Радиометеорология. 
Введение в радиоэлектронику

Радиометеорология — это наука, которая изучает, с одной стороны, влияние метеорологических условий в тропосфере и стратосфере на распространение радиоволн (главным образом, УКВ), а с другой — метеорологические явления в тропосфере и стратосфере, Сведения извлекаются из характеристик принимаемых радиосигналов, в том числе собственного излучения атмосферы, как теплового, так и обусловленного электрическим разрядами.

Собственное излучение атмосферы, вызываемое грозовыми и тихими электрическими разрядами, занимают широкую полосу частот от сверхдлинных до ультракоротких волн. Они создаются не только разрядами при грозе, но и статическим электричеством в облаках, пыльных и снежных бурях, областях высокой запылённости и пр. Наблюдения за ними позволяют определять глобальное распределение грозовой активности, а также местоположение интенсивных атмосферных фронтов.

В 20-х — начале 30-х гг. XX в. было установлено преобладающее влияние метеорологических процессов на распространение УКВ (см. подраздел 6.3). Распространение волн этого диапазона в атмосфере сопровождается их преломлением, поглощением, отражением и рассеянием (см. главу 5). При распространении в атмосфере радиоволны ослабляются из-за поглощения и рассеяния молекулами кислорода и водяного пара, гидрометеорами, частицами аэрозоля и другими неоднородностями. Дождь и снег также рассеивают радиоволны (см. подраздел 6.3). Интенсивность этих явлений зависит от значения показателя преломления воздуха, являющегося функцией давления, температуры и влажности, а также наличием и свойствами капель дождя, тумана, облаков и других примесей. Поэтому радиосигналы могут содержать информацию о распределении плотности, температуры и влажности воздуха, поле скоростей ветра и его турбулентности, содержании воды в облаках, интенсивности осадков и др. В качестве примера на рис. 9.19 показано радиолокационное изображение дождя средней интенсивности.

Рис. 9.19. Изображение поля осадков средней интенсивности на индикаторе обзора метеорологического радиолокатора

Область радиометсорологи, занимающаяся изучением сезонных изменений коэффициента преломления, его вертикального профиля, поглощения атмосферными газами и ослабления облаками и осадками в различных климатических районах, называется радиоклиматологией. Метеорологические условия, определяющие аномалии в распространении радиоволн могут быть предсказаны на основе синоптического анализа.

С появлением ИСЗ метеорологическая аппаратура стала размещаться на околоземной орбите. В апреле 1960 г. был запущен ИСЗ ТИРОС-1 (англ. «TIROS-1», Television InfraRed Observation Satellite) — первый в мире успешно работавший метеорологический спутник. Его вес составлял всего 122,5 кг, а диаметр около 1 м. Он предназначался для проверки возможности получения и использования фотографий облачного покрова 200.

со спутников. Спутник проработал на орбите всего 2,5 месяца. Однако передав первое в мире изображение Земли из космоса, тем самым доказал пригодность ИСЗ для наблюдения за погодой. На базе аппаратов ТИРОС в феврале 1966 г. была развёрнута глобальная спутниковая система.

В начале 60-х гг. XX века в СССР также проводились лётно-конструкторские испытания для отработки и проверки служебных и целевых систем метеоспутников. Отрабатывались системы ориентации, стабилизации и энергоснабжения, комплексы приборов для телевизионных, оптических и инфракрасных измерений. В 1967 г. начала функционировать первая советская метеорологическая спутниковая система «Метеор».

На рис. 9.20 показаны метеорологические спутники США и СССР.

Рис. 9.20. Метеорологические спутники:

а — метеоспутник «ТИРОС-1», США, б — спутник серии «Метеор», СССР В 1982 году была принята в эксплуатацию Государственная метеорологическая космическая система «Метеор-2». В 90-е годы XX в. отечественная спутниковая система метеорологических наблюдений постепенно деградировала. Более 10 лет Россия пользовалась данными с американских и китайских аппаратов. Восстановление группировки началось в 2009 году.

На метеорологических спутниках применяют сканирующие радиометры (измерители естественного теплового излучения) сантиметрового и миллиметрового диапазонов для получения изображений облаков и осадков. Для мониторинга погоды необходимо иметь постоянно не менее трех спутников. Сейчас такие спутники запускаются многими странами.