大氣波導環(huán)境的存在使電磁波正常的傳播軌跡和范圍發(fā)生變化,對雷達探測和無線電通訊產(chǎn)生了重要影響。特別地,蒸發(fā)波導是海上大氣波導中發(fā)生概率最高、對海上艦艇和岸基雷達探測系統(tǒng)影響最大的一種波導類型,充分利用和有效避免蒸發(fā)波導效應已成為全球各國國防的熱點,研究意義重大。本文基于新一代中尺度大氣數(shù)值模式WRF,與海上蒸發(fā)波導診斷模型NPS相耦合,開發(fā)了一種海上蒸發(fā)波導數(shù)值模擬系統(tǒng)。其中,利用NPS模型分析解決了空間垂直方向底層數(shù)據(jù)分辨率不足的問題。利用該數(shù)值模擬系統(tǒng)對我國南海海域指定區(qū)域和時間的海上蒸發(fā)波導進行數(shù)值模擬計算,并與南海搭建的蒸發(fā)波導探測系統(tǒng)實驗平臺實測數(shù)據(jù)以及其他文獻統(tǒng)計結(jié)果進行了對比分析和驗證,具體工作內(nèi)容包括下面幾點:（1）為了獲取南海海域的實際大氣修正折射率廓線和大氣波導特征參數(shù),利用了南海搭建的蒸發(fā)波導探測系統(tǒng)實驗平臺,及實測的氣象數(shù)據(jù),作為后續(xù)大氣波導模型診斷分析和數(shù)值模擬的基礎;研究了蒸發(fā)波導診斷模型的基本原理,推導了NPS模型診斷過程,并進行診斷計算和誤差分析。（2）研究大氣數(shù)值模式的工作原理和WRF模式的組成模塊及其執(zhí)行流程,提出了大氣波導數(shù)值模擬系統(tǒng)初步框架;在本... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

區(qū)域三維氣象場數(shù)據(jù)

如圖1-6 所示。同時，電波掩星方法也被用于大氣波導的反演，但是因為蒸發(fā)波導高度較低，垂直方向上底層反演準確度仍然不高，需要進一步研究。圖 1-6 雷達海雜波反演結(jié)果伴隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，為了進行區(qū)域性的海洋蒸發(fā)波導研究，利用相對尺度較大的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是一個不錯的選擇。我國學者焦林等[44]進行了相關(guān)研究，利用改良的數(shù)學反演算法對收集的遙感數(shù)據(jù)進行反演推理，并將計算結(jié)果與實測站點數(shù)據(jù)融合，修正最終結(jié)果。1.3.2.3 中尺度數(shù)值模式對于低空波導，一般可以直接采用中尺度大氣數(shù)值模式計算的數(shù)據(jù)結(jié)果，將每個格點的氣象參數(shù)數(shù)據(jù)帶入大氣修正折射率公式，計算得到三維化的大氣修正折射率廓線，從而獲得整個數(shù)據(jù)場的低空波導數(shù)據(jù)。但是蒸發(fā)波導一般發(fā)生在海拔高度 40m以下，受海水蒸發(fā)、海-氣交界面微氣象條件湍流的影響，衛(wèi)星探測初始場數(shù)據(jù)在海拔 100m以下，數(shù)據(jù)變得較為稀疏，現(xiàn)目前無法直接用于蒸發(fā)波導的計算，為了解決三維初始場低海拔數(shù)據(jù)稀少的問題，有學者采用數(shù)值模式同化其它類型的探空觀測資料，提高低海拔處的氣象數(shù)據(jù)；也有學者采用 ARPS/MM5 等大氣數(shù)值模式耦合 Babin 診斷模型對低海拔的蒸發(fā)波導進行數(shù)值計算。中尺度大氣數(shù)值模式一般以地球衛(wèi)星探測的三維網(wǎng)格化數(shù)據(jù)（例如美國NCEP 每 6 小時一次的 FNL 再分析資料）作為模式輸入

圖 1-7 三維氣象數(shù)據(jù)的垂直分層和水平格點在二十世紀八十年代就已經(jīng)建立了地表交界面蒸發(fā)波導預測模的 NOGAPS 系統(tǒng)輸出結(jié)果作為該模式的驅(qū)動數(shù)據(jù)，運算得到境場數(shù)據(jù)，完成蒸發(fā)波導診斷計算，但是效果尚待驗證。經(jīng)過前美軍已經(jīng)擁有了較為成熟的中尺度蒸發(fā)波導業(yè)務預報能力，AMPS 系統(tǒng)就可以實現(xiàn)該功能，并能夠在系統(tǒng)預報的三維大氣波傳播可能受到的影響結(jié)果。同時，法國國家氣象研究機構(gòu)bukhov 大氣邊界層相似理論發(fā)展自己的蒸發(fā)波導高度預報模式期大氣數(shù)值預報結(jié)果構(gòu)造該模式的運行初始背景場，并將最終據(jù)進行對比分析，驗證了模式的可行性，但得知結(jié)果普遍偏高內(nèi)，焦林，張永剛等[45]利用中尺度大氣數(shù)值預報模式 MM5，導預測模型 Babin 對福建平潭島附近海域蒸發(fā)波導高度進行，王振會等[46,47]利用新一代中尺度大氣數(shù)值預報模式 WRF，耦對目標區(qū)域的蒸發(fā)波導高度進行了一定時間的模擬研究。陳莉

【參考文獻】：
期刊論文
[1]TD-LTE大氣波導效應導致干擾研究[J]. 劉毅,牛海濤,張振剛,孔建坤.  移動通信. 2017(05)
[2]基于微滴腐蝕微納光纖Farby-Perot諧振腔的折射率傳感特性[J]. 劉博,李杰,孫立朋,金龍,關(guān)柏鷗.  量子電子學報. 2016(03)
[3]基于雷達海雜波的區(qū)域性非均勻蒸發(fā)波導反演方法[J]. 張金鵬,張玉石,吳振森,張玉生,胡榮旭.  物理學報. 2015(12)
[4]墨卡托投影與蘭勃特投影變形差異——以海南島為例[J]. 李詩陽.  礦山測量. 2015(01)
[5]全球大氣數(shù)值模式動力框架研究進展[J]. 劉宇迪,崔新東,艾細根.  氣象科技. 2014(01)
[6]WRF模式微物理方案對山西省一次強降雨過程模擬的影響[J]. 張少濟,孫科,張華,張學禮,郝智文.  水利水電技術(shù). 2013(09)
[7]衛(wèi)星遙感資料在蒸發(fā)波導數(shù)值預報中的應用[J]. 王振會,楊璐,姚展予,王喆.  電波科學學報. 2012(04)
[8]2008年“威馬遜”臺風期間海上大氣波導時空特征[J]. 成印河,周生啟,薛宇峰.  廣東海洋大學學報. 2012(03)
[9]利用MM5V3模式模擬大氣波導產(chǎn)生的準確率分析[J]. 韓杰,張玉生,康士峰,趙振維,張守寶.  海洋預報. 2012(02)
[10]岸基雷達的大氣波導特性及其影響分析[J]. 李學森,余健,邱德厚.  電子信息對抗技術(shù). 2012(01)

博士論文
[1]Polar WRF對南極地區(qū)天氣過程的模擬試驗研究[D]. 馬永鋒.中國氣象科學研究院 2012
[2]電磁波在大氣波導環(huán)境中的傳播特性及其應用研究[D]. 趙小龍.西安電子科技大學 2008



本文編號：3276721