Радиометеорология

Радиометеорология, наука, в которой изучается, с одной стороны, влияние метеорологических условий в тропосфере и стратосфере на распространение радиоволн (главным образом УКВ), с другой — метеорологические явления в тропосфере и стратосфере по характеристикам принимаемых радиосигналов, в том числе собственного излучения атмосферы, как теплового, так и обусловленного электрическим разрядами.

  Первые радиометеорологические наблюдения проводились А. С. Поповым с помощью созданного им грозоотметчика. Излучения атмосферы, вызываемые грозовыми и тихими электрическими разрядами, занимают широкую полосу частот радиоволн от сверхдлинных до ультракоротких и называются атмосфериками. Последние создаются не только разрядами при грозе, но и в конвективных облаках, пыльных и снежных бурях, областях высокой запылённости и др. Наблюдения за ними позволяют определять глобальное распределение грозовой активности, а также местоположение интенсивных фронтов атмосферных.

  В 20-х — начале 30-х г. г. 20 в. установлено преобладающее влияние метеорологических процессов на распространение УКВ. Распространение радиоволн в атмосфере сопровождается их преломлением, поглощением, отражением и рассеянием. Интенсивность этих явлений определяется свойствами пространственного распределения показателя преломления n воздуха, являющегося функцией давления, температуры и влажности, а также наличием и свойствами гидрометеоров (продукты конденсации влаги в атмосфере — капли дождя, тумана, облаков) и различных примесей. Соответственно радиосигналы могут содержать информацию о распределении плотности, температуры и влажности воздуха, поле ветра и турбулентности, водности облаков, интенсивности осадков и др. При распространении радиоволны ослабляются из-за потери электромагнитной энергии, которая поглощается и рассеивается молекулами кислорода O₂ и водяного пара, гидрометеорами, частицами аэрозоля и др. неоднородностями. В атмосферных газах ослабление наиболее существенно на волнах 0,25 и 0,5 см для 02 и 0,18 и 1,35 см для водяного пара, где имеет место резонансное поглощение. Суммарное поглощение атмосферными газами и его сезонная изменчивость определяются климатическими особенностями каждого географического района (рис. 1). В мелкокапельных облаках коэффициент ослабления пропорционален их водности. В осадках наряду с поглощением существенно рассеяние радиоволн, поэтому зависимость ослабления от их водности или интенсивности сложнее (рис. 2 и 3). В кристаллических облаках и осадках ослабление существенно меньше, чем в капельножидких.

  Зависимость n, а также др. факторов, влияющих на перенос радиоизлучения, от основных метеорологических параметров позволяет использовать методы анализа и прогноза гидрометеорологических явлений для изучения и предсказания условий распространения радиоволн. Область Р., занимающаяся изучением сезонных изменений n, его вертикального профиля, поглощения атмосферными газами и ослабления облаками и осадками в различных климатических районах, называется радиоклиматологией. Метеорологические условия, определяющие аномалии в распространении радиоволн, в частности образование атмосферных волноводов, длительные замирания, вызванные наличием приподнятых отражающих слоев или ослаблением в осадках, могут быть предсказаны на основе синоптического анализа.

  Среди методов исследования атмосферы, использующих распространение радиоволн, наибольшее практическое значение получили радиолокационные (см. Радиолокация в метеорологии). Измерения теплового излучения атмосферы, подстилающей поверхности и внеземных источников на сантиметровых и более коротких волнах в области интенсивных полос поглощения атмосферными газами используются для определения профилей плотности, влажности и температуры, а также оценки общего влагосодержания в атмосфере. На метеорологических ИСЗ применяют сканирующие радиометры сантиметрового и миллиметрового диапазонов для получения изображений облаков и осадков.

  Лит.: Вин Г. Р., Даттон Е. Дж., Радиометеорология, пер. с англ., Л., 1971; Насилов Д. Н., Радиометеорология 2 изд., М., 1966; Пахомов Л. А., Пинус Н. З. и Шметер С. М., Аэрологические исследования изменчивости коэффициента преломления атмосферы для ультракоротких радиоволн, М., 1960; Степаненко В. Д., Радиолокация в метеорологии, Л., 1966; Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ диапазоне М., 1968.

  А. А. Черников.

Рис. 1. Зависимость коэффициента полного поглощения К атмосферными газами от высоты H над поверхностью Земли для района г. Вашингтона (США): 1 — февраль; 2 — август.

Рис. 3. Изображение поля осадков средней интенсивности на индикаторе обзора метеорологического радиолокатора (длина волны 3,2 см). Расстояние между масштабными кольцами 20 км.

Рис. 2. Коэффициент ослабления a в дождях различной интенсивности I как функция частоты радиоизлучения.