Long-range communication proves to be a challenge due to the Earth’s curvature, since electromagnetic waves propagate away from the Earth’s surface in a free atmosphere. A possible solution to beyond line-of-sight communication is the atmospheric phenomenon known as the evaporation duct. Ducting occurs when the refractive index of the atmosphere rapidly decreases with height, which leads to ray trajectories bending inward towards the surface of the Earth, effectively creating a waveguide and enabling long-distance communication. In this work, the models by Paulus-Jeske and Babin-Young-Carton are investigated and implemented in MATLAB for calculation of the evaporation duct height and for modelling the refractive index of the atmosphere. The rapid decrease in refractive index giving rise to evaporation ducts occurs due to evaporation of water within the atmosphericsurface layer (<100 m over the surface), which is the domain of turbulent mixing in the atmosphere. With atmospheric data from a Weather API by Meteomatics, Monin-Obukhov similarity theory for the atmospheric surface layer is combined with a bulk flux parameterization scheme from the COARE experiment to determine the air-sea fluxes in the lower troposphere. The surface layer variables with stability functions from Businger-Dyer, Beljaars-Holtslag, Cheng-Brutsaert, and the SHEBA experiment are used in the evaporation duct models proposed by Paulus-Jeske and Babin-Young-Carton to calculate the evaporation duct height, finding that the latter is a valid method with Monin-Obukhov stability functions based on the SHEBA experiment. The modelled refractive index is inserted into an already existing wave propagation model to investigate and validate the findings. / Långdistanskommunikation är en utmaning på grund av jordens krökning, eftersom elektromagnetiska vågor sprider sig bort från jordens yta vid propagering i fri atmosfär. En möjlig lösning för kommunikation bortom siktlinjen är det atmosfäriska fenomenet som kallas avdunstningskanal. Det uppstår när atmosfärens brytningsindex snabbt minskar med höjden, vilket leder till att strålbanorna böjer sig inåt mot jordens yta, vilket i praktiken skapar en vågledare och möjliggör långdistanskommunikation. I detta arbete undersöks och implementeras modeller beskrivna av Paulus-Jeske och Babin-Young-Carton i MATLAB för beräkning av avdunstningskanalens höjd och för modellering av atmosfärens brytningsindex. Den snabba minskningen av brytningsindexet som ger upphov till avdunstningskanaler beror på avdunstning avvatten i det atmosfäriska ytskiktet (<100 m över ytan), som är det område där den turbulenta blandningen i atmosfären sker. Med atmosfäriska data från Weather API av Meteomatics kombineras Monin-Obukhovs likvärdighetsteori för det atmosfäriska ytskiktet med ett parametriseringsschema för bulkflöden från COARE-experimentet för att bestämma luft- och havsflödena i den nedre troposfären. Variablerna för ytskiktet med stabilitetsfunktioner från Businger-Dyer, Beljaars-Holtslag, Cheng-Brutsaert och SHEBA-experimentet används i de modeller för avdunstningskanaler som föreslagits av Paulus-Jeske och Babin-Young-Carton för att beräkna avdunstningskanalens höjd, varvid det konstateras att den sistnämnda metoden är en giltig metod med Monin-Obukhovs stabilitetsfunktioner baserade på SHEBA-experimentet. Det modellerade brytningsindexet införs i en redan befintlig vågutbredningsmodell för att undersöka och validera resultaten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-88458 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Eklund, Oscar |
| Publisher | Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörsvetenskap och fysik (from 2013) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0096 seconds