無線電波在對流層中的折射
正文
對流層大氣是折射率不均勻的介質，電波在對流層大氣中傳播時，由於不同區段的傳播速度不同，引起電波傳播方向改變，出現電波傳播路徑彎曲的現象。在正常情況下，大氣折射率隨高度變小。類型 無線電波的傳播路徑有如下幾種類型：①路徑與地面的彎曲同向的為正折射；②路徑與地面的彎曲反向的為負折射；③路徑是直線的為零折射；④路徑的曲率和地面曲率相同的為臨界折射；⑤路徑的曲率大於地球曲率的為超折射,這時，無線電波將折返地面（圖1）。標準大氣下的折射，稱為標準折射，屬正折射。 在討論電波的長距離傳播時，視大氣層為包圍地球的球層，電波射線的折射路徑應該用球面折射定律來計算(見大氣折射)。也可以用通常的折射定律來計算，但此時的折射率套用訂正後的折射模數M 來代替。其值為
式中n為無線電波的空氣折射率，z為離地面高度，RE為地球半徑。若M為常數,則電波傳播路徑的曲率和地球的曲率相等，此時電波傳播處於臨界折射狀態。地面的M約為300。M和M 的鉛直變化dM/dz都和大氣狀態有關，當dn／dz<-15.7×10-8米-1或 dM／dz<0時,就發生超折射現象（見表）。例如有逆溫層（氣溫隨高度增加）或水汽隨高度急劇減小時，可以形成超折射。此時電波從上層折回，再被下層反射，似在波導內傳播一樣，產生這種現象的空氣層稱為大氣波導。大氣波導可在一個薄層內使電磁能向遠方傳播,這個薄層在對流層中可以是貼地面的,也可以是懸空的。在一定折射率差 (N)(見無線電波的空氣折射率)鉛直梯度和一定厚度的大氣波導中，只有仰角小於一定值〔稱為穿透角(θ)〕的無線電波才能在大氣波導中傳播，大於該仰角的無線電波將穿透大氣波導(圖2)。折射率差鉛直梯度愈大,波導層愈厚，則穿透角愈大。同時，在大氣波導中，只有小於一定波長（稱臨界波長）的無線電波才能構成波導傳輸，大於該波長的無線電波則不能。大氣波導層愈厚，波導傳輸的臨界波長愈大。一般大氣波導層的厚度小於20～30米，波導傳輸的臨界波長在厘米波或分米波的範圍中。 無線電氣候學 由於大氣折射的原因，無線電波在大氣中的傳播是彎曲的，因此仰角、距離和速度的觀測值，與電波直線傳播下的數值是不同的。故必須根據溫、濕、壓分布進行訂正，即大氣折射修正。為了能夠對於修正值有所預期，從氣候的觀點研究大氣無線電折射率的空間分布及其隨時間變化的平均特性，就出現了無線電氣候學或無線電折射率氣候學。由於大氣各種複雜過程，折射率隨時間和空間而變化，這些變化可分為隨機的和規律的兩個分量。無線電氣候學是研究它的規律性部分，如折射率的高度分布和水平分布，日變化和季節變化等。無線電折射率有強烈的地域性變化，它和氣候條件有關係。正確的氣候預報，將有利於對無線電傳播的折射作出正確的估計，並可預測大氣波導的出現。
