對流層探測
正文
對對流層無線電氣象數據的測量。對流層探測分為折射率測量和水汽凝結物測量兩類。前者包括溫度、濕度、壓強、折射率、湍流和層結等的測量；後者包括雲、霧，特別是降水的測量。對流層探測數據是對流層電波傳播研究的物理依據。對流層折射率測量 折射率常由溫度、濕度和壓強等測量數據按下式決定
N＝(77.6/T)(P＋4810e/T)
式中N為折射率(N單位)；T為溫度(K);e為水汽壓強（毫巴）;P為大氣壓強（毫巴）。利用折射率儀也可以直接測得折射率。折射率儀有多種，在以圓柱或同軸腔體為敏感元件的折射率儀中,空氣折射率N 的變化墹N 引起腔體諧振頻率f變化(墹f)，其關係為墹N＝－(墹f/f)×106
因此，測量腔體諧振頻率的變化，就可以確定折射率的變化。有的折射率儀用空氣電容器作為敏感元件。各地地面折射率、地面以上1公里以及100米以內的折射率梯度的短期平均值及其分布，一般可利用常規氣象台、站的地面溫度、濕度、壓強記錄和探空數據求得。但精細的折射率結構及其變化則需要進行專門測量才能獲得。測量有直接測量和遙感兩類方法。①直接測量：將測量儀器放在氣象塔、系留氣球或飛機上，直接測量儀器所在點的折射率。氣象塔可得到連續的、同時的折射率或溫度、濕度和壓強記錄，但受高度和地點的限制；系留氣球可對 500米內的折射率結構進行較精細的測量，但只適用於較好的天氣；機載折射率儀的測量高度範圍較大，能對層結和湍流等進行相當精細的測量，但不能全天候測量。②遙感：用輻射計、雷射雷達、聲雷達或微波雷達遙感測量折射率。輻射計一般通過60吉赫氧輻射帶的輻射強度測量而反演大氣溫度的垂直分布，通過水汽吸收帶的太陽輻射衰減或大氣亮點溫度的測量，以確定水汽密度的高度分布；雷射雷達利用氮氣的羅曼後向散射測量溫度。這種後向散射強度與散射點的溫度有關。如果雷射雷達工作在兩個波長上，其中一個有水汽吸收衰減，比較兩個波長的回波衰減即可推算出水汽含量。聲波對溫度和水汽變化的反應比電波靈敏得多，利用單站聲波系統可以探測逆溫層的強度和位置。無線電聲波系統用電波測量聲波在空中的傳播速度，藉以得到溫度的高度分布。由於水汽對聲波的吸收是頻率和濕度的函式，利用多頻聲波系統就可以測量濕度剖面；微波雷達也能測量層結和湍流結構等。
人們已經測知地面折射率和地面以上 1公里以內範圍的折射率梯度的月平均值全球分布;地面以上100米內的折射率梯度統計分布也已有多種經驗模式；在一些地區還較詳細地調查了大氣層結、波導和小不均勻性。
降水測量 包括降雨測量和降雪測量。測量項目有降雨率或降雪率及其時空變化、降雨或降雪的微觀結構（粒子形狀、傾角、末速度和滴度分布等）。降雨率測量多用時間解析度相當高的快速回響雨量計或翻斗雨量計進行。氣象部門的常規測雨數據經過積分時間修正後，可作為較大範圍內的資料，並已提出世界各類雨氣候區的參考性降雨率長期分布和有關降雨率時空變化的初步模式。雨滴形狀和傾角等可通過照相測量。雨滴一般為扁球狀,雨滴越大,則形狀越扁。在電波傳播研究中，大多採用普魯帕切-皮特雨滴形狀模式。通常,雨滴大小不超過8毫米，對稱軸接近垂直線,在風速垂直梯度作用下略有傾斜。
R.耿和G.D.肯澤採用電子裝置測量雨滴末速，取得了較好的測量結果。選定滴度的帶電水滴在降落中次第通過兩個感應圈，在與感應圈連線的真空管柵極先後產生兩個勢脈衝。根據感應圈距離和兩個脈衝的時差即可確定水滴末速。雨滴末速隨雨滴增大而增加，起初速率增加較快，待滴度超過2毫米後減緩。
降雨率分布測量方法有多種，包括粉法、過濾紙法、衝擊感測法、靜電感測法和光學檢測法等。粉法和過濾紙法分別根據雨滴在面盤內形成的粉球和在帶染料的過濾紙上形成的斑痕大小來確定雨滴大小。衝擊感測器一般稱雨滴分布儀，它把作用在剛性膜片上的衝量或沖水變成電脈衝。由於雨滴的質量、末速和衝擊時間都是雨滴滴度的函式，根據電脈衝幅度分布可換算出雨滴滴度分布。靜電感測器和光學檢測器則分別通過測量雨滴的電荷和雨滴通過光束時所形成影子的大小來確定雨滴大小。傳播研究中使用較多的雨滴滴度分布模式是勞斯-帕森斯分布和馬歇爾-帕爾默負指數分布。
降雪以雪花形式出現，其直徑為幾毫米到十幾毫米。照相測量表明，雪花最大水平粒度與高度之比變化範圍很大,平均接近於1。角變動一般在10°以下，末速隨雪的粒度和質量的增加而增加，一般為幾米／秒。對於雪花粒度分布，K.L.S.耿和J.S.馬歇爾提出了在形式上和馬歇爾-帕爾默雨滴滴度分布完全相象的負指數模式,僅參數不同而已。
多參數雷達，包括雙頻雷達、雙極化雷達和都卜勒雷達，已成為降水測量方面十分重要的工具。都卜勒雷達可以測定相應於各種雨滴速度的頻移譜。雨滴速度是滴度的函式,因此,頻移譜可以換算成雨滴滴度分布。雙極化雷達至少可以測定兩個正交極化的反射率，它們正好可用於確定負指數粒子粒度分布模式中的兩個參數。如果同時測定兩種極化接收信號的相關性和相對相移，還可以同時確定降水粒子的取向。冰雹的雙極化差分反射率和衰減與雨不同，因此利用雙極化和雙頻雷達可把冰雹和雨分開。
