Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

"УТВЕРЖДАЮ"
декан радиофизического факультета
профессор _____________ С.Н.Гурбатов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса
"РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ТРОПОСФЕРЕ"
для направления подготовки 511500 - Радиофизика
(спецкурс)
и для специальности 071500 - Радиофизика и электроника
(спецкурс)
Н.Новгород - 2001

1. Организационнно-методический раздел.

    Программа предназначена для подготовки бакалавров и магистров радиофизики, а также специалистов по специальности "Радиофизика и электроника". Спецкурс "Распространение радиоволн в тропосфере" читается в 9 семестре. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах термодинамики, квантовой механики, электродинамики, теории вероятностей, статистической радиофизики.
    Изучение характеристик распространения радиоволн в различных средах связано, как правило, с рассмотрением взаимодействия электромагнитного излучения вполне определенных диапазонов с соответствующими средами распространения. С неионизированными слоями атмосферы взаимодействуют радиоволны ультравысоких, сверхвысоких, крайневысоких и гипервысоких частотных диапазонов - дециметровые, сантиметровые, миллиметровые, децимиллиметровые (субмиллиметровые) радиоволны, которые часто называют одним термином - микрорадиоволны.
    Цель спецкурса - сформировать у студентов представления об особенностях физических механизмов взаимодействия радиоволн перечисленных диапазонов с неионизированными слоями атмосферы (в первую очередь, с тропосферой) и на их основе познакомить с принципиальными и прикладными возможностями быстро развивающегося нового направления исследований - дистанционного зондирования природных сред.

В процессе изучения курса студенты должны освоить :

• физические механизмы взаимодействия микрорадиоволн с молекулами атмосферных газов, аэрозолями, гидрометеорами, с водными и грунтовыми поверхностями ;
• основные методы расчетов характеристик распространения микрорадиоволн на вертикальных и наклонных трассах различной протяженности (ослабление, рассеяние, преломление радиоволн, рефракция, фазовое запаздывание и т.д.) ;
• основные соотношения и закономерности радиоизлучения системы "атмосфера - подстилающая поверхность" ;
• общие принципы постановки и решения обратных задач дистанционного зондирования природной среды.

2. Содержание курса.

I. ВВЕДЕНИЕ.

Диапазоны радиоволн, установленные Международным регламентом связи. Основные физические свойства тропосферы как среды распространения микрорадиоволн. Предмет и структура курса.

II. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ОСЛАБЛЕНИЯ И ПРЕЛОМЛЕНИЯ РАДИОВОЛН В ТРОПОСФЕРЕ.

Молекулярное поглощение радиоволн. Общие вопросы молекулярного поглощения. Вращательные спектры молекул. Коэффициент молекулярного поглощения. Форма спектральной линии, обусловленная молекулярными соударениями. Допплеровское уширение линий. Поглощение, обусловленное индуцированными при соударениях дипольными моментами. Коэффициенты поглощения водяного пара, молекулярного кислорода и примесных газов атмосферы. Модели высотной зависимости коэффициентов молекулярного поглощения. Ослабление радиоволн аэрозолями и гидрометеорами. Общие вопросы поглощения и рассеяния радиволн частицами, со-держащимися в атмосфере. Классификация гидрометеоров. Теория Ми. Приближение рэлеевского рассеяния. Радиомодели гидрометеоров. Преломление радиоволн в тропосфере. Коэффициент преломления радиоволн. Классическое и квантовомеханическое выражения для коэффициента преломления радиоволн в тропосфере. Модели высотной зависимости коэффициента преломления.

III. РАСЧЕТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ РАДИОХАРАКТЕРИС-ТИК НА ТРАССАХ.

Методики расчетов ослабления радиоволн на вертикальных и наклонных трассах ( большие и малые углы места). Астрономическая рефракция радиоволн. Модельные расчеты рефракции. Теорема Лапласа для радиорефракции. Электрическая длина пути радиоволн в тропосфере.

IV. ТЕПЛОВОЕ РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ " АТ-МОСФЕРА - ПОДСТИЛАЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ" И ВОЗМОЖНОСТИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД.

Основные уравнения теплового радиоизлучения системы "атмосфера- подстилающая поверхность". Статистическая радиомодель атмосферы. Физические принципы постановки обратных задач дистанционного зондирования тропосферы. Методы и основные результаты решения обратных задач радиометрического зондирования атмосферы и подстилающей поверхности. Озоновая проблема и характеристики распространения миллиметровых радиоволн. Экологические аспекты дистанционного зондирования. Лимбовое зондирование атмосферы. Использование результатов дистанционного зондирования тропосферы для оперативного определения характеристик распространения микрорадиоволн.

V. АТМОСФЕРНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

Структура развитой турбулентности. Флуктуации фазы в турбулентной среде. Флуктуации интенсивности. Порядок величин флуктуаций миллиметровых волн в атмосфере Земли.

3. Распределение часов курса по темам и видам работ.

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

Итоговый контроль: зачет в конце 9-го семестра.

5. Учебно-методическое обеспечение курса.

5.1. Рекомендуемая литература (основная).

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М. Наука, 1989, 760 стр.
2. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть П. М. Наука, 1978, 453 стр.
3. Долуханов М.П. Распространение радиволн. М. Связь, 1972, 531 стр.
4. Колосов М.А., Шабельников А.В. Рефракция электромагнитных волн в атмосфере Земли, Венеры и Марса. М. Советское радио, 1976, 240 стр.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).

1. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М. Наука, 1974, 211 стр.
2. Таунс Ч., Шавлов А. Радиоспектроскопия. М. ИИЛ, 1959, 640 стр.
3. Малкевич М.С. Оптические исследования атмосферы со спутников. М. Наука, 1973, 378 стр.
4. Проблемы современной радиотехники и электроники (под редакцией В.А.Котельникова). М. Наука, 1980, 269 стр.
5. Наумов А.П. Теория молекулярного поглощения миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн и аномалии атмосферного поглощения.// Труды 1-ой Всесоюзной школы-симпозиума по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере. М. ИРЭ АН СССР, 1983.
6. Маркина Н.Н., Наумов А.П., Сумин М.И. Об уравнениях для вариаций яркостных температур атмосферы.// Радиотехника и электроника. 1985. Т.30. N 5. С. 851-859.

Составитель программы
профессор А.П. Наумов

Зав. кафедрой РА и РРВ
профессор В.Г. Гавриленко