蒸发波导模型特征及其适用性研究.pdf

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1、第30卷第5期2013年10月海洋预报MARINEFORECASTSVbl．30．No．5Oct．2013DOI：10．11737／j．issn．1003-0239．2013．05．012蒸发波导模型特征及其适用性研究郭相明，康士峰，张玉生，韩杰，张守宝(中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室，山东青岛266107)摘要：蒸发波导是海面上经常出现的大气结构，实时获取蒸发波导环境下的大气折射率剖面，对于海上运作的雷达、通信、导航等系统效能发挥具有重要意义。通常通过测量近海面高度上的空气温度、湿度、风速和气压，以及海面温度，采用蒸发波导模型来确定蒸发波导环境下的大气折射率剖面。针对目前

2、不同蒸发波导模型在相同大气条件下波导高度预测结果存在差异的问题，对5种蒸发波导模型进行了模型误差敏感性分析，同时基于铁塔平台实测水文气象数据计算的蒸发波导高度与不同模型预测的高度进行了比较，给出了不同大气稳定性条件下蒸发波导模型使用建议，所得结果对海上蒸发波导环境下的电波传播特性计算以及蒸发波导的预报具有一定的指导意义。关键词：蒸发波导模型；大气波导；相似理论；海洋边界层中图分类号：TNOll．3文献标志码：A文章编号：1003．0239(2013)05—0075．09蒸发波导是近海面经常出现的大气结构，当海面出现蒸发波导时，能将一定频率以上的电波陷获在波导层内传播，使得传播衰减明显减小，传播

3、范围显著改变，不仅可以引起雷达等无线电系统的作用距离增大，也可以引起雷达盲区【1。21等。因此，蒸发波导历来成为大气波导研究的重点和热点。目前，通常基于近海面测量的水文气象参数，利用蒸发波导模型获取近海面大气折射率剖面。蒸发波导模型是伴随大气边界层莫宁一奥布霍夫相似理论的提出而发展起来的，但在应用上存在差异。早在1965年Jeske就提出了蒸发波导高度的表达式，随后1974年和1978年Rotheram和Gossard分别也提出了蒸发波导高度的计算方法[3】。在20世纪70年代，美国海军海洋系统中心开发的综合折射效应预报系统IREPS中集成了Jeske蒸发波导高度的计算方法。进人20世纪80年

4、代，Paulus基于海上电波传播试验和海上实际观测的水文气象资料，对Jeske提出的蒸发波导模型进行了修正，后来被称为PJ模型，目前已集成在美国高级折射影响预报系统AREPS中。上世纪80年代中期以来，随着近地层相似理论和海气耦合理论的深入研究，主要是相似理论普适函数表达式、海面粗糙度计算方法、湍流通量算法的进步，出现了不同的蒸发波导模型。1984年14]，加利福尼亚海洋战场评估中心的KurtKral基于建立了NWA模型，1992年Cook和Burk建立了NRL模型，1996年，在美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室攻读博士的Babin，基于COARE2．0通量算法在其博士论文中提出了一种算蒸发

5、波导高度的方法芦棚，后来称为BYC模型，2000年，美国海军研究生院的Fredefickson，Davidson和Goroch提出了NPS蒸发波导模型网。同时，在1992年01，法国气象局的LucMusson—Genon、SylvieGauthier和EricBmth利用欧洲中尺度天气预报中心的数值预报模式中近地层参数化方案有关方法，提出了MGB蒸发波导模型。收稿日期：2012—12—27基金项目：国家自然科学基金(41175012)，作者简介：郭相明(1981一)，男，工程师，主要从事大气波导机理与模型，海洋边界层等方面的研究。E-mail：xraguo@163．corn76海洋预报30卷我

6、国研究人员一直跟踪、消化、吸收国外蒸发波导模型的研究进展，相继提出和改进了蒸发波导模型，并开展了蒸发波导模型在我国海区的适应性研究。2001年一。Ⅲ，刘成国博士提出了以伪折射率为相似参量的蒸发波导模型；2005年，戴福山[11l提出了采用局地相似理论进行稳定大气条件下蒸发波导高度的计算方法；2008年”21和2009t131年李云波等采用海洋一大气耦合响应试验(TOGACOARE)发展起来的目前最先进的块体通量算法COARE3．0对NPS模型进行了改进；2009年丁菊丽等基于COARE3．0通量算法，对戴福山提出了采用局地相似理论进行稳定大气条件下蒸发波导高度的计算方法进行了详细的推导和敏感性

7、试验“41；2010年郭相明”51等人提出了基于湍流通量的蒸发波导高度计算方法。同时，我国的研究人员不断进行蒸发波导模型适应性研究，2007年潘越开展了PJ模型在海岸区域的适用性研究”6I，随后在2009和2010年海军工程大学的田斌、左雷博士等人基于海上系留探空气球携带探空仪探测的大气环境数据计算的蒸发波导高度”7。201，对PJ模型、MGB模型、BYC模型、伪折射率模型进行了我国海域的适应性研