被遗忘的放射气象学。方案、说明

被遗忘的放射气象学。无线电电子电气工程百科全书

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为什么忘记了？这到底是什么科学？根据定义，无线电气象学是研究气象（天气）过程与无线电波在大气中传播过程之间关系的科学。然而，在无线电工程的发展史上，这个定义的含义已经发生了多次变化。

回想一下，A.S.波波夫的第一个无线电接收器被用作闪电探测器，也就是说，无线电的第一个实际用途是无线电气象！大气观测——由闪电放电引起的无线电发射脉冲在 20-30 年代变得相当普遍。例如，众所周知，瑞士物理学家Lujon的设备被称为大气射线描记器，是一种改进的波波夫闪电探测器与气象风动图的结合体[1]。观测是在超长波（频率为数十千赫兹）下进行的，这种波具有很大的传播范围，因此可以记录远程雷暴活动源，包括热带雷暴活动。

第二次世界大战期间，瑞士的气象信息来源被切断，借助大气观测，即使在佛罗里达州海岸也能记录到气旋的发生。这些气旋穿过大西洋，决定了欧洲的天气。后来，为了更准确地定位大气的来源，卢戎小组于1957-1959年组织起来。苏黎世和斯瓦尔巴特群岛的观察站。以 4200 公里为基准的测向使得记录几乎整个北半球的雷暴成为可能。

当测向接收器出现时，不是通过耳朵而是在 CRT 屏幕上显示传入脉冲，大气观测技术得到了显着改进。现代闪电测向仪的框图如图 1 所示。 2]。这是一个直接放大接收器，包含三个相同的通道，带有调谐到接收频率（例如1 kHz）的带通滤波器Z3-Z27 和放大器A1-A3。两个通道接收来自直角交叉的 WA1 和 WA2 环形天线（使用磁性天线也同样成功）的信号，第三个通道接收来自 WA3 全向鞭状天线的信号。第三通道的信号由限制器U4限制幅度，并用作安装在前两个通道中的两个同步检测器U1和U2的操作模型。

（点击放大）

在同步检波器的输出端，解调信号与无线电波到达角的正弦和余弦成正比。将它们在装置U5和U6中进行适当放大和形成后，施加到CRT的水平和垂直偏转板上，得到与环形天线通道中电压比的反正切成正比的波束偏转角，即电波到达角的方位角。测向仪的初始对准是通过转动参考信号电路中的环形天线和U3移相器来进行的。

正如您所看到的，测向仪非常简单，不包含用于旋转天线的移动设备，但是，它允许您以相当高的精度确定方位角。屏幕上的大气以束流的形式从屏幕中心向对应方位角的方向喷射，喷射长度对应于大气振幅。这样就形成了大气的极地强度图。台风和飓风会在其上产生急剧的最大值，而雷暴的锋面区域 - 方向上的最大值较宽，强度较小[1]。

不知何故，闪电测向技术在国内文献中没有得到适当的报道，并且在业余无线电中完全不存在。同时，预报雷暴、飓风、狂风、阵雨并观察其发展极为重要，特别是在农村地区。无线电爱好者的活动范围似乎很广。

无线电气象学的另一个方面与对大气中无线电信号通过的观测有关。在 20 年代和 30 年代，人们理所当然地认为无线电接收与天气状况有关。无线电操作员中甚至还有这样的标语：“好天气-接收不良，坏天气-好！”。与此同时，开展了许多工作和研究，证明了长波、中波和短波（LW、SW和HF）的传播与天气条件之间的联系。业余无线电爱好者 G. I. Kazakov（塔什干）、M. A. Benashvili（第比利斯）、L. S. Leonov 和 A. P. Shchetinin（莫斯科）参加了这些活动。他们的观察给出了非常有价值的结果，但现在很少有人知道它们。

卫国战争时期，还没有时间进行无线电气象学，但雷达发展起来，掌握了分米、厘米以及后来的毫米波的射程。而后，早在50-60年代，人们就通过对流层折射、对流层不均匀性的散射，进行了甚高频远距离传播的理论和实验研究，发现了对流层波导的存在。雷达反射来自云层、降水区，甚至来自“晴空”——折射率波动较大的对流层部分。

由此，研究VHF在对流层传播和反射的“第三种”无线电气象学已经形成[3]。它还通常包括借助配备无线电发射器的气球对大气进行研究。让我们回忆一下教授系统的著名无线电探空仪。 Molchanov 于 1930 年 XNUMX 月首次发射。它的设计非常成功，以至于许多年后它仍被大多数国内气象站使用。

正是这种无线电气象学加上雷达气象学在战后占据了主导地位，完全取代了与远东、西南和西南地区相关的旧式无线电气象学。早在 1927 年至 1931 年，著名科学家 Pedersen 和 Austin 也“偶然”对此做出了贡献。他们主张 DW、SW 和 HF 的分布与天气条件无关（事实上，他们的结论是根据美国对欧洲台站工作的观察得出的，任何天气都发生在这样的开放空间中 [1]，因此不能有依赖性）。

从此，在无线电波传播科学中，建立了任何教科书中都可以找到的规定：DW、SW和KB的传播与天气无关，电离层的参数仅由太阳和地球磁场的过程决定，而无线电波在这些范围内的远距离传播则由电离层的状态决定。仅在 VHF 和 SHF 上观察到对流层的影响。

此前，这句话的作者也确信这一点，但实践中的几个案例极大地动摇了这种信心。

第一起病例发生在莫斯科以南 100 公里谢尔普霍夫附近的一个大地测量试验场。一个夏日的午后，当我用长波收听莫斯科广播电台时，我惊讶地发现信号电平出现了超过12分贝的波动，频率高达几秒！它有助于接收是在干扰电平计上进行的，其中没有 AGC，但有一个输入信号电平的箭头指示器，当通过地球波传播短距离时，LW 上会衰减？不可能！然而，箭矢却顽强地走遍了天平。我完全迷惑地离开了帐篷，看见天空中有一片巨大而美丽的雷雨云从南边逼近。云的速度与波长的比较清楚地表明，衰落是由普通地波和从云反射的波的干扰引起的。

另一起事件发生在一艘在千岛群岛之间的海峡进行科学工作的水文测量船上。尽管远离大型人口中心，但空气中充满了空气：在东北部有很多日本广播电台，在远东哈巴罗夫斯克、堪察加彼得巴甫洛夫斯克、符拉迪沃斯托克和马加丹都很容易听到。但在一个晴朗的早晨（一如既往的大雾），军官舱里的接收器拒绝接收远东和北部地区的任何信息，他们打电话给我来修复它。接收器是正确的。与船上无线电操作员通过大型通信接收器收听空气表明，上述无线电台的信号几乎被完全吸收，只有堪察加彼得巴甫洛夫斯克无线电台的载波被接收，相当猜测，以电报模式通过两点接收。以太仅在频率高于 3,5 MHz 时才恢复，此时可观察到 KB 的正常传输。在远东和东北部三天里，“像在坦克里一样聋”，直到后来才逐渐恢复通行。

许多年后，作者得到了莫斯科国立大学科学家德米特里·尼古拉耶维奇·纳西洛夫（Dmitry Nikolayevich Nasilov）的一本精彩的书[1]，主要根据20世纪30年代和XNUMX年代的研究成果撰写。我第一次在文献中读到发生在地球完全不同地区的类似事件——在珀尔修斯探险船从阿尔汉格尔斯克到法兰士约瑟夫地群岛（FJL）的航行期间。有人指出，当墨西哥湾流的暖流进入寒冷的北极水域时，位于南部的所有广播电台几乎听不到声音或完全消失。但当接近FJL时，可听度又恢复了，同时水文学家注意到另一股墨西哥湾流的温暖喷流的出现。观察者通过无线电波在侵入冷水的暖流上方的强大而广泛的雾层上的折射来解释“寂静区”。请注意，千岛群岛的情况类似：来自日本列岛的温暖的黑西欧洋流与鄂霍次克海的冷水发生碰撞。

当时，对千岛-科拉效应的解释并没有得到著名科学家的支持，许多此类事实仍然没有包含在无线电波传播的教科书中。但事实是顽固的事情，实验证实，在LW、SW和HF以及VHF上也观察到了折射、反射和波导传播的现象。

在这方面，对广播电台场强的观察非常有意义。例如，美国研究人员R. Colwell在距匹兹堡市170公里处测量了该市广播电台在305米波处的场强，发现与天气状况的相关性高达98%。他自己的小组于1939年实验性地接收了来自对流层的HF（频率1614和3492,5 kHz）反射，这些反射远低于电离层E，即使在1 ... 2.3 km的高度！对于薄雾形式的薄云，反射系数的测量值约为 10-4，总是出现在 12...16 公里的高度；对于暖锋云，反射系数约为 0,001...0,05；对于强大的积云和雷云，通常伴随着冷锋，反射系数可以增加到 0,7（！）。

被遗忘的放射气象学

许多人注意到雷暴期间无线电台场强的波动 - 例如，如图 2 所示。图1209,6显示了基辅广播电台（2米）的记录，该记录由基辅无线电接收站在良好天气（图2，a）和雷暴期间（图1，b）进行[XNUMX]。这种波动可以用低海拔地区空气电离增加的现象来解释。但即使在没有雷暴的情况下，例如，暖锋的接近也会使LW和NE的场强普遍增加，而冷锋则会引起剧烈波动、衰落，甚至可能导致信号丢失。

在大气中也观察到非线性效应，其以接收无线电台的载波“覆盖”的形式表现出来。 M. A. Benashvili 于 1938 年提出，通过从不同方向和距离接收到的 LW 和 MW 无线电台信号的“叠加”性质来确定大气锋的位置。因此，无线电波路径中的冷锋会产生爆裂声和咔哒声，暖锋会发出沙沙声，而背景则是坚实的。

在一篇文章中不可能重述在仔细聆听以太和研究无线电波传播过程时所表现出来的许多最有趣的现象。本出版物的目的是引起无线电爱好者对这些半被遗忘的现象的注意，这些现象在我们的计算机和卫星通信时代以某种方式消失了。值得一提的是，甚至宇宙无线电发射也是由从事日常无线电干扰测量工作的普通无线电工程师发现的，而高频的远距离传播也是由无线电业余爱好者发现的。

文学

纳西洛夫 D.N. 放射气象学。 - M.：瑙卡，1966 年。
Baru N. V. 等人。无线电测向仪 - 近雷暴的测距仪。 - L.：Gidrometeoizdat，1976。
B. R. Bean 和 E. J. Dutton. 放射气象学。 - L .：Gidrometeoizdat，1971 年。

作者：V.Polyakov，莫斯科

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