Распределение метеовеличин и коэффициента преломления воздуха в нижнем слое атмосферы летом

2.2 Методы учета радиорефракции

Явление рефракции в атмосфере приводит к ошибкам измерения координат объектов радиотехническими и оптическими методами. Регулярную составляющую таких ошибок можно учитывать путем введения соответствующих поправок в результаты измерений. В зависимости от изменчивости вертикального градиента коэффициента преломления различают два способа введения поправок:

Метод эквивалентного радиуса Земли;

Метод приведенного коэффициента преломления.

2.2.1 Метод эквивалентного радиуса Земли

Он сводит задачу криволинейного распространения радиоволн к задаче с прямолинейным распространением. 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. Эквивалентный радиус Земли будет равен:

,(18)

где RЭ – эквивалентный радиус Земли,

KP – коэффициент пропорциональности,

RЗ – радиус Земли.

Коэффициент пропорциональности определяется формулой:

,(19)

где n0 – значение коэффициента преломления на уровне земной поверхности.

Для нормальной атмосферы, полагая = – 4·10-8 1/м, RЗ=6370·103 м, n0=1, получаем KP=1,33 и RЭ=8460 км.

При расчетах, связанных с обеспечением радиовидимости, следует оперировать с эквивалентным радиусом Земли так же, как и с обычным радиусом Земли при отсутствии рефракции.

2.2.2 Метод приведенного коэффициента преломления

Он состоит в том, что влияние кривизны земной поверхности (а следовательно, и кривизны сферической слоистой атмосферы) заменяют влиянием дополнительного значения коэффициента преломления атмосферы. Для этого криволинейную траекторию луча вместе с земной поверхностью «разгибают» до тех пор, пока сферическая поверхность Земли не превратиться в плоскую, а луч при этом будет иметь другую кривизну. Соответствующий новой рефракции коэффициент преломления атмосферы называется приведенным коэффициентом преломления.

Приведенный коэффициент преломления равен:

,(20)

или в N – единицах:

.(21)

Приведенный коэффициент преломления используется так же, как и обычный коэффициент преломления в задачах распространения над плоской Землей [2].

3. Исходные материалы и методика их обработки

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). Температура воздуха на этой мачте регистрировалась термоградиентографом с погрешностью 0,2÷0,3°C. Влажность воздуха измерялась с помощью пленочного датчика с погрешностью 7%.

Данные по давлению были взяты из «Климатического атласа СССР» [4] для уровня 0 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.

Обработка материалов велась с помощью процессора Exel. 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. Парциальное давление е было рассчитано по формуле (10). Далее были рассчитаны значения показателя преломления N по формуле (9) и вертикальные градиенты по формуле (12) (см. приложение таблица 1).

После проведения расчетов были выполнены еще дополнительные действия:

Из общего массива данных через автофильтр находились отдельно данные по каждой высоте за месяц; На этих высотах были посчитаны среднемесячные значения t, f, e, P, N, dN/dH и их среднеквадратические отклонения (см. приложение таблицы 2, 3, 4, 5, 6);

По среднемесячным значениям t, f, e, N на каждой высоте были построены графики вертикальных профилей этих величин (см. анализ графиков и сами графики в главе 4);

Была посчитана повторяемость различных видов рефракции по значениям вертикального градиента dN/dH (см. таблицы 2,3).

После проведения всех расчетов, был сделан анализ полученных результатов (см. главу 4).

4. Вертикальные профили радиометеорологических величин

Для изучения закономерности распределения метеовеличин и показателя преломления воздуха в нижнем слое атмосферы летом был выбран город Хабаровск. Он расположен в юго – восточной части нашей страны (48°35′ с.ш. и 135°в.д.). Хабаровск относится к умеренному климатическому поясу, к области муссонного климата смешанных лесов Дальнего Востока. Средние температуры июля и января составляют + 16°C и – 24°C соответственно [5].

Как уже было сказано раньше, по среднемесячным значениям t, f, e, N на каждой высоте были построены графики вертикальных профилей этих величин (таблица 1).

Таблица 1 – Среднемесячные значения радиометеорологических величин на разных высотах

 Скачать реферат