,
.
При расчётах использовалась стандартная тропическая атмосфера, что и при расчётах весовых функций, а также тропическая атмосфера с облачностью. Облачность моделировалась слоем высотой 3 км (3 ‑ 6 км) с равномерным распределением водности c водозапасом 0,25 кг/м2, температура срединного слоя 273,3 K. Температура поверхности океана 300 K, солёность — 40 ‰, частотный диапазон 5…220 ГГц.
Результаты расчётов спектров интегрального поглощения в молекулярном кислороде, в молекулярном водяном паре, в облачном слое, суммарное интегральное поглощение в безоблачной атмосфере и суммарное интегральное поглощение в облачной атмосфере приведены на рис. 2. Максимальное поглощение водяным паром на частоте 22,235 ГГц — 0,393 Нп, в линии 183,31 ГГц превышает 71 Нп. Поглощение в молекулярном кислороде на частоте 118,75 ГГц — 18,8 Нп. Столь большое поглощение вблизи резонансных линий обусловило выбор радиояркостной температуры атмосферного слоя при численных расчётах, пропорциональной 1 – exp(–γ(hi)Δsecθ). Интегральное поглощение в безоблачной атмосфере в окне прозрачности 33…37 ГГц составляет 0,144…0,182 Нп; в окне 80…90 ГГц — 0,648…0,677 Нп; в окне 130…150 ГГц — 1,327…1.914 Нп. Поглощение в облачности в соответствующих окнах составляет 0,081…0.099; 0,343…0,393 и 0,556…0,621 Нп. Это даёт значительный вклад в общее интегральное поглощение атмосферы при водозапасе облачного слоя 0,25 кг/м2, с увеличением водозапаса соответственно возрастает вклад в поглощение облачности.
Рис. 2. Интегральное поглощение в атмосфере. Стандартная тропическая атмосфера. T = 300 K; R = 19 г/м3; W = 41,4 кг/м2. 1 — интегральное поглощение в молекулярном кислороде; 2 — интегральное поглощение в молекулярном водяном паре; 3 — интегральное поглощение в облачном слое (Q = 0,25 кг/м24 TQ = 273,3 K); 4 — суммарное интегральное поглощение в безоблачной атмосфере; 5 — суммарное интегральное поглощение в облачной атмосфере
Результаты расчётов спектров радиояркостных температур восходящего излучения безоблачной и облачной атмосфер, спектров радиояркостных температур системы атмосфера-океан при безоблачной и облачной атмосфере приведены на рис. 3 и 4. На рис. 3 приведены результаты расчётов для горизонтально поляризованного излучения, на рис. 4 — для вертикально поляризованного излучения. Анализ спектров радиояркостных температур излучения системы атмосфера-океан показывает, что для корректного измерения и учёта параметров облачности предпочтительно использовать горизонтально поляризованную компоненту излучения. Здесь превышение температуры системы с облачной атмосферой над системой с безоблачной атмосферой в окне прозрачности 33…37 ГГц составляет около 21,5 K, а в окне 80…90 ГГц — 16,8 K, что в 1,64 и 2,43 раза больше, чем для вертикально поляризованного излучения. Измерения в окне 130…150 ГГц малопригодны для измерения параметров облачности, поскольку изменения составляют 2,5…4 K, и появление облачности приводит к уменьшению радиояркостной температуры системы.
Рис. 3. Радиояркостная температура восходящего излучения атмосферы и излучения системы атмосфера-океан, горизонтально-поляризованное излучение. Стандартная тропическая атмосфера. T = 300 K; R = 19 г/м3; W = 41,4 кг/м2. 1 — радиояркостная температура восходящего излучения безоблачной атмосферы; 2 — радиояркостная температура восходящего излучения облачной атмосферы (Q = 0,25 кг/м2, TQ = 273.3 K); 3 — радиояркостная температура системы атмосфера-океан (безоблачная атмосфера); 4 — радиояркостная температура системы атмосфера-океан (облачная атмосфера, Q = 0,25 кг/м2, TQ = 273,3 K)
Возможность восстановления детального профиля водяного пара по 8–10 уровням на высотах от 0 до 10 км в тропической атмосфере исследовалась для интегральной влажности 4,14…6,93 г/см2 (стандартная атмосфера — атмосфера с максимальной влажностью)[37]. Для расчётов было выбрано среднее значение влажности для этих двух атмосфер: поверхностная влажность — 22,7 г/м3; интегральное содержание водяного пара — 5,53 г/см2. Результаты расчётов весовых функций для радиотеплового излучения атмосферного водяного пара приведены на рис. 5–8.
Рис. 4. Радиояркостная температура восходящего излучения атмосферы и излучения системы атмосфера-океан, вертикально-поляризованное излучение. Стандартная тропическая атмосфера. T = 300 K; R = 19 г/м3; W = 41,4 кг/м2. 1 — радиояркостная температура восходящего излучения безоблачной атмосферы; 2 — радиояркостная температура восходящего излучения облачной атмосферы (Q = 0,25 кг/м2, TQ = 273,3 K); 3 — радиояркостная температура системы атмосфера-океан (безоблачная атмосфера); 4 — радиояркостная температура системы атмосфера-океан (облачная атмосфера, Q = 0,25 кг/м2, TQ = 273,3 K)
Рис. 5. Весовые функции для восходящего излучения атмосферного водяного пара, угол падения — 50,19°. Тропики, средняя атмосфера. Температура воздуха — 300 K; влажность — 22,7 г/м3; давление — 1013 мб; интегральная влажность — 5,53 г/см2
Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км | Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км |
1 | 85,00 | 0,00 | 6 | 179,30 | 6,00 |
2 | 147,00 | 2,00 | 7 | 180,85 | 7,00 |
3 | 168,00 | 3,00 | 8 | 181,80 | 8,00 |
4 | 174,80 | 4,00 | 9 | 182,50 | 9,00 |
5 | 176,80 | 5,00 |
Рис. 6. Весовые функции для восходящего излучения атмосферного водяного пара, угол падения — 50,19°. Тропики, максимальная влажность. Температура воздуха — 300 K; влажность — 26,37 г/м3, давление — 1013 мб; интегральная влажность — 6,93 г/см2
Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км | Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км |
1 | 85,00 | 0,00 | 6 | 179,30 | 6,50 |
2 | 147,00 | 2,95 | 7 | 180,85 | 7,50 |
3 | 168,00 | 3,60 | 8 | 181,80 | 8,75 |
4 | 174,80 | 4,85 | 9 | 182,50 | 9,50 |
5 | 176,80 | 5,55 |
Рис. 7. Весовые функции для восходящего излучения атмосферного водяного пара, угол падения — 50,19°. Тропики, стандартная атмосфера. Температура воздуха — 300 K; влажность — 19,0 г/м3; давление — 1013 мб; интегральная влажность — 4,14 г/см2
Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км | Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км |
1 | 85,00 | 0,00 | 6 | 179,30 | 5,25 |
2 | 147,00 | 1,70 | 7 | 180,85 | 5,90 |
3 | 168,00 | 2,25 | 8 | 181,80 | 7,15 |
4 | 174,80 | 2,75 | 9 | 182,50 | 7,90 |
5 | 176,80 | 3,15 |
Рис. 8. Весовые функции для восходящего излучения атмосферного водяного пара, угол падения — 50,19°. Средние широты. Температура воздуха — 294 K; влажность — 14,0 г/м3; давление — 1013 мб; интегральная влажность — 2,94 г/см2
Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км | Кривая | Частота, ГГц | Максимум, км |
1 | 85,00 | 0,00 | 6 | 179,30 | 4,30 |
2 | 147,00 | 0,55 | 7 | 180,85 | 6,00 |
3 | 168,00 | 1,80 | 8 | 181,80 | 6,90 |
4 | 174,80 | 2,60 | 9 | 182,50 | 7,95 |
5 | 176,80 | 3,30 |
Расчёт весовых функций показал, что при измерениях в диапазоне 85…183 ГГц возможно восстановление профиля влажности по девяти уровням на высотах 0…10 км. Вместе с тем увеличение влажности приводит к смещению максимумов весовых функций в область больших высот, это смещение может достигать 0,95 км для частоты 147 ГГц. При уменьшении влажности атмосферы максимумы весовых функций смещаются на меньшие высоты, смещение здесь может составлять 1,85 км на частоте 176,8 ГГц. Разнесение спектральных каналов в линии 183 ГГц не менее 700 МГц, что позволяет использовать ширину полос приёма порядка 500 МГц.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Основные порталы (построено редакторами)