在干旱地区和半干旱地区,沙尘天气频发。随着无线电科技的快速发展以及人们生活水平的提高,无论在生产生活还是在科学研究方面,人们对无线电技术的依赖都有不同程度的加强,如沙尘天气中无线电通讯信号质量和风沙环境的信息监测结果等都依赖于电磁波在沙尘环境中的散射、衰减等。研究表明沙尘天气中环境湿度以及沙粒表面携带的净余电荷对电磁波散射和衰减作用明显。事实上,沙尘天气的发生、发展等过程不仅与环境湿度密切相关,并且沙尘过境前后,环境湿度显著变化。因此,本文围绕环境湿度影响下,电磁波穿过带电沙尘系统时的散射和衰减规律展开研究,建立了环境湿度影响下带电沙尘对电磁波的散射模型,研究了相对湿度和沙粒带电共同影响下沙尘对电磁波的散射和衰减规律等。主要研究内容和研究结果为:将Sharif在不同相对湿度下沙粒的等效介电常数的实验测量结果,应用在Bohren-Hunt的表面带电球形颗粒Mie散射理论中,建立相对湿度影响下带电沙尘颗粒对电磁波的散射模型,称之为等效模型。研究了相对湿度影响下带电沙尘颗粒对电磁波的散射和衰减,结果表明:在微波波段内,沙粒带电和相对湿度的影响并不会改变吸收作用大于散射作用这一规律。计算了沙尘暴对电磁波的衰减,发现沙粒带电和环境相对湿度都会使得沙粒对电磁波的衰减增加,相对湿度低于60%时,沙粒带电对电磁波衰减影响显著。同时考虑沙粒带电和相对湿度的影响,发现当入射电磁波频率为4GHz,能见度低于300m时,采用均一粒径计算出的衰减值大于用分布粒径计算出的衰减值。考虑高环境湿度中(相对湿度大于60%),水-沙表面真实结合作用,水-沙不再是等效混合。水分子附着于沙粒表面出现明显的水-沙粒分层现象,建立了水-沙粒双层结构对电磁波的散射模型,称之为双层模型。同时考虑沙粒表面带电以及环境相对湿度的作用,利用等效模型和水-沙双层模型,分别计算了水平路径和地-空斜路径上微波通过沙尘系统的衰减。发现沙粒表面带电和环境相对湿度,均可增大沙尘系统对微波的衰减。当相对湿度低于60%,可用等效模型研究沙尘系统对电磁波的衰减。当相对湿度高于60%,需用水-沙双层结构模型研究沙尘系统对电磁波的衰减。经过计算,结果表明相同条件下,高相对湿度条件下,相对于沙粒表面带电对电磁波衰减的改变,相对湿度的影响更为显著,而低湿度时,结论正好相反。低相对湿度条件下,沙粒带电对电磁波的衰减显著。随着相对湿度增大超过60%,颗粒带电对电磁波的衰减影响可忽略。而相对湿度对电磁波的衰减影响比较大,相对湿度为80%时,相对湿度在水平路径上对电磁波的衰减的影响可达190%,在斜路径上电磁波的衰减影响可达105%。地-空斜路径上,随着测量高度增大,沙尘暴对电磁波的衰减也增大。在垂直高度为2km时,地面天线仰角变大,由于电磁波在沙尘中传播的路径变短,沙尘暴对电磁波的衰减变小。进一步,利用上述模型,研究了相对湿度影响下沙粒对电磁波散射的近场、远场以及基于远场的导出量,如散射强度和单反照率等。研究发现,随着颗粒带电量的增大,沙粒散射近场的电场分量和磁场分量也随之增大。颗粒半径、入射频率以及相对湿度变化对电磁波近散射场影响不明显。在相对湿度和颗粒带电的影响下,颗粒对电磁波的散射强度分布随尺度参数变化依然明显。相对湿度大于60%时,颗粒带电对电磁波的散射强度分布影响可忽略不计。相对湿度增大会使散射强度增大,但不影响散射强度的分布。利用该模型研究了沙粒的单反照率,即沙粒散射效应在总消光效应中所占的比例,发现入射波从S波段增大到W波段,即频率从3GH增大到100GHz,沙粒对电磁波的散射和吸收效率都增大,单反照率也随着频率的增大而增大,单反照率与相对湿度是正相关,当相对湿度为80%时,对单反照率的影响可达到1600%。相对湿度低于60%,颗粒带电对单反照率影响显著,温度对单反照率的影响可忽略不计;但是当相对湿度高于60%,颗粒带电对单反照率的影响可忽略不计,而温度对单反照率的影响必须考虑。同时,将上述模型应用至一级多次散射近似的方法求解辐射传输方程,计算了在相对湿度影响下,电磁波通过带电沙尘系统的透过率。发现相对湿度增大时,沙尘系统对电磁波的透过率减小。在低相对湿度的条件下,沙粒表面电荷对电磁波的透过率有影响,电量越大,透过率越小;在相对湿度大于60%时,沙粒表面携带电荷对电磁波的透过率几乎没有影响。电磁波穿过沙尘系统的距离为1km时,光学厚度比较小的条件下,可以不考虑多次散射的影响,上述模型可用于计算电磁波在沙尘颗粒系统中的衰减和透过率。