水凝物的电波传播特性与遥感研究

【摘要】： 水凝物是影响10GHz以上频段系统性能的主要因素，它是电波传播、雷达气象、大气物理和环境遥感等学科研究的重要对象。本文基于降雨和云雾的基本物理特性，对降雨和云雾的毫米波传播特性、降雨和云雾的遥感以及雾的红外辐射衰减特性进行了分析和研究。作者所做工作及主要研究成果如下： 首先基于实测雨滴尺寸分布数据，得到了我国青岛、广州和新乡地区平均雨滴尺寸分布模型。利用平均雨滴尺寸分布和点匹配法计算的雨滴的前向散射数据计算和分析了青岛、广州和新乡地区1—400GHz特征雨衰减特性，得到了特征雨衰减与降雨率的指数关系参数，并与ITU-R(International TelecommunicationUnion-Radiocommunication)特征雨衰减模式进行了系统的比较研究。基于ITU-R特征雨衰减模式的列表参数，提出了特征雨衰减的解析模式，该模式计算的特征雨衰减与ITU-R模式列表参数计算结果间有很好的一致性，并提交ITU-R作为国际标准审议。文中还介绍了用于系统设计的雨衰减预报方法。 基于雨致交叉极化理论，提出了雨致交叉极化的二阶小变量近似方法以及新的雨致交叉极化预测模式，与其它模式和实验数据比较表明，该模式更能反映波的极化特征，较其它模式有一定的改进。 基于我国青岛、广州和新乡地区雨滴尺寸分布数据，计算了球形雨滴雷达反射因子，椭球形雨滴雷达水平极化反射因子和差分反射率，回归给出了这些地区的常规气象雷达反射因子与降雨率的经验关系和多参数雷达水下极化雷达反射因子、差分反射率和降雨率关系，并对其测雨精度和地区差异进行了比较。 提出了利用云雾含水量和能见度确定gamma云雾滴尺寸分布的方法，利用雾的含水量和能见度的经验关系，得到了辐射雾和平流雾的雾滴尺寸分布模型，并对不同类型雾的尺寸分布特征进行了分析和讨论。提出了一种较其它经验模式适用频率和温度范围更宽，计算精度更高的云雾衰减经验公式，并对云雾的毫米波衰减特性及海雾的毫米波衰减实验结果进行了分析和讨论。 基于雾滴尺寸分布模型，对雾的红外辐射衰减特性进行了分析和研究，并给出了10.6μm红外辐射衰减与雾的含水量或能见度的经验关系，该经验关系与实验结果间有很好的一致性。对雾的雷达后向散射特性进行了分析和研究，得到了平流雾和辐射雾的雷达反射因子与含水量和能见度的经验关系。提出了利用可见光衰减(或能见度)和毫米波衰减遥感雨滴尺寸分布和利用双频雷达遥感雾滴尺寸分布的方法，反演给出了几场青岛地区典型海雾的雾滴谱特征，并对云的微波辐射遥感测量结果进行了分析和讨论。