声波大气遥感是利用声波信号探测大气的方法和技术。大气既是声波的发射源(
台风、强风暴、极光扰动等大气物理现象,可以激发声波),又是声波的传播介质。声波在大气中的传播规律同大气的动力学和热力学特性有关。因此,可利用声波信号的特征来反演大气的动力和热力特性,以获取大气温度、湿度和风的信息。
①被动式声波大气遥感。它是利用自然声源,接收这些声源的声波信号来探测大气。大气中声波激发源很多,强
天气系统(如强风暴、台风等)是大气次声波激发源,其频率一般为10-1~10-3赫。这类次声波可传播到电离层。通过地面声波接收阵或电离层的探测,可研究并确定强天气系统的位置和移动路径,这对短期天气预报很有意义。此外,雷雨云中的
闪电、海洋波、极光的超声速运动和山区
背风波等,也是不同频率的声波发射源,但它们在大气遥感中还很少应用。
②主动式声波大气遥感。它是利用人工声源,接收它们被大气散射的回波信号来探测大气。主动式声波大气遥感主要用声雷达。它是从 20世纪60年代末才发展起来的边界层大气遥感技术。声雷达的工作:首先由信号器产生窄频带的
音频脉冲信号,经功率放大器放大,通过转换开关从天线发射出去(这时接收机是关闭的)。当脉冲信号发射后,转换开关立即接通天线和接收系统,天线收到的大气对声波散射的回波信号,经前置放大器放大,再通过接收机、显示器,信号就在显示器上显示出来了。
由于温度、湿度、风速等气象要素的不均匀性引起的声波散射,其强度约比
电磁波散射大100万倍,所以用声波来探测大气是很灵敏的。但声波在大气中传输时能量耗散很大,使得声雷达的探测高度受到一定限制,而且,在有降雨或强风天气时无法使用。声雷达的探测高度一般为1~2公里,高功率声雷达可达4~5公里。如果在接收系统中,加入分析声回波信号的多普勒频移的设备,则可以计算沿声波方向的径向风速,这样的声雷达即称为多普勒声雷达。多点声雷达,可以探测边界层大气风和温度随高度的分布、温度脉动结构系数、风速脉动结构系数和重力波等。