ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 5 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Радиофизические особенности радиолокационных отражений от ясного неба в миллиметровом диапазоне длин волн

К.В. Куликовский1, В.В. Стерлядкин1

1 МИРЭА - Российский технологический университет, Москва, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.5.1 УДК 621.396.96 EDN RGSCKV

Аннотация

Исследованы особенности доплеровских спектров радиолокационных сигналов миллиметрового диапазона длин волн, рассеянных атмосферными неоднородностями в условиях ясного неба. Описана методика проведения измерений когерентным ветровым профайлером. Приведены результаты измерений радиолокационной отражаемости Z в условиях летней конвекции, которые не удается интерпретировать традиционной теорией Брегговского рассеяния на неоднородностях обусловленных локально однородной изотропной турбулентностью. Экспериментальные значения нередко на два порядка превышают максимальные теоретические оценки. Анализ тонкой структуры доплеровских спектров, полученных в летних условиях, указывает на их большую ширину, многопичковость, пространственную изменчивость. Данные особенности авторы связывают с формированием термиков, в структуре которых наблюдаются близко расположенные восходящие и нисходящие потоки. Высокий уровень радиолокационной отражаемости также подтверждает конвективную версию формирования сигналов, при которой большое различие влажности в близко расположенных восходящих и нисходящих слоях на границе термика приводит к формированию вихрей с большими градиентами показателя преломления.

  • радарная метеорология
  • ветровой профайлер
  • отражения от ясного неба
  • миллиметровые волны
  • структура доплеровских спектров
  • радиолокация термиков
Abstract (in English)

Radio-physical features of radar reflections from a clear sky in the millimeter wavelength range

The features of the Doppler spectra of radar signals scattered by atmospheric inhomogeneities under clear sky conditions are studied. A technique for measuring the wind field in the millimeter wavelength range using a coherent radar is described. The results of measurements of the radar reflectivity Z under summer convection cannot be interpreted by the theory of Bragg scattering on inhomogeneities due to locally homogeneous isotropic turbulence. The experimental values can exceed the theoretical estimates by two orders of magnitude. An analysis of the fine structure of the Doppler spectra obtained under summer conditions indicates their large width, multi-peakedness, and spatial variability. The authors attribute these features to the formation of thermals, the structure of which is accompanied by closely spaced ascending and descending flows. The high level of radar reflectivity also confirms the convective version of signal generation, in which a large moisture difference in closely spaced ascending and descending layers at the thermal boundary forms eddies with large refractive index gradients.

Для цитирования

Куликовский К.В., Стерлядкин В.В. Радиофизические особенности радиолокационных отражений от ясного неба в миллиметровом диапазоне длин волн // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.5.1

Литература

  1. Горелик А.Г., Костарев В.В. Радиоэхо некоторых невидимых объектов тропосферы. ДАН СССР. 1959. Т.125. №1. С.59-61.
  2. Atlas D. Radar Studies of Meteorological Angel Echoes. J. Atmospheric Terrest. Phys. 1959. V.15. №3-4. P.262-287.
  3. Атлас Д. Успехи радарной метеорологии. Ленинград, Гидрометеоиздат. 1967. 195 с.
  4. Стерлядкин В.В., Куликовский К.В., Калмыков В.М., Ермилов Д.В. Радиолокационные отражения от ясного неба в диапазоне 35 ГГц. Радиотехника и электроника. 2021. Т.66. №9. С.863-871. https://doi.org/10.31857/S0033849421090163
  5. Стерлядкин В.В., Куликовский К.В., Калмыков В.М., Ермилов Д.В. Радиолокационные отражения от ясного неба в миллиметровом диапазоне длин волн. Российский технологический журнал. 2018. Т.6. №26. С.28-40. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2018-6-6-28-40
  6. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. Москва, Наука. 1967. 548 с.
  7. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. Ленинград, Гидрометеоиздат. 1966. 350 с.
  8. Андреев В., Панчев С. Динамика атмосферных термиков. Ленинград, Гидрометеоиздат. 1975. 152 с.
  9. Smith E.K., Weintraub S. The constants in the equation for atmospheric refractive index at radio frequencies. Proceedings of the institute of Radio Science. 1953. V.41. P.1035-1037.
  10. De Bruin H.A.R., Meijninger W.M.L., Smedman A.S., et al. Displaced-Beam Small Aperture Scintillometer Test. Part I: The Wintex Data-Set. Boundary-Layer Meteorology. 2002. V.105. P.129-148. https://doi.org/10.1023/A:1019639631711
  11. Gossard E.E, Chadwick R.B, Detman T.R, Gaynor J. Capability of surface-based clear-air Doppler radar for monitoring meteorological structure of elevated layers. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 1984. V.23. P.474-485. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1984)023<0474:COSBCA>2.0.CO;2