2、产生折射现象的物理原因
复折射指数 m=n-ik
不但考虑了介质 对电磁波传播速度 的影响，而且考虑了 介质对电磁波 衰减的影响
v1>v2
v1<v2
当电磁波斜向入射到折射指数不同的介质的交界面上时，就会发 c sin i n2 生折射现象 sini v1 n sin r n v sinr v 2 1 式中i为入射角，r为折射角，n1和n2为介质的折射指数，它等于电 磁波在真空中的传播速度c与电磁波在介质中的传播速度v的比值. 大气折射起源于电磁波在大气中传播速度的变化，而电磁波在大气 中传播速度的大小又与大气折射指数及介电常数有关。
dN 4 102 m 1 dh dn dN 106 4 108 m 1 dh dh dM 0.117 m 1 dh dB 0 dh dn K 4 108 m 1 0 dh
②临界折射
当波束路径的曲率
1 Rm

1 dn 0 Rm dh
K 15.7 108 m 1
等效地球半径→∞。
③超折射
当波束路径的曲率大于地球表面的
1 15.7 10 8 m 1 Rm dn 15.7 10 8 m 1 dh dN 15.7 10 2 m 1 dh dM 1 dn 6 10 0 dh Rm dh dB 11.7 10 2 m 1 dh
5、射线曲率与折射指数随高度的变化率
研究目的是为了研究雷达波束的弯曲情况，有
sin dnh K nh dh
n(h)一般为1.0003，可近似为1，当天线仰角为0°时， α=90°，sinα=1。因此，近似为有
dn h K dh
0 时，波束 由此可知，当 时，波束向下弯曲；当 dn dh 向上弯曲；当 0 时，波束直线传播。 dh
研究真实大气偏离标准大气时很有用，可判定实 际大气折射偏离标准大气折射的程度和实际大气属于 什么折射
9、折射指数随高度变化的几种形式
①标准大气折射
在标准大气情况 下，Rm=8500km，为实 际地球半径的4/3倍。 波束路径向下弯曲， 其曲率比地球曲率小， 这种折射称为标准大 气折射。标准大气折 射可以代表中纬度地 区对流层中大气折射 的一般情况，亦称为 正常折射。标准大气 折射可以使最大探测 距离增大16%。
称为等效地球半径。
R
' m

Rm dn 1 Rm dh

7、M单位
等效地球半径和 M的引入 是从不同角度去 处理同一个问题
h 6 M n 1 10 Rm
引入订正折射指数的思路是使地球表面展成平面去订 正大气折射指数值。
8、B单位
h 6 h 6 B h n 1 10 10 N h 4 Rm 4 Rm
折射指数N单位：是大气折射指数的实际应用单位，定义为
77.6 e (n 1) 10 P 4810 T T
6
77.6 e N (n 1) 10 P 4810 T T
6
式中，n(h)为高度h上的大气折射指数；T(h)、P(h)、 e(h)分别 为这一高度上的气温、气压和水汽压。
与地球表面的曲率相
同时，即波束传播路
径与地表面平行，则
称为临界折射, 此时,
dn 1 8 1 15.7 10 m dh Rm dN dn 106 15.7 102 m 1 dh dh dM 1 dn 6 10 0 dh Rm dh dB 11.7 102 m 1 dh
曲时，即雷达波束在传播过程中将碰到 地面，经地面反射后继续向前传播，然 后，再弯曲到地面，再经地面反射，重 复多次……，雷达波束在地面和某层大 气之间，依靠地面的反射向前传播，与 波导管中的微波传播相似，故称大气波 导传播，又称超折射。等效地球半径 Rm’<0，这时 K 15.7 108 m1 。 形成超折射时，雷达波遇到地物所 产生的向后的反射波也沿同样的路径返 回到天线。此时，雷达回波中的地物回 波显著增多、增强，通常称为超折射回 波。这种超折射回波妨碍了气象目标的
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第二章 雷达探测大气的 基础知识
2.1 散射 2.2 衰减 2.3 折射 2.4 雷达的探测能力
2.2 折射
电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由 于折射指数分布的不均匀性，就会产生折射，使电磁 波的传播路径发生弯曲。电磁波的折射对天气雷达的 探测有重要的影响。
1、关于折射
电磁波在真空中是沿直线传播的，如果在大气中 折射指数分布不均匀，就会产生折射，使电磁波的传 播路径发生弯曲。 电磁波在大气中曲线传播的现象就是大气折射。 超短波在大气中传播时，因为其振动频率比光波小， 会使水汽分子产生振动，使传播速度减小，产生折射。 一般超短波在大气中传播时，折射比较大（比如比光 波），与长波长的传播性质有很大的区别（在此不作 探讨）。 探讨电磁波的折射的意义就在于超短波在大气中 的折射对天气雷达的探测有重要的影响。
3、折射定律
平面分层大气
球面分层大气（Snell‘s定律）
从以上表达式的形式可以看出，球面分层介质与平面分层介质相似，但还与 R有关
4、气象因子与折射指数的关系
由于大气中的温、压、湿随高度而变化。同时地球本身又是一 个近似的球体，就是当雷达天线处于0°仰角发射电磁波时，电磁波 在前进过程中距地面的高度也在改变。不同高度上的温、压、湿不 同，其折射指数就要发生变化。
dn 0 dh
dn
6、等效地球半径(Rm’)
定义：设想地球半径加大到某 一数值Rm’时，使得Rm’为半
径的球面上沿直线传播的超短
波的最大探测距离和真实地球 表回上沿折射曲线轨道传播的 最大深测距离相同，则Rm’就
引入的意义：用Rm’来代替真 实的地球半径Rm，这样把超 短波处理为直线传播、有利 于计算。