极地研究

作者：张玉生,郭相明,郝晓静,赵强,张蕊

单位：电波环境特性及模化技术重点实验室,中国电波传播研究所,山东青岛266107

关键词：北极海雾,数值模拟,电波传播,衰减

基金：国家自然科学基金(61971385, 61901424)、中国电波传播研究所稳定支持项目(A132001W13)和张明高院士工作室基金(A392201528)资助

北极地区气候恶劣, 但提供了北美洲、欧洲北部和亚洲北部国家之间最短交通往来路径,因此具有重要的战略地位。北极航行需要气象、导航、通讯、雷达等方面的保障,北极海雾降低了海上能见度,会使航行船只迷失方向造成搁浅、碰撞等重大事故,并引发大气波导超视距、毫米波严重衰减等电波传播现象。本文根据全球再分析数据,基于适合北极地区的中尺度大气数值模式,通过改进Noah陆面过程方案、长波辐射方案(RRTMG方案)等设置,成功模拟了我国第四次北极考察期间在北冰洋遇见的某次浓雾及其演变发展,并基于米氏(Mie)散射和瑞利(Rayleigh)散射理论评估了其对毫米波和远红外波段上的单位距离衰减值。对于毫米波段两代表频率(频段高低端100 GHz和30 GHz),在频率30 GHz,单位距离衰减值随海雾含水量增大逐渐增大,但变化平缓;在频率100 GHz,单位距离衰减值随海雾含水量增大迅速增大。对于红外波段两代表波长(波段高低端0.1 cm和50 µm),在波长0.1 cm,单位距离衰减值随海雾含水量逐渐增大但变化平缓;在波长50 µm,衰减值随海雾含水量增大迅速增大, 单位距离衰减值可迅速增大到几百dB·km–1,两波长的衰减值相差很大。对于相同液态含水量雾区的单位距离衰减值来说,远红外衰减值远远大于毫米波衰减值,毫米波频段高低端和红外波段波长最高端0.1 cm衰减值一般在几dB以下,而红外波段波长最低端50 µm衰减值在几百dB,与其他波段相比单位距离衰减值甚大, Polar WRF模式能够模拟获取较准确的北极海雾特性,也能够用于评估北极海雾对电磁波传播衰减以及对无线电信息系统特性的时空影响。

来源：2023年第4期

《极地研究》期刊编辑部

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