23.2.3. Рассеяние осадками

Энергия радиоволн, рассеянная частицами осадков, переизлучается во всех направлениях [146, 174]. Прямая составляющая рассеянной энергии может вызвать [316] флюктуации и

искривление распространяющегося луча, а обратная составляющая, возвращающаяся к передатчику, приводит к появлению обратного рассеяния. При работе радиолокатора непрерывного излучения с общей антенной для передачи и приема в пространстве, целиком заполненном дождем, отраженные сигналы приходят со всех расстояний одновременно; наибольшие сигналы отражаются дождем, выпадающим в ближней части релеевской дальности, где излучаемое поле является интенсивным, а дальность — мала.

В импульсных системах принимается энергия, рассеиваемая частицами, которые распределены на расстоянии, эквивалентном половине длительности импульса. Общая отражающая поверхность равна [254, 255]

где ширина диаграммы антенны по половине мощности; — поперечная площадь рассеивания одной частицы; часть энергии волнового фронта, падающая на предполагаемую однородной площадь дождя, и поправочный коэффициент, учитывающий затухание в самом дожде. Если учесть распределение размеров капель, которые зависят от интенсивности выпадения осадков Р, то получим значения приведенные в табл. 23.4. Например, если то при и для частоты уравнение (23.21) дает значение

Таблица 23.4 Значение для дождя на разных частотах

Обратное рассеяние дождем измерялось с помощью импульсных радиолокаторов [12,40,122,199, 200, 288] при разнообразных метеорологических условиях; ряд относительных значений интенсивности отраженного сигнала, полученных Робинсоном частоте приведен на рис. 23. 8, г. Обнаружено, что сигналы, отраженные от падающего снега [180, 198], примерно равны сигналам, отраженным дождем с такой же интенсивностью выпадения. Эксперименты [143] на частотах 3,3, 9,4 и 24 Ггц при интенсивности выпадения осадков дали результаты, отличающиеся не более чем на 2 дб от значений, вычисленных по уравнению (23.21); при измерениях, выполненных высотомером, оснащенным индикатором, показывающим зависимость высоты от времени [208, 209],

были обнаружены интенсивные отраженные сигналы, соответствующие области немного ниже уровня замерзания капель. Это явление «блестящего слоя», т. е. наличие пояса с повышенной интенсивностью отражения, было изучено количественно [15, 56, 144] и также показано [45, 328], что оно вызывается эффектами перекрестной поляризации.

Оказывается, что этот слой обязан своим происхождением водяным каплям, которые образуются из медленно падающих тающих снежинок и поэтому имеющих большую концентрацию, нежели капли в более низких слоях. Эффекты отражения осадками находят практическое применение в методах [243, 288, 327, 329, 330] исследования физики облаков и для определения местоположения и сопровождения дождевых облаков. Например, резкие завихрения и центры грозовых образований обычно связаны [217, 375] с областями резкого изменения интенсивности выпадения осадков, и эти области дают сильные отраженные сигналы. При поиске таких образований сигнал должен проходить через пространство, в котором выпадает дождь, так что затухание в этом пространстве не должно быть очень большим. Частоты, используемые для радиолокационной метеорологии, лежат в диапазоне СВЧ, но предпочтение отдается частоте хотя в отдельных случаях [370, 378) могут быть использованы миллиметровые волны.