什么是对流层探测?

[拼音]：duiliuceng tance

[外文]：tropospheric sounding

对对流层无线电气象数据的测量。对流层探测分为折射率测量和水汽凝结物测量两类。前者包括温度、湿度、压强、折射率、湍流和层结等的测量；后者包括云、雾，特别是降水的测量。对流层探测数据是对流层电波传播研究的物理依据。

折射率常由温度、湿度和压强等测量数据按下式决定

N＝(77.6/T)(P＋4810e/T)

式中N为折射率(N单位)；T为温度(K);e为水汽压强（毫巴）;P为大气压强（毫巴）。利用折射率仪也可以直接测得折射率。折射率仪有多种，在以圆柱或同轴腔体为敏感元件的折射率仪中，空气折射率N 的变化墹N 引起腔体谐振频率f变化(墹f)，其关系为

墹N＝－(墹f/f)×106

因此，测量腔体谐振频率的变化，就可以确定折射率的变化。有的折射率仪用空气电容器作为敏感元件。

各地地面折射率、地面以上1公里以及100米以内的折射率梯度的短期平均值及其分布，一般可利用常规气象台、站的地面温度、湿度、压强记录和探空数据求得。但精细的折射率结构及其变化则需要进行专门测量才能获得。测量有直接测量和遥感两类方法。

（1）直接测量：将测量仪器放在气象塔、系留气球或飞机上，直接测量仪器所在点的折射率。气象塔可得到连续的、同时的折射率或温度、湿度和压强记录，但受高度和地点的限制；系留气球可对 500米内的折射率结构进行较精细的测量，但只适用于较好的天气；机载折射率仪的测量高度范围较大，能对层结和湍流等进行相当精细的测量，但不能全天候测量。

（2）遥感：用辐射计、激光雷达、声雷达或微波雷达遥感测量折射率。辐射计一般通过60吉赫氧辐射带的辐射强度测量而反演大气温度的垂直分布，通过水汽吸收带的太阳辐射衰减或大气亮点温度的测量，以确定水汽密度的高度分布；激光雷达利用氮气的罗曼后向散射测量温度。这种后向散射强度与散射点的温度有关。如果激光雷达工作在两个波长上，其中一个有水汽吸收衰减，比较两个波长的回波衰减即可推算出水汽含量。声波对温度和水汽变化的反应比电波灵敏得多，利用单站声波系统可以探测逆温层的强度和位置。无线电声波系统用电波测量声波在空中的传播速度，借以得到温度的高度分布。由于水汽对声波的吸收是频率和湿度的函数，利用多频声波系统就可以测量湿度剖面；微波雷达也能测量层结和湍流结构等。

人们已经测知地面折射率和地面以上 1公里以内范围的折射率梯度的月平均值全球分布;地面以上100米内的折射率梯度统计分布也已有多种经验模式；在一些地区还较详细地调查了大气层结、波导和小不均匀性。

包括降雨测量和降雪测量。测量项目有降雨率或降雪率及其时空变化、降雨或降雪的微观结构（粒子形状、倾角、末速度和滴度分布等）。降雨率测量多用时间分辨率相当高的快速响应雨量计或翻斗雨量计进行。气象部门的常规测雨数据经过积分时间修正后，可作为较大范围内的资料，并已提出世界各类雨气候区的参考性降雨率长期分布和有关降雨率时空变化的初步模式。雨滴形状和倾角等可通过照相测量。雨滴一般为扁球状，雨滴越大，则形状越扁。在电波传播研究中，大多采用普鲁帕切-皮特雨滴形状模式。通常，雨滴大小不超过8毫米，对称轴接近垂直线，在风速垂直梯度作用下略有倾斜。

R.耿和G.D.肯泽采用电子装置测量雨滴末速，取得了较好的测量结果。选定滴度的带电水滴在降落中次第通过两个感应圈，在与感应圈连接的真空管栅极先后产生两个势脉冲。根据感应圈距离和两个脉冲的时差即可确定水滴末速。雨滴末速随雨滴增大而增加，起初速率增加较快，待滴度超过2毫米后减缓。

降雨率分布测量方法有多种，包括粉法、过滤纸法、冲击传感法、静电传感法和光学检测法等。粉法和过滤纸法分别根据雨滴在面盘内形成的粉球和在带染料的过滤纸上形成的斑痕大小来确定雨滴大小。冲击传感器一般称雨滴分布仪，它把作用在刚性膜片上的冲量或冲水变成电脉冲。由于雨滴的质量、末速和冲击时间都是雨滴滴度的函数，根据电脉冲幅度分布可换算出雨滴滴度分布。静电传感器和光学检测器则分别通过测量雨滴的电荷和雨滴通过光束时所形成影子的大小来确定雨滴大小。传播研究中使用较多的雨滴滴度分布模式是劳斯-帕森斯分布和马歇尔-帕尔默负指数分布。

降雪以雪花形式出现，其直径为几毫米到十几毫米。照相测量表明，雪花最大水平粒度与高度之比变化范围很大，平均接近于1。角变动一般在10°以下，末速随雪的粒度和质量的增加而增加，一般为几米／秒。对于雪花粒度分布，K.L.S.耿和J.S.马歇尔提出了在形式上和马歇尔-帕尔默雨滴滴度分布完全相象的负指数模式，仅参数不同而已。

多参数雷达，包括双频雷达、双极化雷达和多普勒雷达，已成为降水测量方面十分重要的工具。多普勒雷达可以测定相应于各种雨滴速度的频移谱。雨滴速度是滴度的函数，因此，频移谱可以换算成雨滴滴度分布。双极化雷达至少可以测定两个正交极化的反射率，它们正好可用于确定负指数粒子粒度分布模式中的两个参数。如果同时测定两种极化接收信号的相关性和相对相移，还可以同时确定降水粒子的取向。冰雹的双极化差分反射率和衰减与雨不同，因此利用双极化和双频雷达可把冰雹和雨分开。