Большая Советская Энциклопедия (РА)

Большая Советская Энциклопедия

Первые радиометеорологические наблюдения проводились А. С. Поповымс помощью созданного им грозоотметчика. Излучения атмосферы, вызываемые грозовыми и тихими электрическими разрядами, занимают широкую полосу частот радиоволн от сверхдлинных до ультракоротких и называются атмосфериками. Последние создаются не только разрядами при грозе, но и в конвективных облаках, пыльных и снежных бурях, областях высокой запылённости и др. Наблюдения за ними позволяют определять глобальное распределение грозовой активности, а также местоположение интенсивных фронтов атмосферных.

В 20-х — начале 30-х г. г. 20 в. установлено преобладающее влияние метеорологических процессов на распространение УКВ. Распространение радиоволн в атмосфере сопровождается их преломлением, поглощением, отражением и рассеянием. Интенсивность этих явлений определяется свойствами пространственного распределения показателя

преломления n воздуха, являющегося функцией давления, температуры и влажности, а также наличием и свойствами гидрометеоров (продукты конденсации влаги в атмосфере — капли дождя, тумана, облаков) и различных примесей. Соответственно радиосигналы могут содержать информацию о распределении плотности, температуры и влажности воздуха, поле ветра и турбулентности, водности облаков, интенсивности осадков и др. При распространении радиоволны ослабляются из-за потери электромагнитной энергии, которая поглощается и рассеивается молекулами кислорода O₂ и водяного пара, гидрометеорами, частицами аэрозоля и др. неоднородностями. В атмосферных газах ослабление наиболее существенно на волнах 0,25 и 0,5 см для 02 и 0,18 и 1,35 см для водяного пара, где имеет место резонансное поглощение. Суммарное поглощение атмосферными газами и его сезонная изменчивость определяются климатическими особенностями каждого географического района (рис. 1). В мелкокапельных облаках коэффициент ослабления пропорционален их водности. В осадках наряду с поглощением существенно рассеяние радиоволн, поэтому зависимость ослабления от их водности или интенсивности сложнее (рис. 2 и 3). В кристаллических облаках и осадках ослабление существенно меньше, чем в капельножидких.

Зависимость n, а также др. факторов, влияющих на перенос радиоизлучения, от основных метеорологических параметров позволяет использовать методы анализа и прогноза гидрометеорологических явлений для изучения и предсказания условий распространения радиоволн. Область Р., занимающаяся изучением сезонных изменений n, его вертикального профиля, поглощения атмосферными газами и ослабления облаками и осадками в различных климатических районах, называется радиоклиматологией. Метеорологические условия, определяющие аномалии в распространении радиоволн, в частности образование атмосферных волноводов, длительные замирания, вызванные наличием приподнятых отражающих слоев или ослаблением в осадках, могут быть предсказаны на основе синоптического анализа.

Среди методов исследования атмосферы, использующих распространение радиоволн, наибольшее практическое значение получили радиолокационные (см. Радиолокация в метеорологии). Измерения теплового излучения атмосферы, подстилающей поверхности и внеземных источников на сантиметровых и более коротких волнах в области интенсивных полос поглощения атмосферными газами используются для определения профилей плотности, влажности и температуры, а также оценки общего влагосодержания в атмосфере. На метеорологических ИСЗ применяют сканирующие радиометры сантиметрового и миллиметрового диапазонов для получения изображений облаков и осадков.

Лит.: Вин Г. Р., Даттон Е. Дж., Радиометеорология, пер. с англ., Л., 1971; Насилов Д. Н., Радиометеорология 2 изд., М., 1966; Пахомов Л. А., Пинус Н. З. и Шметер С. М., Аэрологические исследования изменчивости коэффициента преломления атмосферы для ультракоротких радиоволн, М., 1960; Степаненко В. Д., Радиолокация в метеорологии, Л., 1966; Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ диапазоне М., 1968.

А. А. Черников.

Рис. 1. Зависимость коэффициента полного поглощения К атмосферными газами от высоты H над поверхностью Земли для района г. Вашингтона (США): 1 — февраль; 2 — август.

Рис. 3. Изображение поля осадков средней интенсивности на индикаторе обзора метеорологического радиолокатора (длина волны 3,2 см). Расстояние между масштабными кольцами 20 км.

Рис. 2. Коэффициент ослабления a в дождях различной интенсивности I как функция частоты радиоизлучения.

Радиометр акустический

Радио'метр акусти'ческий, прибор для измерения давления звукового излучения (радиационного давления звука) и в конечном счёте — ряда важнейших характеристик звукового поля — плотности звуковой энергии, интенсивности звука и др. Представляет собой лёгкую подвижную систему, помещенную в звуковое поле на упругом подвесе (типа обычного или крутильного маятника или весов). Сила,

обусловленная радиационным давлением, смещает приёмный элемент (лёгкий диск, шарик, конус, размер которых больше длины волны) из положения равновесия до тех пор, пока действие её не будет уравновешено силами, зависящими от конструкции Р. а. В Р. а. маятникового типа (рис., а) — это компонента силы тяжести, возникающая при отклонении подвеса на угол a; в Р. а. типа крутильных весов (рис., б)— это упругий момент закручивания нити. В компенсационном Р. а. приёмный элемент возвращают в исходное положение, прикладывая внешнюю силу (простейший тип такого Р. а. — чувствительные рычажные весы; рис., в). Давление звукового излучения рассчитывается по радиационной силе, зависящей от соотношения длины волны и размеров приёмного элемента Р. а., его формы и коэффициента отражения.

Метод определения интенсивности ультразвука с помощью Р. а. — один из самых точных и простых методов. Однако Р. а. инерционен и подвержен влиянию акустических течений, что снижает точность измерений.

Лит.: Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962, гл. VI, §2, 6; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970, гл. IV, § 17.

Схемы некоторых конструкций радиометров. а — маятникового типа: 1 — приёмный элемент, 2 — жёсткое коромысло с игольчатым креплением в агатовых подпятниках или нить подвеса; б — типа крутильных весов: 1 — приёмный элемент, 2 — жёсткое коромысло, 3 — упругая растянутая тонкая нить; в — в виде рычажных весов: 1 — приёмный конический элемент, 2 — рычажные весы, 3 — чашка с разновесами; стрелками показано направление распространения ультразвука.

Радиометр (в радиоастрономии)

Радиоме'тр в радиоастрономии, радиотехническое устройство для измерения мощности излучения малой интенсивности в диапазоне радиоволн (длины волн от 0,1 мм до 1000 м). Применяется в качестве приёмного устройства радиотелескопов, а также в радиотеплолокации для составления тепловых карт поверхности Земли. Мощность излучения, попадающего на вход Р. с антенны, принято выражать т. н. эквивалентной температурой излучения Т, определяемой с помощью закона Рэлея — Джинса: р = kTDf (k = 1,38x10^{– 23}вт/гцxград — постоянная Больцмана, Df — ширина полосы принимаемых частот). В этом случае чувствительность Р., т. е. минимальное изменение входной температуры ЛГ, которое может быть зафиксировано инструментом, определяется выражением:

,

где t — время накопления сигнала; Т_ш — т. н. эквивалентная температура входных шумов, характеризующая уровень собственных шумов Р.; a — коэффициент порядка единицы, зависящий от схемы Р. Параметр

 часто называют радиометрическим выигрышем, Р. позволяет регистрировать сигналы, в q раз меньшие его собственных шумов. Наиболее распространена модуляционная схема Р. В этой схеме приёмник с помощью переключателя (модулятора) периодически подключается к антенне и к её эквиваленту, в качестве которого может служить, например, небольшая антенна, направленная в «холодную» область неба. Таким путём исключается постоянная составляющая шумов и выделяется полезный сигнал, который после усиления, детектирования и преобразования в числовой код подаётся на ЭВМ. Схема Р. строится обычно на основе приёмника супергетеродинного типа или прямого усиления. С целью снижения входных шумов на входе современного Р. используются малошумящие параметрические усилители или мазеры. Типичные параметры Р.:

Т_ш = 100 K, Df = 10⁸гц, t = 1 сек, a =

 ;

при этом чувствительность DT = 1,4x10^{– 2}К. При охлаждении входных усилителей Р. до температуры жидкого гелия можно достичь Т_ш » 20 K и при Df = 10⁹гц получить DT » 10^{– 3} K.