Атмосферный волновод

При определённых условиях в атмосфере Земли может возникать волновод, специфической особенностью которого является аномальное распределение температуры и влажности воздуха, образующего инверсионный, по сравнению с окружающей средой, воздушный слой. Это определяет свойства атмосферного волновода — отличные от окружающей среды показатель преломления воздуха в области атмосферного волновода. Фактически, в атмосфере образуется подвижная структура со своими собственными, пространственно локализованными параметрами. Набор этих параметров, в свою очередь, определяет оптические и электрические свойства атмосферного волновода — так, граница такого волновода для электромагнитных волн является препятствием, и в определённом диапазоне длин волн, отражающихся от границ атмосферного волновода, позволяет им распространяться на тысячи километров вдоль такой структуры. Поэтому сформированная таким образом структура в атмосфере называется волноводом, по аналогии с техническими устройствами, предназначенными для передачи волн на значительные расстояния. Расположение атмосферного волновода, в подавляющем числе случаев горизонтальное, параллельное поверхности Земли.

Критическая длина волны для атмосферного волновода определяется в первом приближении как

${\displaystyle \lambda _{\text{крит}}=2,5\cdot 10^{-3}h_{t}{\sqrt {{\Biggl |}\Delta M{\Biggl |}}}}$,

где ${\displaystyle \lambda _{\text{крит}}}$ и ${\displaystyle h_{t}}$ выражены в метрах, а ${\displaystyle \Delta M}$ — интенсивность волновода, выраженная в М-единицах. В М-единицах выражают приведённый индекс преломления ${\displaystyle M}$:

${\displaystyle M=(n_{\text{мод}}-1)\cdot 10^{6}=(n-1)\cdot 10^{6}+{\frac {h}{a}}\cdot 10^{6}=N+157h}$,

где ${\displaystyle h}$ — высота над уровнем моря, в которой определяют значение модифицированного индекса преломления (в километрах), ${\displaystyle a}$ — радиус поверхности Земли.

Атмосферные волноводы возникают чаще всего в условиях, когда атмосфера и поверхность Земли под внешним воздействием (например, солнечного излучения) нагреваются неравномерно, — над поверхностью моря и песчаных поверхностей Земли — прибрежных пляжах и пустынях (вблизи водоёмов) за счёт адвекции — горизонтального переноса тёплых и сухих атмосферных масс воздуха с более нагретой суши в сторону холодного моря.

В атмосферном волноводе распространяются электромагнитные волны дециметрового, сантиметрового и коротковолнового диапазонов, поскольку толщина слоя накладывает ограничения на длину волн, способных распространяться вдоль волновода.

В зависимости от пространственного положения атмосферные волноводы делят на приземные и приподнятые. Приподнятые атмосферные волноводы образуются на некотором расстоянии от поверхности Земли, но причины их возникновения те же, что и для приземных волноводов.

Благодаря оптическим свойствам атмосферных волноводов возможно наблюдение оптических миражей и регистрация радиолокационных миражей. Коэффициент преломления радиоволн резко убывает с высотой над уровнем Земли. Для тропосферных волноводов выделяют, помимо приповерхностных и приподнятых, волновод испарения.