2.2 对流层大气波导的分类

当发生超折射时，会出现大气波导，电磁波能量被陷获在波导层中传播。此时，使用修正折射率M对辨别波导层更加方便。由表2-1可知，当出现大气波导时，在陷获层中dM/dz＜0。在海洋环境中，存在3类典型的大气波导：表面基波导、抬升波导和蒸发波导。图2-5描绘了这3类典型大气波导层的折射率N值剖面和修正折射率M值剖面。由图2-5可知，从折射率N值剖面中辨别波导区域是很困难的，而使用修正折射率M值剖面则很容易辨别出波导区域。表面基波导和抬升波导也可能发生在陆地大气环境中，由于受到大气边界层稳定度和边界层水汽压垂直分布的影响，波导在海洋环境大气中显得更为频繁和重要。

图2-5 3类典型大气波导层的折射率N值剖面和修正折射率M值剖面

下边界接地的波导称为表面基波导，它的特点是陷获层顶的大气修正折射率小于地面的大气修正折射率。表面基波导可以由接地的或悬空的陷获层形成，其波导层厚度范围为从地面到陷获层顶。表面基波导层厚度几乎总是小于1km，绝大多数情况下其厚度不超过300m。产生表面基波导的原因可能是暖而干燥的大陆气团平移进入相对冷而潮湿的海面。在世界范围的海域内，表面基波导的发生频率为15%[2]，这随着地理纬度的不同而不同。

下边界悬空的波导称为抬升波导，它的特点是，陷获层顶的大气修正折射率大于地面的大气修正折射率。抬升波导的高度范围为从陷获层顶向下到与陷获层顶修正折射率相同的高度。近海面的逆温层结容易形成抬升波导[3]。表面基波导的抬升会转化为抬升波导，抬升波导的下沉也会转化为表面基波导。

蒸发波导的修正折射率M值剖面是一个对数线性剖面，这可由折射率剖面的直接测量结果给出。蒸发波导的高度是其修正折射率M值剖面中最小修正折射率M值对应的高度，也就是dM/dz=0所在的高度。在这个高度基础上，高度进一步增高，修正折射率M值将增大。蒸发波导的强度定义为在海面的修正折射率M值与蒸发波导高度处的修正折射率M值之差。蒸发波导高度一般不超过40m，几乎存在于所有无冰的海域。蒸发波导高度会因地理经纬度、季节甚至一天中时刻的不同而发生变化，蒸发波导高度的全球平均值约为13m[4]。由于蒸发波导出现的概率大，而且位置就在近海面，对船载电子系统影响大，因此本书重点介绍蒸发波导。