§ 3.7. Различные виды тропосферной рефракции

Тропосферную рефракцию можно классифицировать следующим образом в зависимости от знака и величины градиента коэффициента преломления по высоте.

Отрицательная тропосферная рефракция: dn/dh > 0.

Коэффициент преломления возрастает с высотой и траектория волны обращена выпуклостью вниз (р < 0). Эквивалентный радиус Земли меньше реального (рис. 3.11, а), что согласно выражениям (3.33) и (2.29) приводит к уменьшению напряженности поля в месте приема.

Рис. 3.11. Различные виды тропосферной рефракции: а - отрицательная; б - нормальная; в - критическая; г - сверхрефракция

Положительная тропосферная рефракция: dn/dh < 0.

Коэффициент преломления убывает с высотой и траектория волны обращена выпуклостью вверх (ρ > 0).

При этом различают три частных случая:

1. Нормальная тропосферная рефракция, когда

Напряженность поля в точке приема больше, чем при отсутствии рефракции (рис. 3.11,б).

2. Критическая тропосферная рефракция, когда

Эквивалентный радиус Земли R_э → ∞, т. е. эквивалентная земная поверхность представляется плоской. Волна распространяется параллельно этой поверхности на постоянной высоте (рис. 3.11, в).

3. Сверхрефракция, когда

Наступает полное внутреннее отражение волны в тропосфере и луч возвращается на земную поверхность. Эквивалентный радиус Земли оказывается отрицательным (рис. 3.11, г), так что волна, имеющая эквивалентную прямолинейную траекторию, обязательно встретится с вогнутой поверхностью Земли. В этом месте волна отражается от земной поверхности и может распространяться путем последовательного отражения от тропосферы и Земли на большие расстояния. Это явление наблюдается в диапазоне УКВ.

Условия, необходимые для появления сверхрефракции, связаны с метеорологическим режимом. Резкое убывание коэффициента преломления с высотой наиболее часто вызывается особым изменением температуры с высотой. Обычно в пределах тропосферы температура понижается с высотой, но в некоторых случаях наблюдается увеличение температуры с высотой, называемое температурной инверсией. Температурные инверсии могут появляться как вблизи земной поверхности, так и на высоте 2÷3 км. В этих областях согласно формуле (3.13) коэффициент преломления резко убывает с высотой.

Температурные инверсии появляются над сушей в вечерние часы, когда воздух вблизи Земли после захода Солнца быстро охлаждается. Над морем температурные инверсии наблюдаются тогда, когда с суши движется теплый сухой поток воздуха. Температурные инверсии бывают нерегулярно и предсказать точное время их появления не представляется возможным, прогнозируется только вероятность появления инверсий в определенном районе в данное время.