一次大气波导过程的数值模拟

大气波导传播模型及特性分析（精）At mospheric Duct Propagation Model and Characteristic Anal ysisSUN Fang ZHAO Zhen-wei KANG Shi-feng WANG Hong-guang AbstractKey wordsnNhMdMu k k n af Fmg/~i 一 /i 一 i + i+ 一 +i/+ +x 一 x i gi i +装备环境工程时延太大会引起比较明显的信号失真。

分别选取 2 、 0O 、 20 3 km这个距离点计算时延和传播损耗随高度变化,结果如图、图 7所示时延 /,图 6 各距离点处时延随高度的变化Fig.6 Time d lay di er nt p ints v rsus h ight 2种计算模型,可以有效地分析电磁波在不同的雷达系统参数、不同类型导中幅度特性和传播过程经过分析可知:大气导一方面可以使波在波导内实现超视距传播扩大位于波导内的探测、通信、电子对抗等电子系统的有效作用距离为远距离探测、预警和实现超视距作战提供条件另方面也产生了电磁盲区。

电磁盲区限制了雷达系统对位于盲区内目标探测能力。

对于防御者而言波导顶的盲区是其防御薄弱部位应积极采取措施进行补盲;对于进攻者而言,敌方电子系统盲区是隐蔽接敌、实施奇袭的最佳路径’ 另外波导在延伸了探测距离的同时其区域内的多径效应也有可能导致信号明显失真因此只有充分了解大气波导的各种传播特性才能更好地应用到实际不同的通信和探测系统中去,提高我军防卫体系的实战性能。

扳二玉东井轰垂鑫爵二 -,仲 20 km ---一 .1km 一一 100km 一一万们 km图 7 各距离点处传播损耗随高度的变化g 7 P pagat o s o d fe nt p0 s v r us e ght从图中以看出在高度约 60-20 m 、距离约 50km 以外的盲区由于没有射线出现因此得不到时延的值,而这区域相同离处的传播损耗明显大于高度 60m 以下波导区域内的损耗另外波导内部多条射线的干涉也会引起信号的衰落从图中可以直观地看出于时延的不同导致传输损耗在波导内产生强烈的不规则起伏变化而且随着离的增加时延和损耗也呈增大趋势4结论抛物方程模型和射线追踪技术是目前国际上展得比较成熟的计算波导传播特性的方法。

一次典型高压型海雾过程中海上大气波导的数值模拟袁夏玉;高山红【期刊名称】《海洋与湖沼》【年(卷),期】2014(045)005【摘要】2009年4月9-12日黄海海域发生了一次受高压系统影响的海雾过程.利用卫星观测与探空数据、WRF模式(Weather Research and Forecasting Model)对此次海雾过程及相伴的大气波导进行了观测分析与数值模拟.海雾与波导发展可分为3个阶段:(1)大气波导先于海雾存在于黄海海面;受高压下沉影响,黄海上空存在逆温层和较强的湿度梯度,表现为较强的贴海表面波导和非贴海表面波导.(2)海雾始于高压西部,并随高压系统逐渐东移减弱,向黄海北部扩展;辐射冷却虽然使雾顶附近逆温增强,但海雾的机械湍流使其顶部湿度梯度减小,雾顶附近对应弱悬空波导或波导消失.(3)高压系统影响使干空气下沉到雾区导致黄海海雾消散;雾顶附近逆温仍存在,同时湿度梯度增大,黄海上空逐渐变为非贴海表面波导.本研究结果表明:高压系统不仅极易为波导的发生提供有利条件,而且有利于海雾的生成,在海雾演变过程中主要是雾顶水汽梯度的变化导致了波导类型及强度的变化.【总页数】11页(P907-917)【作者】袁夏玉;高山红【作者单位】中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室青岛266100;中国海洋大学山东省高校海洋-大气相互作用与气候重点实验室青岛 266100;中国科学院大气物理研究所北京 100029;中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室青岛266100;中国海洋大学山东省高校海洋-大气相互作用与气候重点实验室青岛 266100【正文语种】中文【中图分类】P732【相关文献】1.一次海雾过程大气波导形成机理的数值研究 [J], 袁夏玉;高山红;王永明;张守宝2.一次大气波导过程的数值模拟 [J], 胡晓华;费建芳;张翔;韩锐3.0920号超强台风“卢碧”引起的强海上大气波导成因分析与数值模拟研究 [J], 胡昊;费建芳;丁菊丽;王挺;黄小刚;程小平;袁炳4.一次高压型海雾中的液态含水量演变特征 [J], 李晓娜;黄健;申双和;刘寿东;吕卫华5.南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析 [J], 徐峰;韩利国;吕晶晶;王晶;涂石飞;季倩倩;张羽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究一、引言海上低空大气波导是指在海上的低空大气中，由海面、大气和海底组成的波导环境。

海上低空大气波导具有较低的传播损耗和波导损耗，因此被广泛应用于海上油田、舰船通信和海底地震监测等领域。

由于海面的变化以及气象因素的影响，海上低空大气波导的传播特性十分复杂且难以准确预测。

因此，通过遥感反演和数值模拟来研究海上低空大气波导的传播特性，并深入分析其机理，对于完善海上通信和监测系统、提高数据传输和地震监测等方面具有重要意义。

二、遥感反演研究遥感是通过对目标进行光、电、声等传感器的观测，不接触目标物体的直接测量手段。

海上低空大气波导的遥感反演主要基于电磁波传播的原理，通过对波导环境中的电磁波传播特性进行观测，推断出大气参数的分布情况。

1. 遥感观测系统海上低空大气波导的遥感观测系统包括雷达系统、卫星遥感系统和无线电系统等。

其中，雷达系统可以通过对电磁波的发射和接收，测量大气参数如风速、湿度和温度等；卫星遥感系统可以通过接收卫星回传的数据，获取海面温度和海洋表面风场等信息；无线电系统则通过信号的传输情况，推断大气参数的分布。

2. 遥感数据分析遥感数据分析是对获取的数据进行处理和分析，从而获得海上低空大气波导的传播特性。

一般包括对数据的预处理、反演算法的选择以及结果的验证等步骤。

常用的反演算法包括基于统计学原理的最小二乘法和基于模型的变分法等。

三、数值模拟研究数值模拟是通过数学方法模拟大气波导的传播过程，并利用计算机进行求解。

在海上低空大气波导的数值模拟研究中，主要包括模型构建、参数设定、边界条件的设定以及数值求解等方面。

1. 模型构建模型构建是数值模拟的基础，需要根据波导环境的特性来确定模型。

海上低空大气波导的模型主要考虑海面、大气和海底的特性，如海面的波浪高度和方向、大气的湿度和温度分布以及海底的地形和介质特性等。

2. 参数设定参数设定是数值模拟的关键，需要将海上低空大气波导的传播特性转化为数学模型中的参数。

大气辐射传输的数值模拟方法大气辐射传输是指太阳辐射到达地球上的各个部分，包括大气、陆地和海洋，通过大气传输到地面或其他表面。

因此，它是气候研究和气象预报中一个重要的方面。

数值模拟方法可以用来预测和分析大气辐射传输过程和其对气候和天气的影响。

数值模拟方法基于大气物理参数和辐射参数的数学方程式。

这些方程式包括辐射传输方程、大气成分方程、温度方程、能量平衡方程等等。

由于这些方程式之间的相互作用，大气辐射传输的数值模拟需要高度复杂的计算。

因此，模型必须高度精细、高效和准确，以便为气象科学和气候研究提供可靠的数据。

数值模拟方法有多种类型，包括Monte-Carlo方法、蒙特卡罗方程组方法、离散正交多项式方法等。

其中，Monte-Carlo方法是最常用的，并且已经被广泛应用于各种大气物理模型的辐射传输分析中。

Monte-Carlo方法是一种通过随机数模拟偏离真实情况的方法，以获取真实情况的数值模拟结果的方法，它是一种基于统计学的概率仿真方法。

具体来讲，它并不对特定的物理过程进行明确的数学描述，而是在一个虚拟的物理场景下，以逐步确认逐步发展的方式，逐个确立每个过程的随机特征以及相应的概率。

因此，这种方法要求人们从物理上理解辐射传输的全过程，并将其转化为适合统计姐妹分析的方程式。

Monte-Carlo方法的核心思想是使用随机数发生器来生成许多实例，然后使用这些实例来增加统计的可信度。

通过对每个实例的辐射传输进行建模和计算，我们可以对大气辐射传输过程的结果进行准确的预测和估计。

在执行Monte-Carlo方法时，必须考虑到许多参数的影响，包括大气成分、地表状况、太阳辐射、大气扰动等。

此外，为了产生有意义的结果，模拟必须在足够数量的实例上完成。

如果实例数量太少，结果将无法得到准确的统计情况。

总之，数值模拟方法是研究大气辐射传输的重要工具。

Monte-Carlo方法是其中一个主流方法，它可以准确预测和分析大气辐射传输过程和其对气候和天气的影响。

大气湍流中光传播的数值模拟* 马保科1,2， 郭立新1 吴振森1（1.西安电子科技大学，陕西西安 710071 2.西安工程大学，陕西西安 710048 ）摘 要 光在大气湍流中传播时，受大气分子、气溶胶等粒子的相互作用，将发生光束扩展、漂移和相干性退化等大气湍流效应，这些因素严重影响了光波的远场特性。

文章从大气湍流中光传播的理论研究入手，分析了如何构造较为合理的大气湍流相位屏。

进而采用McGlamery 算法，对Kolmogorov 谱下的大气湍流随机相位屏进行了数值模拟，并分析了光波从发射机经湍流大气传播到达接收机时的远场变化特性。

研究表明，大气湍流的存在对光的远场传播质量造成很大的影响，研究结果也为大气湍流中与光传播相关的工程应用及自适应光学技术的完善提供了参考。

关键词 大气湍流；McGlamery 算法；相位屏模拟； 大气结构常数；中图分类号 TP391 文献标识码 A1 引言大气湍流是一个相当复杂的随机媒质系统，虽然物理学界对湍流的研究已经历了相当漫长的历史，但因涉及的因素千头万绪，其间的相互作用和关系也错综复杂，人们对其物理本质至今未能做到较为清楚的认识。

因此，光在大气湍流中传播问题的研究仍存在理论和实验上的挑战[1,2]。

通常，当光在湍流大气中传播时，光束截面内包含着许多的大气漩涡，这些漩涡各自对照射到它的那一部分光束形成衍射作用，可导致光束的强度和相位随机变化，进而表现出光束扩展，大气闪烁和相位起伏等大气湍流效应，从而严重降低了接收机的接收效率。

目前，突破大气湍流的影响仍是光在随机介质中传播所要解决的关键问题[3]。

早在20世纪中期，苏联的Obukhov 便采用Rytov 平缓微扰法由实验反演湍流特征。

在闪烁的饱和现象被发现之后，物理学界又将Markov 近似引入求解光场的统计矩，研究大气湍流下的光场特性[1]。

然而，在中等起伏条件下，目前仍没有找到很好的解析处理方法。

由于数值模拟能够从光的传播过程出发，较为清楚地反映出所涉及问题的物理本质，因而成为研究湍流效应的主要方法[4]。