Радиолокационная отражаемость облаков

Радиолокационная отражаемость облаков не зависит от расстояния, параметров МРЛ и является физической характеристикой, определяющей отражающие свойства объекта. Величина в случае однократного, некогерентного рассеивания определяется размерам, концентрацией и диэлектрическими свойствами рассеивающих частиц. Рассеянное поле электромагнитной волны от облака состоит из когерентной и некогерентной составляющей. В облаке без осадков размеры рассеивателей меньше 100 мкм (в среднем 5-15 мкм), а концентрация 10²-10³ частиц в м³ облачного объема.

Если обозначить расстояние между частичками в облаке, то при такой концентрации длина волны будет .

, поэтому рассеивание волны СМ-диапазона – когерентно, в результате его обратное рассеивание формируется сложением парциальных волн облачных частиц.

Радиолокационная отражаемость при когерентном рассеивании пропорциональна , где – это число частиц в единице объема, и эта отражаемость зависит от формы зондирующих импульсов, крутизны переднего фронта, неоднородности и концентрации рассеивающих частиц. Когда наблюдаются крупные капли, их концентрация уменьшается, то в этом случае расстояние между частицами будет или .

, в этом случае рассеивание принимает некогерентный характер. Радиолокационная отражаемость облака без осадков с учетом когерентности пропорциональна водности и обратно пропорциональна длине волны в 4 степени: .

Для кучевых, слоисто-кучевых и слоистых облаков без осадков [мм⁶/м³], .

Поэтому, при столь малой отражаемости, обнаружении облаков без осадков можно осуществить только в ближней зоне (до 40 км).

Появление капель в облаке, размерами 0,1-0,2 см приводит к увеличению отражаемости на 3-5 порядков. Водность облака определяется:

,

– функция распределения капель по размерам, – диаметр частиц.

Если мкм, то г/м³, поэтому при таких маленьких размерах можно оценить .

Распределение отражаемости в % для различных типов облаков:

 

, [мм^6/м^3]	Туман	Sc	Ac	Ns	Cb

 

Из таблицы видно, что наименьшей отражательной способностью обладают туманы, а также недождевые облака слоистой и слоисто-кучевой формы. Облака такого типа можно обнаружить специальным МРЛ, работающим в диапазоне от 0,8 до 3,2 см в ближней зоне в радиусе 32-40 км.

Вертикальный профиль отражаемости облаков различных форм (1 – теплое время года; 2 – холодное время года):

 

 

 

Если известен средний радиус капли , то можно рассчитать отражаемость . Если имеем связь радиолокационной отражаемости с водностью и связь радиолокационной отражаемости с размерами облачных капель, мы можем при реализации метеорологического радиозондирования определить средний радиус облачных частиц и водность облака.

 

Отражаемость жидких осадков

Рассеянный и отраженный сигнал зависит от размера гидрометеоров, количество которых определяется интенсивностью дождя.

Радиус мороси от 0,025 мкм до 0,25 мкм и наиболее крупных капель 3-4 мм.

Среднее распределение капель дождя по размерам описывается следующим выражением:

,

где – параметр, зависящий от интенсивности дождя, – размер гидрометеора (капли дождя).

Если , то ; , то .

Мелкие капли осадков имеют сферическую форму, однако крупные капли дождя приобретают форму сплющенных эллипсоид.

Спектр капель дождя изменяется во времени и пространстве и зависит от типа облачности, из которой выпадают эти осадки. Интенсивность осадков определяется:

,

где - плотность вещества, из которого состоит гидрометеор, – скорость падения капель.

В результате микрофизических исследований распределения частиц осадков по размерам Маршалом и Пальмером была получена зависимость между и :

,

где и – эмпирические коэффициенты в зависимости от фазового состояния гидрометеора. Для жидких осадков , где [мм⁶/м³], а [мм/час].

Данное выражение дает наиболее точную оценку интенсивности осадков .

Связь между и :

, мм/час	0,1	1,0
, ДБZ
	-1,1	0,5	2,1	3,3

 

Для удельной ЭПР .