海洋蒸发波导现象对近海面电磁波传播具有重要影响,深入研究蒸发波导历史统计规律、实时监测和预报方法,对海上雷达、通信、电子对抗系统的设计和应用,具有重要意义。同时,利用蒸发波导还可以扩展海上通信系统的通信距离,实现近海面数据的远程高速传输。但是,现有的蒸发波导监测和预报方法精度和空间分辨率不高,更缺少利用蒸发波导通信的辅助决策方法。本文结合国家某重大项目、成果转化项目和海上通信系统研制及试验,通过引入最新的大气海洋再分析成果、海气边界层实验观测结果以及中尺度气象模式,提出了一套完整的蒸发波导特性后报、现报和预报方法,可以实现大面积海域蒸发波导环境再分析、实时监测、提前预报以及近海面微波传输特性分析,有效提升了蒸发波导数据传输系统的可通性和可控性,为实现近海面远程高速数据传输奠定了坚实的理论基础。本文主要包括三个部分的研究内容:蒸发波导特性监测、建模及预报方法,蒸发波导微波传输特性以及蒸发波导数据传输系统的辅助决策方法。本文中提出的方法都得到了计算机仿真与海上实验的验证,具体研究成果如下:1.在基于海气通量算法的蒸发波导预测模型基础上,针对模型稳定条件下误差较大的缺点,利用最新海气边界层实验中得到的稳定度函数,改进了NPS蒸发波导预测模型,提升了NPS模型在稳定条件下的计算精度。研究了蒸发波导高度对环境参数的敏感性,分析了稳定条件及不稳定条件下,风速、海表面温度、相对湿度、空气温度等因素对蒸发波导高度的影响规律。2.针对现有单点局部观测方法的缺点,利用最新的大气海洋再分析数据和改进的蒸发波导预测模型,提出了大面积海域蒸发波导时空分布特性的计算方法,并利用浮标数据以及黄海微波路径损失观测数据,验证了方法的有效性。利用该方法获取了中国南海以及世界海洋的蒸发波导时空分布规律,建立了分辨率为0.312°×0.313°的蒸发波导特性数据库。分析了蒸发波导时空分布规律的成因,开发了蒸发波导环境数据库软件,与现有数据库相比,本文结果不仅提高了空间分辨率,而且精度更高。3.基于改进的蒸发波导预测模型,提出了蒸发波导实时监测方法。利用2012年南海实验数据,研究了船载气象观测数据的可靠性,分析了观测数据的误差及产生的原因。并在蒸发波导预测模型对气象参数敏感性研究的基础上,给出了传感器选择及安装位置的建议。提出了基于GFS数据和基于中尺度WRF模式的蒸发波导短期预报方法,实现了大面积海域蒸发波导特性的提前预报。构建了基于WRF模式的南海蒸发波导预报模式,并通过使用多层嵌套的方法,提高了预报的空间分辨率,选择了合适的参数化方案,提高了预报方法的精度。4.通过建立模拟微波传播的抛物方程模型和射线模型,揭示了蒸发波导水平不均匀环境和海上障碍物对微波传播的影响规律,并在南海海域开展了相应的海上实验,利用实验观测数据,验证了文中得出的结论和规律。同时,利用仿真计算和海上实验的方法,深入研究了不同频率的微波在蒸发波导条件下的传播性能,发现了蒸发波导信道具有类似带通滤波器的特性,为舰载雷达、通信等电子系统工作频率的选择奠定了理论基础。5.针对蒸发波导环境下通信系统远程高速数据传输的需求,提出了蒸发波导数据传输系统的辅助决策方法,并利用南海实验数据验证了方法的有效性。利用该方法可计算得出给定蒸发波导信道条件下,通信系统的通信距离、传输带宽、最优工作频率和最优天线高度等信息,为通信系统工作提供辅助决策。在蒸发波导时空分布规律研究的基础上,计算了蒸发波导数据传输系统在典型海域的可通概率,为通信系统设计和应用,提供了重要依据。