一个L波段海表盐度遥感反演的新经验模式

海表盐度是描述海洋的一个重要参量，海表盐度的微波探测是海洋遥感研究的重要内容.利用黄海实测盐度数据和海表亮温资料，建立了一个适用于黄海近岸的盐度反演模式.在没有海浪破碎情况下，利用L波段的亮温资料反演海洋表层盐度.本模式充分考虑了海面粗糙度的影响，从海水亮温和海水的介电常数反演的表层盐度和实测的表层海水盐度基本一致，其平均绝对误差为0.288psu，与同类模式相比具有较高的精度. 关键词： 盐度 亮温 辐射率 介电常数     

高风速下海洋飞沫水滴对拖曳系数的影响

海面飞沫水滴改变着海气动量通量的分布, 从而在相当程度上影响着海面拖曳系数. 为了能够精确估计海面飞沫水滴对海面拖曳系数的影响, 推导出新的依赖于风速和海浪状态的海洋飞沫生成函数, 将该飞沫生成函数用在改进的飞沫动量通量计算公式中进行飞沫动量通量的计算, 发现本文提出的飞沫动量通量计算公式对海浪状态具有较强的敏感性, 能够清晰地表达海浪状态对飞沫动量通量的影响. 海面总动量通量包含飞沫动量通量和海气界面动量通量, 基于此理论, 得到高风速下受飞沫水滴影响的海面拖曳系数关系式, 从关系式的理论值可知, 在高风速下, 海面拖曳系数开始衰减, 说明高风速下海面飞沫水滴能够抑制拖曳系数值的增加. 将理论结果与实验室和外海测量值进行对比, 发现海面拖曳系数的理论值变化范围覆盖了测量值, 同时将该海面拖曳系数代入海浪模式进行台风浪模拟, 发现海浪模式能够较好地模拟出有效波高, 说明本文提出的新的海面拖曳系数公式能够合理地用在高风速条件下.     

高功率微波介质窗表面矩形槽抑制二次电子倍增

为深入研究高功率微波(HPM)作用下介质窗沿面击穿破坏的物理机制,探索提高闪络场强阈值的方法和途径,开展了介质窗表面矩形刻槽抑制电子倍增的理论与试验研究。首先根据动力学方程建立了介质窗表面电子倍增模型并分析了介质窗槽内电子运动轨迹,考虑了矩形槽结构对表面微波电场的影响,理论分析表明在闪络击穿的起始和发展阶段矩形槽可有效抑制电子倍增。在S波段(2.86 GHz,脉宽1μs)下开展了介质窗表面矩形刻槽的击穿破坏试验,试验结果发现表面矩形刻槽可大幅度提高微波传输功率,在槽深(1.0mm)一定时不同的刻槽宽度(0.5 mm和1.0 mm)对应的微波功率抑制范围不同。采用PIC-MC仿真模拟槽内倍增电子的时空演化,仿真结果很好地验证了试验现象。     

X波段高功率微波对介质窗材料的破坏现象

 在X波段微波源（频率9.4 GHz,功率1 GW）下,对4种典型介质窗材料（聚四氟乙烯、有机玻璃、低密度聚乙烯及高密度聚乙烯）在真空中进行了微波放电击穿实验,同时考虑了材料的不同表面处理工艺（表面刻槽和抛光）对其击穿特性的影响,对微波击穿后样品的表面形貌进行了宏观和微观分析,实验观测到:介质表面出现了沿微波电场方向的明显树枝状破坏现象,且材料表面处理工艺对其击穿破坏程度有显著影响,认为树枝状破坏通道与施加的微波场有着密切的关系。通过观察透明有机玻璃内部的树枝状破坏,发现树枝既沿介质表面生长,同时也向介质内部发展。提出了微波作用下介质窗击穿破坏的物理模型,认为微波电场导致树枝状破坏沿电场方向发展,而微波磁场导致树枝状向介质内部发展,并进一步给出了树枝状破坏起始和发展的可能原因。     

真空条件下介质窗表面微波击穿实验

介绍了介质表面真空微波击穿研究实验装置的设计以及介质表面刻凹槽实验。微波源为S波段速调管,中心频率2.86 GHz,脉宽1μs。为确保击穿发生在后端介质样品处,而前端用于和速调管源隔离的陶瓷微波窗不击穿,实验装置采用先分后合的方法,利用两个陶瓷窗,每个陶瓷窗传输总功率的一半。为了抑制三相点带来的效应,采用凹形的圆柱介质,三相点处于电场强度弱的位置,有效消除了三相点的影响。在此实验装置上做了表面刻凹槽实验,初步实验结果表明,与光滑表面击穿阈值相比较,刻凹槽可使功率容量提高2倍以上。     

1维微波光子晶体频率选择性反射面

研究了一种由多层介质交替排列的1维微波光子晶体,应用传输矩阵法计算和分析了该结构周期数、波的入射角、介质的相对介电常数以及介质层厚度等对其频率选择特性的影响,并具体给出了一个可行的设计方案。所设计的频率选择表面在3.2~4.0 GHz频率范围内,反射系数大于0.99,在9.5~9.7 GHz频率范围内透射系数大于0.98。     

微波磁场和斜入射对介质表面次级电子倍增的影响

分别研究了微波磁场和斜入射微波电场对介质表面次级电子倍增的影响.利用particle-in-cell/Monte Carlo方法,获得了微波磁场和斜入射微波电场条件下电子数量、介质表面直流场、电子平均能量和介质表面吸收功率的时间变化图像.模拟结果表明,斜入射和微波磁场虽然会显著影响电子的平均能量,但对电子数量和介质表面吸收功率的影响并不大,因此不会对微波介质表面击穿产生太大作用.     

加工工艺对微波窗材料介电性能的影响

聚四氟乙烯、聚乙烯、有机玻璃等介质材料因其良好的透波性能和优异的机械性能被广泛用作高功率微波的输出窗口,但关于窗口加工处理工艺对材料介电性能的影响却少有研究。利用高压电桥及高阻计对不同介质材料不同工艺下的基本介电参数进行了测量,利用静电感应法对不同介质材料表面0.8~0.9 eV浅能级的电子陷阱密度分布进行了测试,利用波导口开展了S波段800 MW、百ns微波脉冲作用下的介质击穿实验,考察了材料表面粗糙度、划痕对介质窗表面击穿的影响。结果表明:烘烤工艺在一定程度上降低了材料的耐击穿性能,增加了介质损耗;平行于电场方向的划痕形成了材料表面击穿的通道,而该通道的存在又进一步加剧了击穿的发生。     

介质谐振器法测量超导薄膜微波表面阻抗

本文所用的测试方法为蓝宝石介质谐振器法,它采用一片超导薄膜替代谐振器的一端,通过测量微波介质谐振腔的品质因数和谐振频率随温度变化来确定超导薄膜的微波表面阻抗.本文设计和制作了一个工作于TE01δ模式,谐振频率在18.3GHz左右的蓝宝石介质谐振器,其无载品质因数在3K时可达到130000.用此方法可以对薄膜进行无损伤测量,测量后的薄膜还可继续使用.     

碳团簇型材料微波隐身性能研究

平面环状碳团簇是一种特殊的大分子, 计算表明其转动能级变化的谱线富集于1-20 GHz的微波区. 利用该特性制得了碳团簇型微波隐身材料. 测试结果表明, 对于双层材料, 最小反射率达-31 dB, 有效频带宽度为2.3 GHz, 同时, 将该材料长时间处于自然条件下, 其吸波性能稳定.     

Microwave backscattering from the sea surface with breaking waves

Based on the effective medium approximation theory of composites, the whitecap-covered sea surface is treated as a medium layer of dense seawater droplets and air. Two electromagnetic scattering models of randomly rough surface are applied to the investigation of microwave backscattering of breaking waves driven by strong wind. The shapes of seawater droplets are considered by calculating the effective dielectric constant of the whitecap layer. The responses of seawater droplets shapes, such as sphere and ellipsoid, to the backscattering coefficient are discussed. Numerical results of the models are in good agreement with the experimental measurements of horizontally and vertically polarized backscattering at microwave frequency 13.9GHz and different incidence angles.     

气泡/泡沫覆盖粗糙海面电磁散射的修正双尺度法研究

提出了风驱粗糙海面覆盖水气泡层的‘体-面’复合模型.基于修正的双尺度粗糙面散射理论、MIE理论和矢量辐射传输理论,比较了水气泡与实心水粒子的电磁散射特性的差异,分析了海面泡沫覆盖率与风速、气-海温差的关系.在有、无泡沫层情形下,采用高斯和经验海谱,讨论了单站、双站散射系数与入射角、方位角、风速、风向、极化等参量的关系,并将数值计算的结果与相关文献的测量值进行了比较和分析. 关键词： 电磁散射 海面复合模型 修正双尺度法 MIE     

各向异性粗糙海面的红外反射特性研究

海面背景的干扰影响着红外系统的探测、识别性能,海面的红外辐射研究对于红外系统的设计、使用和评估具有十分重要的意义.基于Cox-Munk模型对海面的红外反射率进行了分析计算,全面考虑风速、风向、遮挡效应、入射方向、观测方向等各种影响,建立海面红外反射模型,推导出各向异性粗糙海面的红外反射率计算方法,并计算出海面的红外反射...     

浅海起伏海面下气泡层对声传播的影响

分析了起伏海面下风浪引起的气泡层对海面反射损失和对声传播的影响.一方面,气泡层会改变原来水中的声速剖面;另一方面,气泡层会对声波产生散射和吸收作用.考虑以上两方面的因素,分析了不同风速下气泡层对海面反射损失和声传播损失的影响,仿真发现,在风速大于10 m/s时,对于2 k Hz以上频率时气泡层对小掠射角下海面反射损失的影响不可忽视.在给定的水声环境中,当声源深度和接收深度都为7 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到8.1 d B.当声源深度和接收深度都为18 m时,风速为16 m/s的风浪下生成的气泡层,在10 km处对3 k Hz的声传播损失的影响达到4 d B.     

不同地物类型微波发射率特征分析

地表微波发射率是表征地表特征的重要参数,同时也是反演地表、大气参数的重要条件。不同地物类型由于其结构,含水量,粗糙度等的差异而具有各自的辐射特征。利用2003年6～8月,2003年12月～2004年2月两个时段针对AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer-EOS)传感器的晴空条件下全球地表微波发射率数据,结合IGBP分类标准及覆盖度数据,选择相对较纯像元,分析了不同地表类型的发射率特征以及不同地物类型的发射率在不同波段随季节的变化规律。结果表明,地表发射率跟频率与极化相关,几乎所有植被和裸土类型双极化下的发射率变化趋势是随频率的增加而增大,而冰雪覆盖类型V极化发射率随频率增加而减小。此外,发射率跟地表类型密切相关。植被类型的发射率要高于裸土的发射率。因此,随着植被密度的降低,裸土的贡献增大,导致总体发射率的降低。对于植被类型,一般在夏季处于生长旺盛期,发射率比较稳定,可作为特征发射率。积雪覆盖是一个重要因素,尤其在冬季影响着地表的发射率变化。     

Surface tension effects in breaking wave noise

The role of surface active materials in the sea surface microlayer on the production of underwater noise by breaking waves is considered. Wave noise is assumed to be generated by bubbles formed within actively breaking whitecaps, driven into breathing mode oscillation at the moment of their formation by non-equilibrium, surface tension forces. Two significant effects associated with surface tension are identified-a reduction in low frequency noise (<1000 Hz) due to the re-fragmentation of actively radiating bubbles by fluid turbulence within the whitecap and a reduction in overall noise level due to a decrease in the excitation amplitude of bubbles associated with reduced surface tension. The impact of the latter effect on the accuracy of Weather Observations Through Ambient Noise estimates of wind speed is assessed and generally found to be less than ±1 m?s(-1) for wind speeds less than 10?m s(-1) and typical values of surfactant film pressure within sea slicks.     

Variational assimilation in combination with a regularization method for sea level pressure retrieval from QuikSCAT scatterometer data II: simulation experiment and actual case study

The sea level pressure field can be computed from sea surface winds retrieved from satellite microwave scatterometer measurements, based on variational assimilation in combination with a regularization method given in part I of this paper. First, the validity of the new method is proved with a simulation experiment. Then, a new processing procedure for the sea level pressure retrieval is built by combining the geostrophic wind, which is computed from the scatterometer 10-meter wind using the University of Washington planetary boundary layer model using this method. Finally, the feasibility of the method is proved using an actual case study.     

散射计资料对台风海平面气压场的反演和定位的新方法研究

文章首先利用QuikSCAT散射计获取的海面风场资料,利用华盛顿大学行星边界层(UWPBL)模式对台风海平面气压场进行反演(称为直接反演),并对其强度进行了分析;然后对获取的海面风场,采用变分方法对风场进行分解,分解出无旋和有旋风场,对分解出的有旋风场,再利用UWPBL模式对魔羯台风的海平面气压场进行了反演,对所得结果与通常直接反演、NCEP海平面气压场及台风报文资料进行一一对比,结果表明:新的反演定位的方法对台风海平面气压场中心气压的定位精度有了进一步的提高,此种定位的方法为散射计资料在台风中的实际应用开辟了一条新的思路. 关键词： 散射计风场 变分方法 台风 海平面气压场     

Initial flight test results of differential absorption barometric radar for remote sensing of sea surface air pressure

The accuracy of numerical weather model predictions of the intensity and track of tropical storms may be significantly improved by large spatial coverage and frequent sampling of sea surface barometry. The availability of a radar operating at moderate-to-strong O₂ absorption bands in the frequency range 50∼56 GHz to remotely measure surface barometric pressure may provide such capability. At these frequencies, the strength of radar echoes from water surfaces has a strong gradient with frequencies owing to the absorption of atmospheric O₂. Our recent research has developed a technique based on the use of a dual-frequency, O₂-band radar to estimate surface barometric pressure from the measured attenuation due to O₂. The ratio of reflected radar signals at multiple wavelengths is used to minimize the effect of microwave absorption by liquid water and water vapor in the atmosphere, and the influences of sea surface reflection over the frequency of operation. A demonstration instrument has been developed to verify the differential O₂ absorption measurement approach. Recent test flights to evaluate the in-flight performance of the demonstration instrument have been completed. The measured radar return and differential O₂ absorption show good agreement with the modeled results. These flight test results are consistent with our instrumentation goal of ±5 mb uncertainty and indicate that our proposed differential absorption measurement approach may provide a useful measurement of sea surface pressure. Future test flights will provide higher altitude data and assess the precision of the sea surface pressure measurement for the existing demonstration radar.