海域大氣波導分布

周輝

摘要：大氣波導是邊界層大氣尤其是海洋邊界層大氣中經常出現的一種極端超折射的自然現象，它具有超長水平尺度特征和顯著的天氣背景，其特征量對當地氣候，氣海溫差等要素的變化十分敏感，并且季節變化相當明顯。只要確定大氣折射參數的垂直結構，就可確定大氣波導特征參量。

關鍵字：黃渤海;大氣波導

1?大氣波導基本介紹

大氣折射主要可分為負折射、標準折射、超折射和陷獲折射。當大氣中出現陷獲折射時，就會出現大氣波導現象。大氣折射的基本類型及其存在條件，影響大氣環境中的電磁波傳播特性的主要大氣因子是大氣折射率。對頻率在1～100 GHz 范圍內的電磁波，大氣折射率n或大氣折射指數N（N單位）可表示為大氣溫度T（單位：K）、大氣壓力P（單位：hPa）和水汽壓e（單位： hPa）的函數，其關系由下式給出 ：

當電磁波傳播距離很短時，可近似認為地球表面為平面，但若電磁波傳播距離較長時，就必須考慮地球曲率的影響。此時，為了將地球表面處理成平面，通常使用進行了地球曲率訂正的大氣修正折射率M其表達式如下：;

式中h（單位： m）為地表以上的高度。當大氣折射指數垂直梯度（單位：N-1） 時，此時的大氣為負折射。當時，此時的大氣為無折射。當時，此時的大氣為正折射。正折射包括正常折射（也稱標準折射）、超折射、陷獲折射等。

當大氣中出現陷獲折射時，電磁波彎向地面的曲率會超過地球表面的曲率，電磁波會被限制在一定厚度的大氣層內經該層大氣上下邊界來回反射向前傳播，形成波導傳播的大氣層成為大氣波導。不同的氣候條件下會形成不同的波導類型，通常大氣波導分為：蒸發波導、表面波導和抬升波導。

（1）表面波導

當時，即出現大氣波導，大氣呈現陷獲折射，此時在大氣中傳播的在一定頻率范圍內的電磁波，部分被陷獲在大氣波導層內傳播，當大氣波導層接地時，稱此種類型的波導為表面波導。即表面波導是下邊界與地表相連的大氣波導。一般發生在 300m 高度以下的邊界層大氣中。如果氣象條件能產生陷獲層條件，且波導的下表面是地球表面時，則形成表面波導。

（2）抬升波導

若氣象條件形成的陷獲層存在于空中，而且波導底層也是高于地球表面，這種波導成為抬升波導。高層大氣存在大范圍的強烈下沉運動，下沉增溫減濕而造成的干熱氣層覆蓋在下面相對濕且冷的海洋邊界層上，常常在該海域上空形成懸空信風逆溫，易于導致抬升波導形成。在季風海域和海陸風環流盛行海域也會出現抬升波導。抬升波導從幾百米到幾千米之間變化。

（3）蒸發波導

從折射率方程可以看出，有濕度分布的變化而沒有相應的溫度變化也能產生陷獲的折射梯度。海洋表面的大氣中水汽的含量是飽和的，表面以上幾米高度的水汽含量則不是飽和的，因此，海洋表面往上存 在水蒸氣壓力的遞減，將使修正折射率M隨高度遞減，到達一定高度后水蒸氣的分布使修正折射率降到最低點，而后修正折射率又隨高度的增加而增加，由此原因形成的陷獲折射梯度結構稱為蒸發波導。

2?渤海海區

渤海是一個深入中國大陸的淺海，其北、西、南三面被包圍，僅東面有渤海海峽與黃海溝通相連。渤海受東亞季風影響明顯，存在著明顯的東亞季風大氣環流的特點，屬于溫帶季風區。冬季，盛行寒冷而干燥的西北季風，夏季盛行溫暖而濕潤的東南季風或西南季風。渤海水溫變化受北方大陸性氣候影響，2月在0℃左右，8月達到21℃，3月初融冰時有大量流冰發生，平均水溫11℃。

西南部波導概率大于東北部，概率呈單峰趨勢，在秋冬季節概率低，在10%以下，春夏季節高，最高在30%—60%。渤海海區全年出現的波導高度都較低，在300米以下，屬于表面波導。

冬季渤海海區受冷高壓控制，受寒冷干燥的西北風影響，溫度低、濕度低，所以波導概率低。到3月氣溫開始回升，波導現象開始增多;4、5月冷高壓控制減弱，處于季風轉換月，偏南季風開始增多，底層水汽增加、溫度升高，波導現象進一步增加，到5月份波導現象最多;到6月份之后的夏季當中，副熱帶高壓持續北進，偏南季風增強，降雨增多，對流增強，大霧天氣增多，高層暖干空氣減少，在大氣底層濕度隨高度升高下降不明顯，不利于波導的形成，因此造成波導現象的減少。9月到12月副熱帶高壓南移，渤海海域慢慢被冷高壓控制，偏南季風減少，西北季風增多，大氣底層氣溫降低，水汽降低，形成了不利于波導形成的大氣層結，波導現象減少。渤海海域西南部波導概率明顯大于東北部這是由于兩地地理位置造成的，東北部相較西南部偏北，西北冷高壓影響大于西南部，季風準換后西南部海域受偏南季風影響大，溫度較高，所以波導顯現較多。

3?黃海海區

黃海海區波導變化存在明顯地季節變化特征，呈現單峰型分布，在夏季概率最高，6月為最高月，概率可達到50%，秋冬季節低，在10%以下。黃海東部出現的波導的高度在200米左右，類型全年基本為表面波導，在其他海區只有在夏季和夏秋交換的月份出現的波導高度在500—650米，是抬升波導，其余月份也為表面波導。

冬季黃海海域多為大陸冷高壓控制，到了3月氣溫開始回升，大氣波導現象開始增多;4、5月大陸冷高壓減弱，該區域處于季風轉換區，偏南風開始增多，底層水汽增多，氣溫升高，波導現象進一步增加，山東半島南部出現波導概率達到最大;6月副熱帶高壓脊北進，該區域偏南風增多，水汽進一步增加，在山東半島南部大氣底層濕度隨高度升高下降不明顯，不利于波導形成，因此波導出現概率下降，而在遼東半島東部與朝鮮半島西部，因為從海面的偏南季風的濕空氣經過朝鮮半島，到達此兩地時濕度下降，濕度隨高度下降明顯，所以波導進一步增多;7月副熱帶高壓脊進一步北移，偏南季風進一步增多，水汽增加，整個黃海波導明顯減少，到8月高壓脊到達最北位置，黃海海區水汽達到最大，對流增強，降雨增多，在山東半島南部雖然底層水汽條件滿足，但但高層暖干層減少，波導出現概率進一步減少，而在其余兩個地區因偏南季風經過朝鮮半島上層暖干空氣保持穩定，但底層濕度增大，形成較明顯的濕度銳降，所以出現波導的的小幅度升高，和6月基本相同;9月副熱帶高壓回移并減弱，10月以后黃海海域基本被冷高壓控制，黃海海域氣溫和水汽降低，波導出現概率降低;冬季黃海海域大氣波導很少出現。

遼寧?大連?116018