ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №12
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.20
УДК: 621.396
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
ДЛЯ СТАНДАРТНОЙ МОДЕЛИ АТМОСФЕРЫ
В.В. Ахияров1, Е.А. Ищенко2
1АО «Научно-производственное объединение дальней радиолокации»
127083, Москва, ул. 8 Марта, д. 10, стр. 52Воронежский государственный технический университет
394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84
Статья поступила в редакцию 1 ноября 2024 г.
Аннотация. В данной работе для стандартной модели атмосферы получены оценки основных параметров турбулентности в приземном слое высотой до 25 м и во всей толще тропосферы до высоты ~10 км. С использованием данной модели установлено, что вблизи земли квадраты структурных характеристик показателя преломления CN2 в радио- и оптическом диапазоне различаются примерно в пятьдесят раз, при этом значения CN2 остаются примерно постоянными до высоты несколько сотен метров. Выполнена оценка дисперсии флуктуаций показателя преломления и показано, что ее использование позволяет примерно на порядок увеличить дальность прогноза напряженности поля вблизи земли по сравнению со случаем отсутствия флуктуаций.
Ключевые слова: стандартная модель атмосферы, рекомендации Международного Союза Электросвязи, структурная характеристика показателя преломления, дисперсия флуктуаций показателя преломления, дальнее тропосферное распространение радиоволн, метод параболического уравнения.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания «молодежная лаборатория» № FZGM-2024-0003.
Автор для переписки: Ахияров Владимир Влерович, vakhiyarov@gmail.com
Литература
1. Рекомендация МСЭ-R P.835-6. Эталонные стандартные атмосферы. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.835-6-201712-I!!PDF-R.pdf.
2. Рекомендация МСЭ-R P.1546-6. Метод прогнозирования для трасс связи пункта с зоной для наземных служб в диапазоне частот от 30 МГц до 4000 МГц. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.1546-6-201908-I!!PDF-R.pdf.
3. Татарский В.И. Распространение радиоволн в турбулентной атмосфере. – Наука, 1967.
4. Обухов А.М. Турбулентность и динамика атмосферы. – Гидрометеоиздат, 1988.
5. Воронцов П.А. Турбулентность и вертикальные токи в пограничном слое атмосферы. – Гидрометеоиздат, 1966.
6. Burk S.D. Refractive index structure parameters: Time-dependent calculations using a numerical boundary-layer model //Journal of Applied Meteorology and Climatology. – 1980. – Т. 19. – №. 5. – С. 562-576.
7. Molina-Garcia A. et al. Vertical wind profile characterization and identification of patterns based on a shape clustering algorithm //IEEE Access. – 2019. – Т. 7. – С. 30890-30904.
8. Tunick A. CN2 model to calculate the micrometeorological influences on the refractive index structure parameter //Environmental Modelling & Software. – 2003. – Т. 18. – №. 2. – С. 165-171.
9. Sreenivasan K.R. The passive scalar spectrum and the Obukhov–Corrsin constant //Physics of Fluids. – 1996. – Т. 8. – №. 1. – С. 189-196.
10. Srivastava M. K., Sarthi P. P. Turbulent kinetic energy in the atmospheric surface layer during the summer monsoon //Meteorological Applications. – 2002. – Т. 9. – №. 2. – С. 239-246.
11. Смалихо И.Н. и др. Определение скорости диссипации энергии турбулентности из данных, измеренных лидаром «Stream Line» в приземном слое атмосферы //Оптика атмосферы и океана. – 2015. – Т. 28. – №. 10. – С. 901-905.
12. Lukin V.P., Nosov E.V., Fortes B.V. The efficient outer scale of atmospheric turbulence //Astronomy with adaptive optics: present results and future programs, Proceedings of an ESO/OSA topical meeting, held September 7-11, 1998, Sonthofen, Germany, Publisher: Garching, Germany: European Southern Observatory, 1999, ESO Conference and Workshop Proceedings, vol. 56, Edited by Domenico Bonaccini, p. 619. – 1999. – Т. 56. – С. 619.
13. Рекомендация МСЭ-R P. 453-12. Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.453-12-201609-S!!PDF-R.pdf.
14. Marzano F. S. et al. Clear-air turbulence effects modeling on terrestrial and satellite free-space optical channels //2015 4th International Workshop on Optical Wireless Communications (IWOW). – IEEE, 2015. – С. 36-40.
15. Belu R. R., Jumper G. Comparison of the refractive index structure constant prediction using radiosonde data to in-situ thermosonde measurements //2012 9th international conference on communications (comm). – IEEE, 2012. – С. 147-150.
16. Grabner M. et al. Vertical dependence of refractive index structure constant in lowest troposphere //IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2011. – Т. 10. – С. 1473-1475.
17. Ben-Yosef N. et al. Refractive-index structure constant dependence on height //JOSA. – 1979. – Т. 69. – №. 11. – С. 1616-1618.
18. Рекомендация МСЭ-R P.1621-2. Данные о распространении радиоволн, необходимые для проектирования систем связи Земля-космос, работающих в диапазоне 20-375 ТГц. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.1621-2-201507-I!!PDF-R.pdf.
19. Coulman C.E. et al. Outer scale of turbulence appropriate to modeling refractive-index structure profiles //Applied optics. – 1988. – Т. 27. – №. 1. – С. 155-160.
20. Kermarrec G., Schön S. On the determination of the atmospheric outer scale length of turbulence using GPS phase difference observations: the Seewinkel network //Earth, Planets and Space. – 2020. – Т. 72. – С. 1-16.
21. Andrews L.C. et al. Atmospheric channel characterization for ORCA testing at NTTR //Atmospheric and Oceanic Propagation of Electromagnetic Waves IV. – SPIE, 2010. – Т. 7588. – С. 80-91.
22. Xu M. et al. Analysis of the optical turbulence model using meteorological data //Remote Sensing. – 2022. – Т. 14. – №. 13. – С. 3085.
23. Eaton F.D. et al. Comparisons of VHF radar, optical, and temperature fluctuation measurements of Cn2, r0 and θ0 //Theoretical and applied climatology. – 1988. – Т. 39. – С. 17-29.
24. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. – Мир, 1981. – Т. 2.
25. Ахияров В.В. Прогноз дальнего тропосферного распространения радиоволн с использованием рекомендаций Международного Союза Электросвязи // Радиолокация, навигация, связь. – 2023. – С. 255-262.
26. Ахияров В.В. и др. Определение дисперсии флуктуаций показателя преломления для стандартной модели атмосферы //Распространение радиоволн. – 2023. – С. 479-482.
27. Ахияров В.В. Дифракция метровых и дециметровых радиоволн над земной поверхностью //Электромагнитные волны и электронные системы. – 2006. – Т. 11. – №. 9. – С. 28-33.
28. Ахияров В.В. Распространение и рассеяние радиоволн //Успехи современной радиоэлектроники. – 2008. – №. 12. – С. 3-25.
29. Ахияров В.В. Вычисление множителя ослабления вблизи земли с учетом тропосферного рассеяния //Радиолокация, навигация, связь. – 2021. – С. 193-199.
30. Ахияров В.В. Моделирование дальнего тропосферного распространения радиоволн методом параболического уравнения //Журнал радиоэлектроники. – 2022. – №. 1. http://jre.cplire.ru/jre/jan22/6/text.pdf
31. Ахияров В.В. Рассеяние на статистически неровной поверхности с произвольными корреляционными свойствами //Журнал радиоэлектроники. – 2012. – №. 2. http://jre.cplire.ru/jre/feb12/2/text.pdf
32. Ахияров В.В. Моделирование флуктуаций показателя преломления атмосферы для прогноза напряженности поля вблизи земли //Радиолокация, навигация, связь. – 2022. – С. 174-179.
33. Ахияров В.В., Чернавский С.В. Использование численных методов для изучения условий распространения радиоволн //Радиотехника. – 2011. – №. 10. – С. 100-110.
34. Ахияров В.В. Вычисление множителя ослабления над земной поверхностью методом параболического уравнения //Журнал радиоэлектроники. – 2012. – №. 1. http://jre.cplire.ru/jre/jan22/6/text.pdf.
35. Ахияров В.В. Решение задач дифракции методом параболического уравнения //Электромагнитные волны и электронные системы. – 2012. – Т. 17. – №. 11. – С. 24-30.
Для цитирования:
Ахияров В.В., Ищенко Е.А. Оценка параметров атмосферной турбулентности для стандартной модели атмосферы. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.20