Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Мезоструктура поля индекса преломления радиоволн в пограничном слое атмосферы для территории Причерноморья

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Мезоструктура поля индекса преломления радиоволн в пограничном слое атмосферы для территории Причерноморья"

РГ6 ОД

ощссЩ П1дт.ЕТЕОРапаг1гЧЕск!{й институт

на правах рукописи

ЛУПБИН АНАТОЛИЯ МИХАИЛОВИЧ

УДК 551.5:621.336.96.

ГОССТРУКТУРА ПОЛЯ ИНДЕКСА ПРЕЛОМЛЕНИЯ РАДИОВОЛН В ПОГРАНИЧНО! СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ДЛЯ ТЕРРИТОРИИ ПРИЧЕРНС-'ОРЬЯ

11.00.09 - кетеорохопп, климатология. агрометеорология

Апгорейерат • дассзртацст па сахкнкив ученой степени кавдкгка гестрг&гсесгсос паук

I '

Одесса - 1993

Диссертация в виде рукописи

Работа выполнена в Одесском гидрометеорологическом институте

Научные руководители: кандидат физико-математических наук, доцент

КИБГАНОВ АНАТОЛИЙ ФЕДОРОВИЧ.

кандидат технических наук, доцент САРКИСЯНЦ ВАДИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СТЕПАНЕНКО ВЛАДИМИР ДАНИЛОВИЧ, г.Санкт-Петербург

кандидат географических наук, доцент ВОЛОШИНА НАША ВАСИЛЬЕВНА.

Ведущая организация: ИНСТИТУТ РАДИОЭКОЛОГИИ УКРАИНСКОЙ АКАДЕМИИ'

АГРАРНЫХ НАУК г.Кнев

Защита диссертации состоится 23 декабря 1993г. в 10.00 часов на заседании специализированного совета Д. 05.02.01 в Одесской гидрометеорологическом институте в зале заседаний по адресу: . 270016, г. Одесса-16, ул.Львовская 15.

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского гидрометеорологического института.

Автореферат разослан 22 ноября'1993г.

Ученый секретарь специализированного совета 1—^ Н.С.ЛОБОДА

- s -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Насяду с разработкой и внедрением новы:: технологий, как-основополагашего фактора повышения экономически вффеюттности производства. тайне важно его переоснапение 1адежно11 техникой передачи и приема информации. В этом плаке ка-lecTBGHEO новый импульс в своем развитии должно получить приме-1ение радиотехнических систем, отличительной особенностью ис-юльзованпя которых является то обстоятельство, что каналом свя-|и служит природнат воздушная среда - атмосфера. Общепризнанным ¡читается, что этот фзет явлнетоя их несомненным достоинством, ис-сте с тем, будучи наиболее выгодным экономически, воздушный 23ал пргктспескн неуправляем и подвержен воздействия различных язическкх процэсссз, среди которых немаловажную роль игревт ме-еорологические явления, приводящие к существенной изменчивости зрактера распространения радиоволн, а, следовательно, сказызгю-яеся на качестве передаваемой ккформацш. Вот почему для эскизного использования воздушного канала необходимо проведение сследоваяий, связанных с выяснением влияния метеорологических словий па радиофизические параметры атмосферы. Особенно остро га проблема встает при изучения рефракционных условий' распрост-зленкя радиоволн в нкжяей тропосфере (пограничный слой) на гра-;щэ раздела "супа-море", , где, кроме сложного взаимодействия зоцессов тепло- и влагообмена между атмосферой и морем, в приб-злпой зоне ооздеэтся специфические условзш для развития цирку-щий нэзомасттаба, в частности, бризовой. Из всего достаточно некого круга радиометеорологических задач' в настоящей работе юбо выделяется вопросы мези/лсптабной структуры поля индекса >олсъ£ления радиоволн в горизонтальной и вертикальной плоскостях шстеи 1-километроЕсм croo атмосферу применительно к терркто-ш Причэрпажрья. Это п явилось оснозкой нельв работы, тем бо-»0, что для дакного региона к настсг^сму времени подобного рода ¡следозслпя еэ проводились. Поскольку работы по теоретически делировала условий рефракции радиоволн в пограничном слоз паля развиваться сравнительно недавно, оссбуо ценность прксбре-эт экспериментальны» ксслэдозання структур'пя оосбелностг-. зломлигзк свойста атмосферы, которое, ïtoms чпзто аргаладкого ачеппя, t'oryr способствовать есвкпзшгэ уровня достогэркостп ¡^готэугсцв: моделей. Одним хгз задних прщаздая результатов

исследования явилось построение статистически радиометеорологической модели нижней тропосферы для данного региона. Основные задачи;

- выявление эффекта бризовой циркуляции в формировании мезо- • масштабной структуры горизонтального поля индекса преломления;

- исследование региональных особенностей вертикальной структура индекса преломления в береговой и шельфовой зонах Причерноморья;

- построение статистической экспериментальной «одели рддиоатыос-феры для нижнего 1-км слоя у границы раздела "сут-ыоре" и- . некоторые практические рекомендации по ее использованию;

Научная новизна:

- впервые для исследуемого района проведено детальное исследование статистической структуры горизонтального пата индекса преломления на основе анализа 10-летнего ряда наблюдений на 16 станциях ыезополигона;

- на основе анализа данных радиозондирования на ст.Одесса и Симферополь проведена количественная оценка вклада бризовой циркуляции в формировании особенностей вертикального .профиля индекса преломления;

- впервые для территории Причерноморья на основе анализа 10-летнего ряда радиозондирования на ст.Одесса выявлены особенности распределения индекса преломлёния в пограничном слое на границе раздела "суша-море" и рассчитана повторяемость типов рефракции при различном характере ыакропереноса и типа бриза;

- результаты анализа экспериментальных данных вертолетного (р-н Одессы) и аэростатного (привязного)' зондирования (р-н Феодосии) позволили определить тонкую структуру условий рефракции радиоволн у береговой и шельфовой зон Черного моря' в нижнем БОО-мет-ровом слое тропосферы;

- впервые для территории Причерноморья на основе комплексного подхода построена радиометеорологическая модель пограничного слоя, которая может быть использована при проектировании и эксплуатации радиотехнических систем в даннсш регионе.

Практическая ценность?

Диссертационная работа является самостоятельной частью исследовании, выполняемых в Одесском гидрометеорологическом институте на протяжении ряда лет. Некоторые результаты исследований всшли _ в отчеты по темам-НИР.

Научно-методические выводы, расчеты и другие конкретные ре-

- б -

оультаты исследования могут быть использовны для оценки, диагноза и прогноза условий рефракции радиоволн при проектировании и эксплуатации радиотехнических систем как в Причерноморье, так к в аналогичных по физико-географическим условиям регионах.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзном совещании по рефракции электромагнитных волн в атмосфере (Томск, 1083), на научно-технических конференциях молодая ученых и специалистов (ГГО, Ленинград, 1934; ВГИ, Нальчик, 1935); на Всесоюзном совещании по активным воздействиям на 'атмосферные процессы (Нальчик, 1S33), на выездной сессии Научного совета АН УССР по проблеме "Физика и техника жястмэтроЕых и сублкизлкметрозых волн" (Одесса, 1986), елегод-еых (1933, 19ЭЗ) отчетных нгучкых конференциях 0ГК21; на расширенном научном семинаре кафедры активных воздействий и радиометеорологии (гсэль, 1993) и опубликованы з 5 научных работа);.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глаз, заключения и списка литературы из 111 наименований. Работа изложена на 171 страницах машинописного тисста, включал 33 рисунка и 8 таблиц.

СОДЕгГЛШ^Е РАБОТЫ •

Во введении обоснованы актуальность, цель и задачи исследо-шнпя, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Э пепвой глазе деттся некоторые общие, сведения о рефракции ;адковолн в пограничном слое атмосферы, анализируются особеннос-•и его структуры на транше раздела "сута-водная поверхность", ■де акцентируется внимание • на роли кэзомаситабных циркуляции особенно бризовой) в формировании полей метеовеличин. В заверении глазы приводится обзор литературы, посвященной исольдова-та пространственной структуры поля индекса преломления в тзогрз-кчнсм слсэ атмосферы, позволякшй Сделать вывод об отрывочнее-я, а иногда и противоречивости сведений, в особенности, тыл ричерномсрья, как в его пркбреетой (суша) так п сельфозой го-ал. В результате, обосновывается необходимость исследования ме-зструктуры поля индекса преломления радиоволн для ' территории экчеркскорья. , '

Зторач глаза пссвяцзна псследовашет статистэтеской структу-

ры горизонтального поля индекса преломления в Черноморской регионе.

В начале глава представлен краткий климатический очерк Причерноморья. Здесь, в частности, указывается, что формирование климата Черного моря и его побережья определяется географических) положением ыоря, условиями атмосферной циркуляции над прилегающими к нему районами суши, а также орографической сложностью его берегов. Особеннно подчеркивается роль местных (бризовых) циркуляции в формировании сезонных особенностей климата Причерноморья.

После приведенного очерка излагаются результаты радиоклима-ткческого исследования большей части Украины, позволившие выявить наиболее характерные особенности в распределении приземного значения индекса преломления (N3) в данном регионе. Для оценки влияния Черного моря на радиоклкматические характеристики приземной (приводной) атмосферы был выбран полигон, ■ заключенный между 4.4 и 50 с.ш. и 28 и 40 в. д. Значения индекса преломления в узлах 2-х градусной сетки находились по среднемесячным климатическим данным о температуре, влатаости и давлении.

В результате были построены карты полей индекса преломления для центральных месяцев климатических сезонов. Сравнительный анализ этих .карт показал, во-первых, что независимо от сезона изолинии индекса преломления имеют практически широтный ход, а сами значения N3 уменьшаются с севера на юг,' т.е.• при переходе с суши на море. -

Во-вторых, сравнение среднемесячной карты (для зимы), рекомендованной Международным консультативным комитетом по радиосвязи и карты,полученной автором, показывает,что вторая более"детализирована, пространственное распределение !!3 обладает существенной неоднородностью, дсйбенно.в меридиональном направлении.Но наиболее заметные различия имеют место в "летний сезон: на территории Украины значение индекса преломления изменяется от 315 в сезерных районах до 350 М-ед в южных. ...

' Из анализа полученных карт следует также, что радиоклиматические характеристики приземных слоев атмосферы обладают доста--точно заметной сезонной изменчивостью; значения Кв являются экстремальными зимой (301...320 Л-ед) и летом (315...350 М-ед).

При этом независимо от сезона наибольшие значения индекса преломления сосредоточены в достаточно узкой прибрежной полосе

Черного моря, где на процессы в приземном слое существенное влияние оказывают местные циркуляции типа бризовой и горнодолинной, что должно способствовать формировании мезонеоднородностей поля Ns.

Для их выявления был выбран фрагмент макромасштабного полигона, охватывающей северо-западную часть побережья Черного моря размером 200x200 км (мезополигон). Он был покрыт регулярной сет-гай точек с сагом по широте и долготе, равным 50 км. Информация э температуре, влажности и давлении в узлах сетки, необходимая цля расчета , была полнена путем линейной интерполяции данных заблвдений метеорологически станций, расположенных на территэ-эии мезополигона.

Далее проведен сравнительный анализ среднесезонтк карт,'кс-<одгасми данными для построения которых послутали 10-летние ряды зреднесуточпых значений метосвеличин. Выявлено принципиальное зазличие в распределении индекса Ns в пределах мезополигоня, зяклоч?505.'!еся в том, что, если для января имеет место практически эднородкое поле, то для июля оно более иьменчиво 1сак по широте, \ik и долготе. Креме этого, летние значения Ns в среднем на ¡0...30 N-ед больше, чем для зимы. Шесте с тем, для сравниваема полей Ns характерны и обгие закономерности - изменчивость шдзкеа преломления по долготе бальпэ, чем по сирот?, и уме;:ьи;е-гпе Па как зимой,так и летом происходит с юга на север,т. о. с ■делением от береговой линии.что объясняется влиянием мгря. Кро-:? того, отмечается, что если бы механизм обеспечения влагой 'риземных слоев атмосферы в оба ссзона был одинаков, то в коле пгчения индекса преломления должны были бы' быть меньсе, чем в нвгре, поскольку летсм температура подстилгхщэй поверхности гмнего выгэ, _чсм зимой (;!S~1/T). Следовательно, в летние меся-ы, в отличие от зимних, имеют v?cto депеднительннз условия обо-адения влагой приземного воздуха помимо маяромасятабной цкрку-яцип.

Это предположение подтверждает ,карты ергднеквадратичееккх тилскений и, особенно, карты изокоррелят (в качестве полиса эята ст.Одесса). Если для января значение иеэффас!- нта коррр-н-уменьшается на границе полигена по широте до 0.713, а го злготе до 0.769, то для паля оно убывает по сироте до О.-МО , а j долготе до 0.555, то есть летом корреляционно связность поли : пегого хуг.е, чем cin.ro:i.

Разделение данных по срокам наблюдений (03 и 15 ч) подтвердило правомочность высказанного выае предположения. Так, увеличение в 2 раза изменчивости индекса преломления в дневные часы по сравнению с ночными (14 Ы-ед ночью, 28.6 М-ед днем) указывают на значительное влияние местных циркуляции (бризов) в срок 15 часов. В противоположность этому зимой принципиальных различий в распределении индекса преломления в дневные и ночные часы не отмечается: диапазон изменений М3 за оба срока практически такой же, что и на карте, построенной по среднесуточным данным (8Л-ед).

Далее в работе представлены результаты спектрального анализа временного хода индекса преломления в прибрежной зоне. Методом быстрого преобразования Фурье были получены энергетические спектры для бризовых и безбризовых ситуаций и выявлены скрчтые периодичности. Кроме суточной гаомоники, превалирующей в обоих случаях, при безбризовых ситуациях имеют место колебания с периодом 20 часов, аналогичные спектру температуры. При наличии бриза выявлены гармоники с периодом 12 и 8 часов, которые были статистически значимыми и в спектре влажности. Для суточной гармоники отмечается высокая когерентность спектров температуры и влажности (Р(и)= 0.91) при сравнительно небольшой расстройке фаз (42°), то есть эти два фактора работают практически в одном направлении. В противоположность этому при наличии бриза когерентность уменьшается почти вдвое (Р(ет) =0.51),а расстройка по фазе увеличивается более, чем в два раза. Для высокочастотных гармоник с периодами 12 и 8 часов при отсутствии бриза взаимная коге-' рентность и синфазность значительно уменьшаются по сравнению с бризовыми ситуациями. Таким образом» в формировании временного хода индекса преломления при наличии бриза наряду с температурой заметный вклад вносит влажность (особенно в высокочастотной области), тогда как при отсутствии бриза главенствующая роль принадлежит температурному фактору, который наиболее отчетливо проявляется в низкочастотной области спектра N3, то есть при генерировании колебаний с периодами 24 и 20 часов.

Дополнительное разделение июльских данных на три выборки: макроперенос с суши, с моря и, собственно, бризовые ситуации позволило рассчитать тонкую структуру мезонеоднородности горизонтального поля индекса преломления. Оказалось, что при дневном бризе значения на территории мезоподигсна в целом меньше, чем

при ночном; исключение составляет лишь узкая прибрежная полоса, где значения Ns не зависят от типа бриза, что обьясняется сильным воздействием Елаглостного фактора. На остальной части мезо-полигона определяющую роль играет температура и с понижением ее ночью значения индекса преломления возрастают. Об этом же свидетельствует и распределение среднеквадратических отклонений и коэффициента вариации.

Коэффициент корреляции при кочном бризе изменяется в широтном и долготном направлениях, по существу, одинаково: на расстояниях порядка 100 км он убывает всего в два раза и практически :охраняет это значение до границу полигона. Для дневного бриза

в широтном, так и в долготном направлениях, коэффициент корреляции убывает гораздо сильнее, чем в случае ночного бриза 'особенно по меридиану) и уменьшение в два раза отмечается ухе :ри расстояниях 50 км, а у границ полигона он не превышает 0.26.

В безбризоЕЫх ситуациях в пределах мезополигона влагосодергание приземных слоев атмосферы не претерпевает существенных гространственных изменении, поэтому температурный фактор и его :рсстранственно-временная неоднородность вносят основной вклад в :труктуру поля индекса преломления. Для фиксированного срока :аблщений поля Ns при направлении макропереноса с моря и суси днотипны.Повышенный фон индекса N's отмечается в срок 03 часа, огда над сулей температура приземного воздуха ниже, чем в приборной гоне. При прочих разных условиях мзкроперенос с ь;орл, как равило, связан с циклоническим' характером барического поля над кваторией Черного моря, а, следовательно, и повышенным толи-зством облачности. Зто обстоятельство приводит к тому, что за чет экранирующего аффекта облачности радиационное выхолатлвание гааовится менее ¡гатенсивным.

Для дневного (15 ч) срока механизм г/ормированнл nane'i индек-1 преломления под воздействием мачроперенсса сохраняется с той пть разницей, что реализуется на белее высоком ■ температурном ;:з. Поэтому значения индекса Ns в.пределах мезополигона днем :зпе, в среднем, на 15...20 N-ед, чем ночью (исключая узкуз ибрепнуто пслосу). Сравнение полей Ns для ночного и лнрр»то oiccr убе.гдаст в тем, что днем мезонесднородности Ms проявляется чее отчетливо, чем кочыс. Об этом ;г.е свидетельствуют претргне-гнкые распределения среднеквадрагичесгак отклонений и гозффи-зкта вариации. Нкзло зто отражение и в некотором снижении кер-

iO -

релировачности полей Ns . особенно, в широтном направлении. Таким образом, вклад местных циркуляции (в данном случае бризовой) может заметно искажать фоновую мезомасштабную структуру.

Анализ экспериментальных наблюдений позволил выявить зависимость между радиофизическими параметрами нижних слоев атмосферы в прибрежной полосе (Nn) и открытой части моря (Км), полученными при проведении экспедиций ОГШ в северо-восточной части Черного моря. Дневное значение приземного (приводного) индекса преломления для прибрежной полосы и шеЛьфовой зоны хорошо коррелируют между собой - коэффициент корреляции равен 0.850 ± 0.010 и с вероятностью 95t изменяется в пределах 0.820...0.880. Отмечается увеличение изменчивости N в направлении береговой черты - значение среднеквадратического отклонения в ■зоне шельфа равно 8.8, а на побережье 10.0 N-ед. Данные экспедиций подтверждают, что тесная взаимосвязь между Nn и Mw сохраняется до расстояний порядка 100 кы.

Третья глава посвящена исследованию вертикальной изменчивости индекса преломления в пограничном слое атмосферы (ПСА). Для этой цели использован комплексный подход, базирующийся на данных радиозондирования (ст.Одесса, 1S65...1974гг), вертолетного (шельфовая зона в северо-западной части Черного моря - апрель-октябрь 1984г.), аэростатного зондирования на границе раздела "сука-море" и шельфовой зоне в северо-восточной части акватории Черного моря (район Феодосии - летние экспедиции '• ОГМИ 1981...1982гг). Вертикальный профиль индекса преломления-по данным радиозондирования рассчитывался в слое О+ЗООм с шагом по высоте 50м, в слое 300+600м - 100м, в слое 600+ 900м был взят один шаг- 300м. Шаг по высоте в случае вертолетного зондирования в слое 100+500М составлял 1.00м. При аэростатном зондировании шаг был переменным и измерения метеовеличин проводились на высотах 2, 8, 15, 30, 50, 75, 100, 125м. Во всех трех случаях зондирования использовались данные измерений в летний период. Исходные выборки радиозондирования при этом дополнительно ранжировались в зависимости от срока наблюдений (03 и 15ч) и характера метеорологических условий (морской и береговой бризы, макроперенос с моря на сушу и с суши на море). Вертолетное и аэростатное зондирование осуществлялось преимущественно в дневные часы при малооблачной погоде, поэтому эти данные были отнесены к ситуациям с дневным бризом и макроыереносу с моря на сушу. Обьем всех ука-

занних визе выборок бил статистически обеспечен.

В результате анализа данных измерений установлено, что в случае дневного бриза во всем 900-метровом слое ПСА отмечается условие сухоустойчивой, но влзхнонеустсйчивсй стратификации. При этом, вплоть' до высоты 600 метров отмечается повышенное вла-госодерг&ание (упругость водяного пара е=12гПа), тогда кал при кочном бризе таксе значение упругости отмечалось лишь вблизи подстилащей поверхности. Указанные различия вертикальных профилей температуры и влажности нашли отражение и в особенностях распределения индекса преломления з пределах ПСА, Так, в случае ночного бриза в нижнем 300-метровом слое атмосферы вертикальный градиент индекса преломления ты разен -0.0?М-ед/м, тогда как при морском бризе ти=-0.09М-ед/м, то есть степень рефракции в дневной срск вьпе, чем ночью. Еше более зачетно различие условий рефракции в слое 300*600м, где тн для дня и ночи соответственно равны -0.04М-ед/м и -О.ОбН-ед/м. Сравнительный анализ показал, что вертикальные профили 11 при ночном бризе весьма близки условиям макропереноса с суши на море, а при дневном - с моря на супу.

Установлено также, что в ночные часы при обоих направлениях макропереноса вертикальные градиенты индекса преломления в прибрежной. (Одесса) и "континентальной" (Кишинев) зонах примерно одинаков и мало отличаются от нормальных условий рефракции (ти=-0.04И-ед/м) во всем ПСА. Этот вывод сохраняется и для срока 15 ч при ветре с суши на море. Что же касается ситуации макропереноса с моря на супу, то для ст.Кишинев нормальные рефракционные условия сохраняются, тогда как для Одессы они резко возрастает (тн=-0.С8Н-ед/м).

В зависимости от порогового значения тн по данным 10- летней выборки (ст.Одесса) была рассчитана повторяемость различных типов рефракции. Оказалось, что наиболее вероятные условия повышенной рефракции имеют место при морском бризе (92%) и максспе-реносе с моря на сушу в 15ч (80Z), хотя з нижнем 300-метровсм слое она наблюдается при любой метеорологической ситуации в дневной-, и ночной сроки. В слое 300+бСЮм условия повышенной рефракции могут отмечаться прежде всего при бризах (дневной-G6%, яочксй-52%) и макропереносе с моря на сушу (81X). Е слое 600+S00M вероятность повышенной рефракции уменьшается (до 50"} для всех Tjffloa метеорологических условий и срс-ков янблюдэнл,:.

Сравнительный анализ условий рефракции, близких к нормальной» еще раз подтвердил полученный ранее вывод о том, что в ночные чесы преломляющие свойства нижних слоев атмосферы при береговом бризе близки к случаю макропереноса с суши на море, а в дневные часы при морском бризе - к ыакропереносу с моря на супу.

Вероятность суб- и сверхрефракции для всех типов метеорологических условий намного меньше, чем условии, олизких к нормальным. При этом условия сверхрефракции, хотя и достаточно редко (4%), могут иметь место только при морском бризе (в слое 300+500м) и какропереносе с меря на сушу в дневные часы (в слое 0*300и). Субрефракция возможна главным образом в срок 03ч и наиболее вероятна (при бризах - 16,1 и при ветре с моря - 9%) в слое 300*600ы, когда в подинверсионных слоях возникают области повышенного влагосодержания, что и приводит к росту .индекса преломления.

Экспериментальные данные вертолетного зондирования (62 слу-' чая) над шельфовой зоной Черного моря позволили установить, что б слое 100+400.v имеют место условия повьшенной рефрзкции, .а в более тонком слое 2CQ..,300м, где располагается обычно приподнятая инверсия, - дахе сверхрефракции. Лишь в самом верхнем слог 400*500м отмечаотся условия нормальной рефракции.

Особый интерес представляют результаты обработки и интерпретация экспериментальных данных, полученных с помощью привязного аэростатного зондирования на пирсе и судне, курсировавшем, в основное, на расстоянии 1.5 кг.; от берега (район Феодосии). Статистическая анализ позволил выявить, что в самом нкпнем 8-метровом слое в прибрежной зоне отмечается чрезвычайно широкий диапазон изменений градиента индекса преломления, характерных для всех условий рефракции: субрефракции (5%), сверхрефракции (71%) и условия,' близкие к нормальным (24%).

В слое 8*15 ы наблюдается примерно такая де картина с той шшь разнвдей, что уменьшается повторяемость сверхрефракцип (53S) v субрефракцки (3Z). В верхнем слое 75+1?.5м преобладает (80%) условия, близкие к нормальной рефракции (-0.08 <-0.04, К-ед/м ). Б гоне пельфа, как и для-береговой черты, с высотой происходит сужение диапазона изменения тц и сверхрефракционные условия такае наиболее вероятны (62...65%) бо всем 100-метро-; во;.; слое.

УезонеодЕОрЭДЕОотв индекса прзлаылеиий формируется прзгде

всего в дневное время. Спектральный и автокорреляционный анализ временных рядов N в нижнем 8-метровом слое показал, что максимум энергии приходится на инерционный интервал атмосферного спектра: зависимость спектральной плотности Sn от частоты хоропо согласуется с классическим законом "-5/3" Колмогорова-Обухова, а значение временного радиуса корреляции составляет для срока 15ч -800...900 с. Следовательно, в формировании флуктуации индекса преломления N определяющую роль должны играть силы плавучести, характерные для процессов мезомаситаба (в Причерноморье - бризо-вая циркуляция).

В результате комплексного обобщения рефракционных условий данных трох видов зондирования предложена статистическая радиометеорологическая модель пограничного слоя атмосферы для территории Причерноморья, которая отражает условия дневного бриза и макропереноса с моря на сушу в летний период. Практическое ее приложение к некоторым видам радиотехнических устройств или систем (направленные антены РРЛ, МРЛС) показало, что в реальных условиях диапазон изменения угла рефракции может быть весьма значительным. При морском бризе в нижнем 300-метровом слое суммарная рефракция составляет 13.7', а при ветре с моря - 14.1*. Аналогичные данные во всем 900-метровом слое оказались соответственно равными 29.3* и 29.5*. Занижение угла рефракции з нижнем слое при использовании осредненных профилей равно 3'...3.5', а вклад этого 300-метрового слоя в суммарную рефракцию составляет около 50Х.,

В завершении главы показана приемлемость диффузионной теории при решении задачи о трансформации вертикального профиля индекса преломления при пересечении границы раздела "суша-море".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты исследования преломляющих свойств ПСА для территории Причерноморья не противоречат современным представлениям о механизме формирования поля индекса преломления в нижних слоях тропосферы у границы раздела "супа-море" и согласуются с аналогичными выводами ранее выполненных работ для других географических районов.Однако, принципиальное отличие данной работы состоит з попытке выявления эффекта мезснеодкородностей. в поле индекса преломления путем комплексного подхода к анализу зкспеокменталъ-

ньи: данных ранио-, вертолетного и аэростатного зондирования е прибрежной зине Черного ыоря.

2. Сравнительный анализ построенных среднесезонных радиоклиматических карт горизонтального поля индекса преломления для территории- Украины выявил наибольшую изменчивость Ns в летний период (ишь), когда его значения изменяются от 315 N-ед в северных районах до 350 N-ед в юлшых. Зимой (январь) диапазон изменения индекса преломления заметно меньше (301...320 N-ед), а в переходные сезоны пространственное распределение этого параметра занимает промежуточное положение мегду экстремальными сезонами. При этом, независимо от сезона, наибольшие значения индекса преломления сосредоточена в достаточно узкой прибрекной полосе, то есть на границе раздела "суша-море".

3. Анализ среднесезонных карт горизонтального- поля индекса прело:ллекия безотносительно к характеру метеорологических условий и срока наблюдений на территории мезополигона (200x200км) показал, что зимой поле Ns практически однородно,тогда как летом оно более изменчиво как по сироте, так и долготе - би летом в 2-2.Ô раза оольше. чем зимой, а сами значения Ks в коле в среднем на го-зоы-ед бодьие, чем в январе. При этом независимо от сезона изменчивость индекса преломления больше по долготе, чем по сироте и уменьшение fis происходит с юга на север. Указанные различия полей îis ' в пределах мезополигона объясняются большим влиянием циркуляции мезогласштаба в их формировании в летний период по сравнения с зкмшм.

4. Спектральный анализ временных рядов температуры, Елакнос-ти и индекса преломления для бризовых и безбрпзовых ситуаций позволил выделить статистически вначимые колебанга с периодами 24,20.12 и 8 ч. При этом последние два короткопэриодных колебания отмечается лишь в спектрах влатаости и индекса преломления для бризовых ситуаций, тогда как при отсутствии бриза они статистически незначимы. В противоположность этому периоды 24 и 20ч характерны как при наличии бриза, так и при его отсутствии. Следовательно, вликлкэ бризовой циркуляции в изменчивости индекса преломления проявляется предде всего через флуктуации влаглсстп.

£. Статистичесшш анализ мезополей индекса преломления noi;a-зап, что пространственная изменчивость этого параметра при дневном бризе гораздо больше, чем при ночном. Значения параметра f.'s при дневном йрпзо блкг1ы к его значениям при маиролсрзносе с мо-

ря на супу, а при ночеом - с сули на мере. При этом з лессом случае мезонеоднородности паяем индекса преломления глазным об-разем обусловлены влажностпым фактором, а ео втором - темпеоа-турным.

■Q. Бризовая циркуляция вносит существенный вклад в формирование вертикального профиля N(z) .приводяпий к заметкой его трансформации особенно в нижнем 330-метровом слое. Вблизи береговой черты осредненные вертикальные профили индекса преломления для дневного бриза и при макропереносе с меря на evey в 15ч .хорошо согласуются между собой, равно как и профили N(2) для ночного бриза и при макропереносе с суши на море в срок 03ч. Яяез-ной бриз способствует увеличению однородности условий рефракции в большей толще пограничного слоя, чем при макрспереносэ с меря на сушу.

7. Условия повышенной рефракции в нижнем 300-метровом слое могут наблюдаться при любой метеорологической ситуации в дн??нъ"е и ночныо часы, но наиболее вероятны они при морском бризе (92%) и макропереиосе с моря на сушу в 15ч (80%). Большая вероятность повышенной рефракцш! сохраняется и на высотах до 600м. Экстремальные, сверхрефракционные условия имеют место только при морском бризе и'макропереносе с моря на сушу в дневные часы (4%). Субрефракция возможна глазным образом ночью при бризах (16%) и при ветре с моря (9%) в слое 300*600м.

8. Рассчитанные по данным вертолетного зондирования вертикальные градиенты индекса преломления свидетельствуют о тем, что над шельфовой зоной в слое 100...400м имеют место услогия повышенной рефракции, а в-более тонком слое 200...300м,где, как правило, располагается приподнятая инверсия, отмечается езерхреф-ракция. На больших высотах рефракционные условия близки к нормальным.

Данные аэростатного зондирования позволили восстановить тонкую структуру поля Ng в нюхнем 100-метрсм слое у границы "суша-море". При чрезвычайно широком диапазоне величин градиентов индекса преломления отмечается значительная повторяемость условий СЕерхрефракции (58...65%) в слое до 75м, тогда как с увеличением высоты возрастает вероятность условий, близких к нормальным. В зоне шельфа также происходит сужение диапазона изменения Тн и условия сверхре^ракцга! наиболее вероятны. Зависимость спектральной плотности Sf¡ от частоты хорошо согласуется с зако-

ном "-5/3" Колмогорова-Обухова, а значение временного радиуса корреляции для срока 15ч равно 800...300с, что характерно для процессов ыезомасштаба.

9. Предложена статистическая радиометеорологическая модель пограничного слоя атмосферы для территории Причерноморья при условиях морского бриза и макропереноса с моря на сушу в летний период. Ее применение показывает, что занижение угла рефракции, рассчитанное с использованием осредненных профилей, мокзт быть значительны;-.!, что приводит к большим' ошибкам при радиолокационных измерениях. -

ш теме диссертации опубликованы слцдущ1е работы

1. Волоаин В.Г., Лугбин АЛЛ., Саркисянц В.А. К оценке влияния «оря на приземную структуру коэффициента преломления атмосферы // Всесоза. совет. по рефракции электромагнитных волн в атмосфере: Тез. докл. - Томск. 1983. - с.247...249.

2. Лузбин A.M., Саркисянц В.А. Структура поля !коэффициента преломления е инверсионных слоях вблизи граница "суиа-море"// ; Радиофизические методы и средства для исследований окруяавдей : среды в миллиметровом диалазоне: Сб.науч.тр.- Киев: Наук. думка, 1888.- C.S7...SÎ.

3. Лугйин A.M., Саркисянц В.А. Поле индекса преломления над корем// Физика и техника мшшметрозых и субмиллиметровых волн: СО. науч.тр.-Харьков: Препринт 7 ИРЭ АН УССР, 1S87. - С.7..11.

4. Бондаренко В.Н., Лудбкн A.M., Хоменко Г.В. Количественные характеристики метеорологических величин в пограничном слое атмосферы над районами Северной Атлантики /ОГМИ - Одесса, 1983. - 23с. - Деп. в БИШга.

5. JiyzОна A.M. О влиянии бризовых циркуляции на преломляющие свойства атмосферы// .VI научно-техническаа конференция колодах ученых il снециалпстсв: Тез. докл.- Нзлъчж. 1985. - С.'£4- •