聲波大氣遙感

利用聲波信號探測大氣的方法和技術。大氣既是聲波的發射源（颱風、強風暴、極光擾動等大氣物理現象，可以激發聲波），又是聲波的傳播介質。聲波在大氣中的傳播規律同大氣的動力學和熱力學特性有關（見大氣波動）。因此，可利用聲波信號的特徵來反演大氣的動力和熱力特性，以獲取大氣溫度、濕度和風的信息。

種類 聲波大氣遙感分成兩類：①被動式聲波大氣遙感。它是利用自然聲源，接收這些聲源的聲波信號來探測大氣。大氣中聲波激發源很多，強天氣系統(如強風暴、颱風等)是大氣次聲波激發源，其頻率一般為10-1～10-3赫。這類次聲波可傳播到電離層。通過地面聲波接收陣或電離層的探測，可研究並確定強天氣系統的位置和移動路徑，這對短期天氣預報很有意義。此外，雷雨雲中的閃電、海洋波、極光的超聲速運動和山區背風波等，也是不同頻率的聲波發射源，但它們在大氣遙感中還很少應用。②主動式聲波大氣遙感。它是利用人工聲源，接收它們被大氣散射的回波信號來探測大氣。主動式聲波大氣遙感主要用聲雷達(見彩圖)。它是從 20世紀60年代末才發展起來的邊界層大氣遙感技術。聲雷達的工作：首先由信號器產生窄頻帶的音頻脈衝信號,經功率放大器放大，通過轉換開關從天線發射出去（這時接收機是關閉的）。當脈衝信號發射后，轉換開關立即接通天線和接收系統，天線收到的大氣對聲波散射的回波信號，經前置放大器放大，再通過接收機、顯示器，信號就在顯示器上顯示出來了（見圖）。

聲雷達使用 由於溫度、濕度、風速等氣象要素的不均勻性引起的聲波散射，其強度約比電磁波散射大100萬倍，所以用聲波來探測大氣是很靈敏的。但聲波在大氣中傳輸時能量耗散很大，使得聲雷達的探測高度受到一定限制，而且，在有降雨或強風天氣時無法使用。目前聲雷達的探測高度一般為1～2公里，高功率聲雷達可達4～5公里。如果在接收系統中，加入分析聲回波信號的多普勒頻移的設備，則可以計算沿聲波方向的徑向風速，這樣的聲雷達即稱為多普勒聲雷達。多點聲雷達，可以探測邊界層大氣風和溫度隨高度的分佈、溫度脈動結構係數、風速脈動結構係數和重力波等。

參考書目

E.H.Brown, et al., Advances in Atmospheric Acoustics,Review of Geophysics andSpace Physics,Vol.16，No.1，pp.47～110，1978.