雲和降水中的微波衰減

微波在有云、雨的大氣中傳播時，其能量的衰減，是大氣和雲滴、雨滴對微波衰減作用的總和。由於微波波長比氣體分子直徑大得多，所以微波波段的大氣散射可以略去不計（見大氣散射）。大氣對微波的衰減主要是大氣的微波吸收所造成的。波長大於3釐米(頻率小於10吉赫)的微波作短距離傳播時，大氣的衰減作用可以略去，但在長距離傳播中必須考慮。雲、雨對微波的衰減，主要是水滴對微波的散射和吸收共同作用的結果。雲、雨對微波的衰減係數是吸收係數和散射係數之和。在無降水的雲層中，雲滴半徑rc比微波波長λ小得多，當2πrc/λ«1時，可用瑞利散射來處理電磁波和雲滴的相互作用，此時，雲層的衰減，以吸收作用為主，散射作用可略而不計。當雨滴半徑r滿足2πr/λ≥1時，則需用米散射處理電磁波和雨滴的相互作用，此時，散射作用不容忽視（見雲和降水粒子的微波散射）。雨的散射係數比吸收係數小。散射係數與吸收係數的比值，隨着雨的增強或波長變短而加大。根據計算，在波長為3.2釐米和雨強為2毫米/小時的條件下，散射係數與吸收係數的比值為0.05；若波長為0.8釐米和雨強為90毫米/小時，則為0.49。吸收係數和散射係數都隨雨強的增強而加大，但散射係數增大的趨勢比吸收係數較快。雨的衰減係數隨波長增加而迅速減小，例如波長由1釐米增至3釐米時，衰減係數要小一個量級，波長超過10釐米的微波，雨的衰減作用就很小了（見圖）。微波衰減常用的單位為分貝／公里或公里-1（又稱奈貝/公里）。若微波輻射能量為I0，經過1公里介質後輻射能量為I，則介質的衰減為分貝／公里或公里-1（1分貝/公里＝0.23公里-1）。 ^[1]