利用超声风速仪估算近地层光学湍流强度

根据K41湍流理论和近地面层湍流相似理论,研究了利用超声风速仪探测的常规气象参数计算折射率结构常数C2n的方法,并与温度脉动仪实测的C2n结果进行了比较.分析了获得C2n的两种不同方法的优缺点,同时对通过超声风速仪虚温计算C2n的方法进行了误差分析.分析结果表明,计算得到的C2n在一定条件下较好地满足经验关系.由此可以得到,利用超声风速仪获得的气象要素可以对C2n进行估算.     

基于深度卷积神经网络的大气湍流强度估算

提出了一种基于深度卷积神经网络估算大气湍流折射率结构常数C_n²的方法。将湍流影响下的高斯光束光斑图像作为神经网络的输入,利用深度卷积神经网络提取图像的特征信息,得到C_n²大小,并采用平均绝对误差、平均相对误差、均方根方差和相关系数四个统计量来衡量模型的估算效果。结果表明,该模型能够根据湍流影响下的高斯光束光斑图像对C_n²进行估算,当迭代500次时,相关系数为99.84%,各项误差均在2%左右。该模型在大气湍流特性分析及大气湍流强度估算等领域有一定应用价值。     

基于能量平衡估算陆地近地层光学湍流

估算陆地近地层光学湍流通常需要利用两层不同高度的气象观测,而常规气象观测通常只有一层。为了利用单层常规气象观测估算陆地近地层光学湍流,通过采用Shapiro给出的利用常规气象要素估算地面太阳辐射的经验模型,以及美国陆军统一土壤分类方案,基于地面能量平衡,建立一个陆地近地层光学湍流估算模型。首先通过数值求解土壤热传导方程估算土壤温度,再基于地面能量平衡估算地面温度、基于强迫恢复方法估算地面湿度;最后,将估算的地面温度和湿度看作是粗糙度高度的温度与湿度,结合常规单层气象观测数据,估算光学湍流强度。实例计算表明：该方法估算的光学湍流强度整体上与利用两层气象观测估算的光学湍流强度基本一致。     

三维超声风速仪测量近地面湍流谱及C2n的初步研究

采用2011年1月在合肥地区复杂下垫面上使用超声风速计测得的风速三分量和温度分湍流实验观测数据,计算分析了合肥地区冬季的不同稳定度条件下的湍流谱特征.并和其他实验进行对比,得到了湍流特征量在不同稳定度下能量谱的曲线拟合公式以及谱峰的位置变化情况,温度谱尾部上翘的现象.另外,比对了超声风速计和温度脉动仪(即单点和双点温度测量法)测得的C2n,发现二者符合较好.     

华南山区秋冬季节大气光学湍流初步测量分析

通过使用大气相干长度仪测量了华南山区部分月份的昼夜整层大气相干长度,结合使用温度脉动仪获取的近地面部分测量高度的折射率结构常数数据,分析结果表明:在10、11、12月份中,白天11月的测量结果最大,夜间测量结果较为复杂,下半夜的测量数据小于上半夜的测量数据;从频数分布来看,白天中心值为8.5 cm,主要集中在6～12 cm之间,夜间中心值为13.0 cm,主要集中在10～18 cm之间,其平均值明显大于白天的结果;从近地面层对整层大气湍流强度的贡献来看,白天比夜间受到的影响更为明显.     

湍流影响下的近海面大气折射率剖面

海上近地层大气折射剖面是影响海上舰船雷达低空探测的主要因素,通常不考虑大气湍流的影响往 往导致雷达探测误差较大。基于海洋大气近地层相似理论,给出了利用近海面气象参数和海面温度确定平均大气折射指数和脉动折射率剖面的方法,建立了考虑湍流影响的近海面大气折射率剖面模型,并进行了数值模拟和初步的试验验证。建立的近海面大气折射率剖面模型对于近海面电波传播的准确预测和提高雷达系统的性能具有一定的指导意义。     

曲面GRIN光学元件近轴光学参数的通用算法

本文利用矩阵和常数ＫＧ方法推导了曲面梯度折射率光学元件的近轴参数，如焦距、象方截距，焦截距，线放大率与主点位置，角放大率与节点位置的表达式，并讨论了势物面形径向对称曲面ＧＲＩＮ光学元件的成象特性，当度为半周期的整数时，发现了其有趣的现象，得出了一些有益的结论。     

近地层大气光学湍流自动观测系统

利用CSAT3三维超声风速仪与WXT520多功能气象传感器组成近地层光学湍流自动观测系统,使用太阳能电池供电和无线传输实现无人值守,可同时测量常规气象参数和大气折射率结构常数Cn2。系统包含一个控制中心和三个测量子站,可同时对三个测量点进行观测。通过对超声虚温进行湿度修正后得到真实温度,采用单点温度脉动法计算大气折射率结构常数Cn2,计算结果与温度脉动仪实测Cn2吻合较好。本系统可适应复杂恶劣的测量环境,性能稳定可靠,且测量子站可扩展。     

湿度对近地面大气湍流测量不确定性影响研究

采用多项式法模拟近地面大气湍流,并与实验现场基于温度脉动原理的双点法实测近地面大气湍流进行比对,一方面可以充分利用实验现场的实测温湿压等气象参数进行模拟实验,为研究工作的开展提供便利条件;另一方面可以使研究工作达到科学实际的效果。文中着重研究了在相对湿度较高的环境里实测湍流与多项式法模拟湍流之间的相关性、以及在重新拟合多项式系数后两者之间的相关性变化,从中研究了双点法测量近地面大气湍流的不确定性。分析结果表明:多项式法模拟近地面大气湍流与双点法实测湍流之间在湿度相对较高的环境里相关性较强,且能够维持较高的稳定性,但在相对湿度达到80%以上的环境里两者之间的相关性则明显降低,甚至于出现负值,由此证明双点法测量近地面大气湍流在相对湿度大(80%以上)的环境里存在较大的不确定性。     

利用中尺度天气预报模式预报大气光学湍流

光学湍流的预报在光学工程应用中具有重要意义,而国内尚未开展这方面工作.简要介绍了中尺度天气预报模式MM5及其框架和坐标系统,并结合Dewan光学湍流参数化方法预报了合肥、库尔勒和东山48 h的折射率结构常数,给出了各个时刻的湍流廓线和折射率结构常数时间剖面图.预报结果符合折射率结构常数随高度变化的量级和趋势的一般特征,但各地的廓线形状存在差异,简要分析了差异产生的原因.由于未有实测对比,结果还需要进一步的实验进行检验以便日后实际应用.     

利用气象火箭探测资料估算戈壁地区高空折射率结构常数廓线

大气光学湍流严重影响光学系统的正常工作,大气折射率结构常数C_n²廓线的获取是计算大气湍流影响效应的基础,而目前C_n²廓线的实测与估算通常限于平流层底部以下,对于平流层中部以上的C_n²廓线则研究较少。为了研究更高高度的C_n²分布特征,利用戈壁地区气象火箭探测获取的常规气象参数,以30 km为界分两层估算了C_n²廓线,在30 km以上,探索性地尝试了基于Tatarskii公式的参数化方案。研究结果表明：在30 km以下,估算的C_n²数量级和变化趋势与历史数据较一致;在30 km以上,在假定满足均匀各向同性理论情况下,估算的C_n²随着高度增加整体呈减小趋势且变化平稳,平均数量级从10^-20减小到10^-23。由于目前关于湍流的理论基础还不够完善,因...     

利用米散射激光雷达获取湍流信息的方法研究

介绍了采用米散射激光雷达测量湍流信息的理论原理,分析了现有AML-2米散射激光雷达进行实验探测的可行性,并于2009年3月15日在水平方向上开展了初步实验.从回波信号曲线及数据分析结果来看,AML-2激光雷达探测湍流的有效距离为300～820 m;归一化光强起伏方差即闪烁指数数值在0.001～0.1之间,且随距离增加而...     

基于Bulk方法的南海近海面大气湍流特征分析

大气湍流的复杂性以及利用光学手段测量近海面巨量时空范围内大气湍流的局限性,使得利用常规气象要素估算近海面大气湍流成为目前描述巨量时空范围内大气湍流的一种可行的方法。从莫宁•奥布霍夫相似理论出发,结合Friehe等人在分析近海面光学湍流问题上对温度,风速以及湿度脉动的综合考虑,依据1965年至1997年,(10°N~21°N, 110°E~120°E)区域内的常规气象要素,描述典型海域近海面大气湍流特征。结果表明,南海海域近海面大气湍流的平均强度在10-17到10-14量级之间,湍流强度随季节变化较为显著,总体上说,冬季南海大气湍流强度要大于夏季,而空间起伏不显著,滨海大气湍流略大于公海大气湍流,但数值比较不显著。     

合肥地区大气湍流随高度分布日变化特性分析

大气折射率结构常数C2n是表示大气光学湍流强度的重要参数.利用QHTP-2型温度脉动探空仪对C2n进行了实地探测,通过对大量探空实验数据的统计分析得出了合肥地区0～35 km高度C2n分布廓线和日变化特性,对合肥地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,研究结果为进一步进行湍流特征和大气性质的遥感探测及实际激光工程应用提供了有意义的参考.     

微波斜径传播对流层大气湍流结构常数模型

在微波遥感和卫星通信领域内，对流层湍流大气引起的信号闪烁现象的研究是至关重要的一个问题。引起接收信号闪烁的大气折射率起伏一般由大气结构常数(Cn^2来度量。根据ITU—R光波波段的Cn^2模型及ITU—R幅度闪烁标准偏差σχ的经验模型讨论了在微波波段影响Cn^2的主要因素；建立了微波波段的Cn^2模型。其优点是考虑了大气温度和湿度随高度的变化。根据湍流的幅度闪烁理论，在频率分别为12GHz，20GHz和30GHz时，用该Cn^2模型计算了σχ，并与ITU—R和Ortgies模型的预测结果进行了比较，结果表明一致性较好，说明该Cn^2模型是实用的。