基于中尺度数值天气预报模式大气结构常数模拟的对流层散射区域变化机理与建模研究

Troposcatter propagation is one of the trans-horizon radio propagation modes which can propagate from hundreds up to one thousand kilometers using the scattering of atmospheric irregularities. It's an important approach to establish trans-horizon radiocommunication and reconnaissance, and it's also an important reason that cause interference between systems sharing the same frequency bands. In accordance with the differential results with various troposcatter propagation prediction models in different cliamte regions, the regional variation mechanism of the troposcatter propagation will be investigated herein, by simulating spatial distribution of the refractive index and turbulence structure parameter with the mesoscale numerical weather prediction model(MM5) which is assimilated by surface and radiosonde data, while the troposcatter propagation properties under different areas and meteorological conditions will be analysed with parabolic equation. Combined with the global troposcatter data bank, the experimental data in China,and the data of refractive index structure parameters by the meteorological radar,a new globally applicable model for troposcatter propagation will be established, which will have better adaptation for various climate regions and higher accuracy.

对流层散射传播是通过对流层非均匀结构的散射实现数百到上千公里传播的一种超视距传播方式，是实现超视距通信、侦测等的重要途径，同时，也是远距离同频技术系统之间产生相互干扰的重要原因。针对目前不同对流层散射传播预测模式在不同气候区，预测结果存在的差异和相互矛盾的预测结果，通过利用中尺度数值天气预报模式MM5，同化我国不同区域历史地面和探空数据，数值模拟大气折射率和结构常数的空间分布，并利用电波传播的抛物方程算法，数值模拟和分析不同区域、不同气象条件下对流层散射传播特性，进一步深入揭示对流层散射区域变化的机理，并结合全球对流层散射数据库数据，我国对流层散射传播试验数据和雷达探测的大气结构常数数据，探索建立新的对流层散射传播预测模式，拓展对流层散射传播预测的区域适应性，提高对流层散射传播预测的精度。

对流层散射传播是通过对流层非均匀结构的散射实现数百到上千公里传播的一种超视距传播方式，是实现超视距通信、侦测等的重要途径，同时，也是远距离同频技术系统之间产生相互干扰的重要原因。针对目前不同对流层散射传播预测模式在不同气候区，预测结果存在的差异和相互矛盾的预测结果，开展了基于中尺度天气预报模式大气结构常数模拟的对流层散射区域变化机理研究和对流层散射传播建模研究。深入揭示了对流层散射区域变化与大气结构常数、地面折射率和近地面 1km 的折射率梯度的关系，解释了散射信号电平随季节和区域变化的特征。结合全球对流层散射数据库数据和试验数据，分析了对流层散射平均年传输损耗中值与频率、距离、散射角和气象气候条件之间的关系，并利用当代优化算法，提出了一种新的对流层散射平均年传输损耗预测方法，建立了一种新的对流层散射超视距传播预测模型，与 ITU-R 三种预测方法相比较提高了对流层散射平均年传输损耗的预测精度；在对ITU-R P.617 标准中的对流层散射最坏月传输损耗预测结果和ITU-R P.841标准中的对流层散射最坏月时间概率转换模式转换结果进行对比分析的基础上，结合全球对流层散射数据库和海平面折射率数据，提出了一种新的对流层散射最坏月时间概率转换模式，与 ITU-R P.841 标准模式比较表明，该方法提高了转换精度，且可反映出对流层散射传播随气象气候条件的区域性变化特点；同时，利用抛物方程，考虑了海上大气湍流结构对海上对流层超视距传播的影响，提出了利用散射抛物方程计算对流层散射传播的确定性方法，修订了ITU-R P.834建议书等。总之，通过项目的开展进一步揭示了对流层散射区域变化机理，拓展对流层散射传播预测模型的区域适应性，提高对流层散射传播预测精度。