讨论：
dn dh =0
R 'm = R m 射 线 直 线 传 播 零 折 射
dn dh
dn dh
> 0 R 'm R m 负 折 射
dn dh
<0
小 0 <1 R m d n
dh
< 1 R 'm R m
一般大气折射
dn dh
<0
dn dh
较 大 1 Rm dn
dh
= 0 R 'm 临 界 折 射
可以事先制作好图表进行查算。
大气折射指数与气象要素的关系
实际大气中折射指数的分布 N值随 P，e 的增大而增大，随T的减小而增 大；

在实际大气中，一般 P、T、e 都随高度的增 大而减小，但P、e下降速度较快。所以N的垂 直变化中P、e起主导作用。也就是说N随高度 升高而减小。即：
dN dh
折射定律
电磁波速度的大小与介电常数及导磁系数有关。
折射指数：
n c v
v是介质中的传播速度，小于光速c，所以n>1。
光学折射定律：
s in i s in r v1 v2 n2 n1
折射定律
注：
普通折射 指数 取决于电磁波在介 质中的衰减情况
折射指数最普遍形式是复数形式： m = n–i k 本章的研究主要考虑电磁波在大气中的传播路 径问题，不考虑衰减作用，所以只采用普通折射指 数n。
射线曲率、等效地球半径
等效地球半径R’m

在保持射线和地面间相对曲率不变的前提下，通过调 整地球曲率，使射线沿直线传播时对应的地球半径。

真实射线曲率和真实地球曲率之差＝直线传播的射 线和等效地球曲率之差
射线曲率、等效地球半径
K 1 Rm 0 1 R 'm R 'm Rm 1 Rm dn dh
8
地球曲率 K0
1 Rm


6 3 7 1k m
4 3
m
1
等效地球半径
Rm
Rm dn 1 Rm dh
Rm 8500 km
临界折射
当射线与地球表面的相对曲率等于0（即射线的绝对 曲率与地球表面的绝对曲率相同）时发生的折射。 即射线沿地球表面平行传播。
K 1 Rm dn dh 1 Rm 0
折射指数与气象要素的关系
折射指数N单位
根据理论与实践结合得超短波在大气中传播时， 其折射指数和气象要素之间的关系：
N
n
1 10
6
A Be P T T
大气折射指数的实际应用单位，简称折射指数N单位。
利用探空仪实测P、T、e，即可得N值；
实际应用中，可以用微波折射计直接测得折射指数N值；也
Rm
}

8

dn dh

1 Rm
dn dh
1 5 .7 1 0
m
1
此时，射线弯向地面，经反射后又继续向前传播，反复或多次 重复，使射线在地球表面和某一层大气之间辗转地向前传播,类 似于微波在波导管中的传播,所以又称大气波导传播。
超折射回波
超折射回波
超折射

区分超折射回波、普通地物回波、降水回 波
假设：大气由很多个厚度为dh的薄层构成。
K
ds dh cos i di
di ds
dh cos i
s in i s in i d i

n dn n
di
s in id n n cos i
s in i d n dn K n dh dh

0
or
dn dh
0
可见，以一定仰角发射的电磁波的传播路径一般 是略微向地球表面弯曲的。
射线曲率、等效地球半径
射线曲率K

描述射线弯曲程度的物理量。
K d ds

曲线的曲率：
单位弧长倾角 的变化

曲率半径：通过某点的曲率圆的半径。
Rn 1 K
射线曲率、等效地球半径
射线曲率与折射指数垂直分布之间的关系
dn dh

1 Rm

1 6371 10
3
1 5 .7 1 0
8
m
1
零折射
射线的绝对曲率等于0的折射。
K
'
dn dh
0
Rm Rm
即大气的折射指数随高度没有任何变化，无大气或大气是 均质的，通常在实际大气中不会出现这种现象。
负折射
射线的绝对曲率小于0的折射

与晴空日常地物回波分布对照，区分超折射时 的地物回波； 地物回波是静止不动的，气象回波都是运动的， 所以可以参看速度图；
射线曲率、等效地球半径
讨论：
dn dh dn dh dn dh <0 K>0 曲 线 向 下 弯 曲 ， 一 般 大 气
>0
K<0 曲 线 向 上 弯 曲 ， 反 常 大 气
=0
K=0 直 线 传 播 ， 均 质 大 气
射线曲率、等效地球半径
射线曲率、等效地球半径
等效地球半径R’m


由于大气折射的影响，雷达波在传播路径上会发生弯 曲（多数向下弯曲），可以使得高度h的目标物的最大 探测距离增大，但同时也不利于实际工作中的计算和 分析。为此，可以把雷达波的传播路径画成直线，然 后对地球半径进行订正。 设想地球半径变化到某数值R’m，使得R’m为半径的球面 上沿直线传播的电磁波的最大探测距离和真实地球表 面上沿折射曲线传播的电磁波的最大探测距离相同， 称这时假想的地球半径R’m为等效地球半径。
dn dh
<0
dn dh
大
1 Rm dn
dh
<0
R 'm 0 超 折 射
折射指数随高度变化的几种形式
五种折射的射线传播路径
标准大气折射
标准大气
从表中可知：
dN dh
4 10 dn dh
2
m
1
m
1
dn dh
4 10
8
m
1
K
4 10
8
0 向下传播 1 B 1 5 .7 1 0
超短波在大气中的折射
概 述 折射指数与气象要素的关系 射线曲率、等效地球半径 大气折射指数随高度变化的五种形式 大气折射对雷达探测距离的影响
折射现象
折射现象：水杯中的筷子；海市蜃楼
光波或电磁波在大气中曲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ传播的现象。
折射现象
折射现象的物理原因：
光波或者电磁波在不均匀介质中传播速度不均匀 而引起的。
K
R 'm
dn dh
0
Rm
1 Rm
dn
Rm Rm
dh
dn dh
0 ，知n随高度的升高而升高，根据折射定律，射线是向上
弯曲的，导致雷达探测的极限距离减小。
超折射
射线的绝对曲率大于地球表面的绝对曲率时产 生的折射
射线的绝对曲率： K
1
dn dh
地球表面的绝对曲率：