基于海气通量算法的海上蒸发波导诊断模型

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1、第２０卷５期应用气象学报Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５２００９年１０月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＯｃｔｏｂｅｒ２００９基于海气通量算法的海上蒸发波导诊断模型李云波张永刚唐海川王华焦林（海军大连舰艇学院军事海洋研究中心，大连１１６０１８）摘要蒸发波导是海上普遍存在的海洋天气现象，也是导致海上电磁波异常传播的重要因素，严重影响了海上雷达、通信及电子设备的有效应用。而ＴＯＧＡＣＯＡＲＥ（海洋大气耦合响应试验）通量算法为蒸发波导的精确诊断提供了条件，因此，该文建立了基于海气通量算法的海上蒸发波导诊断模

2、型，并利用福建海域铁塔观测资料以及海上雷达探测试验数据与美国业务运转的ＰａｕｌｕｓＪｅｓｋｅ诊断模型对比，结果表明：通量蒸发波导诊断模型的各项对比结果均优于ＰａｕｌｕｓＪｅｓｋｅ模型。关键词：蒸发波导；ＴＯＧＡＣＯＡＲＥ；通量算法；相似理论成果等对ＰＪ模型进行了部分改进，建立基于伪折射［７］［８］引言率概念的蒸发波导模型。戴福山在Ｂａｂｉｎ模型的基础上，提出了局地相似蒸发波导模型。各种模在海洋大气边界层中，存在着不同层高的大气型建立的目的在于更加准确地提供大气波导特征折射陷获层，使部分电磁波被陷获在一定厚度的大量，为波导环境下的电磁波

3、传播评估提供输入。气边界层内传播，这种现象称为大气波导。由于大但是，目前在波导诊断模型的研究中仍然存在气波导的存在，改变了电磁波的传播特征，使电磁波不足，主要表现为：经验关系函数应用多，诊断精度能够克服地球曲率的限制，实现超远距离传播，使雷难以保障。例如ＰＪ，ＭＧＢ模型，主要是依赖了达等电子装备具有超视距探测的能力。Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数和Ｏｂｕｋｈｏｖ长度之间的经验关系，而大气波导一般分为蒸发波导、表面波导、抬升波且许多经验关系是通过陆上试验总结得出的，对于［１］导。对海上电子装备影响最大的是海上蒸发波下垫面是海洋的情况试验较少；低风速

4、条件下Ｍｏ导，它普遍存在于我国周边海区，特别在我国低纬度ｎｉｎＯｂｕｋｈｏｖ相似理论的实用性问题；海水盐度对热带海区可利用的蒸发波导出现概率约为８０％，中于水汽压的影响；蒸发波导高度微分迭代计算的收高纬度海区约为４０％～５０％。国外资料显示，美、敛性问题。本文在借鉴综合国外研究的基础上避免俄已在２０世纪５０，６０年代开展了波导现象及其在和克服上述不足，并通过系统的海上试验进一步阐［２］［３］军事上的应用研究。美国的ＰａｕｌｕｓＪｅｓｋｅ模型明基于通量算法的蒸发波导诊断模型效果。（简称ＰＪ模型）是早期最成功、并被广泛使用的蒸发波导模型

5、，１９７８年被美国海军用作业务化预报模１基于通量算法的蒸发波导诊断模型型，并且嵌入美海军的高级折射效果预报系统ＡＲＥＰＳ，用以评估预报海上电磁波传播，一直延用由于蒸发波导常发生于近海面层，因此Ｍｏｎｉｎ［４］至今。此外，还有ＬＫＢ蒸发波导模型，Ｂａｂｉｎ蒸发Ｏｂｕｋｈｏｖ相似理论成为处理这类问题的基础。本文［５］波导模型，ＮａｖａｌＰｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌ模型（ＮＰＳ建立的基于通量算法的蒸发波导模型（简称Ｆｌｕｘ模［６］模型），欧洲中尺度预报系统的ＭｕｓｓｏｎＧｅｎｏｎ型）将相似理论与通量算法结合，首先求得各气象要［５］

6、ＧａｕｔｈｉｅｒＢｒｕｔｈ模型（ＭＧＢ模型）等。国内大气素垂直廓线分布，进而得到修正折射率廓线，根据修波导方面的研究开展较晚，但也取得了一些成果，刘正折射率最小值对应的高度，确定波导高度。国家８６３计划“海上蒸发波导监测及诊断评估系统”（２００２ＡＡ６３９３００）资助。２００８０７２１收到，２００９０６２２收到再改稿。５期李云波等：基于海气通量算法的海上蒸发波导诊断模型６２９１．１确定各气象要素廓线犖＝７７．６犘－５．６犲＋３．７５×１０５犲（３）２长期开展的ＴＯＧＡＣＯＡＲＥ［９１１］调查所改进的犜犜犜［１２１４］式（３

7、）中，犘，犲分别是总大气压和水汽分压，单位为海气通量计算方法已被广泛使用，算法所用到的函数关系均来自于大洋试验。本文借鉴ＴＯＧＡｈＰａ；犜是气温，单位为Ｋ。狕６ＣＯＡＲＥＢｕｌｋＭｏｄｅｌ３．０与ＭｏｎｉｎＯｂｕｋｈｏｖ相似犕＝犖＋×１０≈犖＋０．１５７狕（４）狉０理论，确定表层的风速、温度、比湿的特征尺度狌，式（４）中，狉是地球半径，单位为ｍ；狕是高度，单位０，狇。θ为ｍ。狌＝犮１／２（犛－狌）＝犽（犛－狌ｓ）ｄｓｌｎ（狕／狕０）－Ψ狌（ξ）２模型实测对比分析θ＝犮１／２（犜）＝犽（犜ｓ－θ）（１）犜ｓ－θｌｎ（狕／狕０狋）

8、－Ψ狋（ξ）利用２００２年５月平潭岛铁塔数据，进行实测数狇＝犮１／２（狇）＝犽（狇ｓ－狇）狇ｓ－狇ｌｎ（狕／狕）－Ψ（）据拟合，建立模型实测对比标准廓线（如图１所示）。０狇狇ξ式（１）中，风