大氣波導

當對流層的某層出現逆温或水汽急劇減小，導致空氣密度和折射率的垂直變化很大，造成無線電波射線的超折射傳播，其電磁能量在該層大氣的上下壁之間來回反射向前傳播，好像在波導內進行的現象（如圖1）。大氣波導層可以是貼地面的，也可以是懸空的大氣層。對於一定的折射率垂直梯度和波導層厚度的大氣波導來説，只有小於一定的仰角與波長的無線電波才能在大氣波導層中傳播。大於該仰角和波長時，電波將透過大氣波導層，該仰角和波長稱為穿透角和臨界波長。大的折射率垂直變化和厚的波導層，其穿透角和臨界波長也大，這樣可以使較大仰角和波長的無線電波射線在大氣波導層中傳播。無線電波的大氣波導傳播，主要在釐米波波段。它可以使雷達和通信的工作距離增加，但是也會使雷達定位產生偏差。大氣波導是由氣象條件決定的，可以根據氣象探測來預測大氣波導的出現 ^[1]  。

影響大氣環境中電磁波傳播特性的主要大氣因子是大氣折射指數。當近地層存在越顯著的逆温和隨高度減少越迅速的水汽壓，則越容易形成超折射。這時由於射線的曲率大於地球表面的曲率，射線傳播路徑會向地球一側彎曲，經地面產生反射後繼續向前傳播，繼而又彎向地面，一致重複這個過程，便形成大氣波導。大氣波導的形成主要分為3種類型：蒸發波導、表面波導和抬升波導。第一種波導主要形成於海洋上空 ^[2]  。

（1）蒸發波導：蒸發波導是海洋大氣環境中常出現的一種特殊表面波導，它是由於海面水汽蒸發是近海面小範圍內大氣濕度隨高度鋭減而形成的。

（2）表面波導：表面波導是下邊界與地表相連的大氣波導。表面波導一般出現在大氣較穩定的晴好天氣條件下，此時低層大氣存在一個較穩定的逆温層，且濕度隨高度遞減。

（3）抬升波導：抬升波導是下邊界懸空的大氣波導。抬升波導下邊界高度一般距地面數十米或數百米，在此高度上一般存在一個逆温層。

大氣波導發生的大氣層即為大氣波導層。官莉等 ^[3]  研究表明，邊界層中的電磁波若要形成波導傳播，必須滿足4個基本條件：

（1）近地層或邊界層某一高度處必須存在大氣波導層。

（2）電磁波的波長必須小於最大陷獲波長（頻率高於最低陷獲頻率）。

（3）電磁波發射源必須位於大氣波導層內。對於抬升波導，有時電磁波發射源位於波導底下方時，也可形成波導傳播，但此時發射源必須距波導底不遠，且波導必須非常強。

（4）電磁波的發射仰角必須小於某一臨界仰角。