85%以上,平均折射率梯度为-1.7 M units/m,同时日变化特征明显,中午前后发生概率较高为95%以上,平均折射率梯度为-2.0 M units/m,深夜发生概率较小80%左右,折射率梯度为-1.5 M units/m.南海北部近岸风向转换是影响整个冬季蒸发波导环境变化的主要原因.该分析为定量诊断和预报我国南海近岸蒸发波导环境提供依据.     

中国近海大气波导的时空特征分析

利用2006～2007年高时空分辨率的NCEP-FNL大气再分析数据与气象观测数据,详细统计分析了中国近海大气波导的时空分布,给出了大气波导出现概率与其高度、厚度和强度等特征量的统计特征,并初步探讨了其成因.统计结果揭示:中国近海大气波导出现概率及波导类型的变化与东亚季风活动紧密关联,季风是其气候学成因;夏季时渤海、黄海、东海沿岸海域大气波导明显增多;台湾海峡与台湾东南毗邻海域常年是波导发生最频繁的海区.研究表明:借助中尺度大气数值模拟可以更细致地研究与预测中国近海大气波导的时空分布特征.     

中国近海局部海域低空大气波导的天气学特征分析

利用大气模式MM5模拟结果统计分析了中国近海低空大气波导的季节分布特征;根据模拟结果与观测数据选取局部海域为研究对象,采用经验正交函数(EOF)分解方法,详细研究了该海域低空大气波导形成的天气学特征.研究发现,当位于冷高压偏南侧、或热带低压的西北侧、或南部高压与北部低压之间时,依次对应着有利于产生低空大气波导的三种主要天气形势;第一种形势(约占41%)下的波导高度较高(约1300～1600m),第二种形势(约占7%)下的波导强度较大(约17M),它们的共同点是辐散下沉形成稳定逆温层且大气低层较强的水汽平流造成较大的水汽垂直梯度;第三种形势(约占4%)下,平流过程是形成大气波导的主要原因.本文研究同时表明,分析某一局部海域大气波导天气学特征时,EOF分解方法是一种极为有效的途径.     

中国低空大气波导的极限频率和穿透角

针对我国5G网络受大气波导影响的特点及其形成条件,提出了一种具有广泛适应性的大气波导干扰消除方法。即利用网络测量计算出精准的俯仰角调整值,结合大规模阵列天线技术带来的广播波束调整能力,实现实时自动的俯仰角下压以消除干扰源。对大气波导高发区的琼州海峡、北部湾和南海区域的5G网络,采用本文方法计算出需要调整的俯仰角并对覆盖和干扰进行仿真,结果表明在保证本区域5G网络覆盖能力的同时,大气波导带来的大尺度5G网内干扰显著降低。该方法相比于通过5G网内调整保护周期(protection period, GP)规避远端干扰的方式,更能抗长距离干扰,适用于大气波导高发沿海区域。     

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.     

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.