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.     

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.     

长春地区夏季光学湍流及气象参数测量研究

通过湍流气象探空仪测量湍流廓线及常规气象参数并同时监测地面温湿变化,得到长春地区夏季湍流及温湿度的垂直分布状况.对测量结果分析发现,所测湍流廓线较好地符合适用于中纬度地区的Hufnagel-Valley湍流模式,由此计算出的大气相干长度γ0平均值为5.5 cm,与HV模式相适应.在湍流气象探空仪双通道工作情况下,采用不同的微温探头间距对折射率结构常数进行测量,发现两种距离下湍流强度随高度的变化趋势基本相同,在10 km下的较强湍流区0.5 m间距测量结果稍大于1 m的情况,由此计算的γo相差不大,1 m测量结果相对起伏较大,细节明显.     

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。     

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。     

合肥近地面折射率结构常数C_n~2分布特征及分析

本文通过对合肥郊区中科院安光所气象观测场1995年1～3月近地面层折射率结构常数C2n的统计分析,得到了C2n的日变化特征、概率分布等,同时对C2n和近地面气象要素的关系作了讨论。     

支持向量机估算成都近地面大气光学湍流

介绍了一种估算大气光学湍流的方法——支持向量机。依据该方法用温度梯度、风速和相对湿度估算了2014年5月13日至2014年5月18日四川成都平原地区近地面连续6天的大气折射率结构常数C2n,并将其与实际观测值进行了比较。结果表明两者吻合得较好,能基本表现成都地区的光学湍流特征。与Wyngaard算法相比,支持向量机得到的结果与观测值更加贴近,其夜间估算的准确度高于Wyngaard算法。相关分析结果表明:估算值与观测值的相关度在80%以上。平均绝对误差与平均相对误差等误差分析显示,训练好的支持向量机能够基本准确地估算出成都地区的C2n,但转换时刻的估算值与观测值仍有一定误差。该研究表明,进一步提高估算精度需要改进模式在转换时刻的估算结果。     

新疆戈壁地区近湖面大气湍流强度测量与分析

利用大气相干长度测量仪和温度脉动仪,在新疆戈壁地区湖面测量了近水面大气湍流强度,将大气折射率结构常数归算到等路径的大气相干长度,进行了比对分析。选择晴好天气,对近水面大气湍流强度进行统计分析,给出了典型的近水面大气湍流强度变化特性。结果显示,秋季晨昏弱湍流时段不明显,持续时间约1 h,日出弱湍流时段主要分布在9:00左右,日落弱湍流时段主要分布在21:00左右;白天强湍流时段持续时间长达6~8 h,主要分布在12:00~20:00;夜间湍流明显强于白天,相对于陆地较为平稳。     

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。     

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。     

典型地区大气湍流高度分布特性与模式研究

研究大气传输问题中的大气湍流就是研究湍流所造成的折射率随机变化规律。大气折射率结构常数$C_n^2$是表示大气光学湍流强度的一个重要参数。利用新型温度脉动探空仪对大气温度、气压和$C_n^2$在合肥、北京和库尔勒等典型地区进行实地探测, 结合全国不同地区气象站点的常规气象探空资料进行统计分析,得到不同典型地区常规气象参数随高度分布特性,为大气湍流预报模式的建立提供数据资料。选取广泛应用的大气湍流参数模式Hufnagel-Valley模式和NOAA模式,根据实际测量数据拟合得到不同典型地区大气湍流高度分布初步模式,将两种模式和实际测量数据进行对比验证分析,为不同典型地区大气湍流模式分布特性的研究提供方法验证和参考依据。     

大气湍流对基于轨道角动量的自由空间光通信影响及解决方案综述

基于轨道角动量(OAM)的自由空间光通信(FSOC)具有通信容量大、信息传输快等优点。FSOC系统以大气作为传输媒介,受大气吸收、散射等影响,OAM光束传输质量严重下降。从OAM复用技术和大气湍流模型出发,综述了大气湍流强度对OAM空间光通信系统传输误码率和信道容量影响的研究现状,在此基础上综述多入多出均衡技术及自适应光学技术研究现状,并分析比较了两种技术中不同算法对大气湍流影响的抑制效果,对技术发展现状进行了展望。     

测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪

基于光闪烁的孔径平均效应,研制了测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪(LALS)。该仪器在一定程度上实现了闪烁饱和现象的抑制。仪器采用对称式结构布局,同时采用调制解调方法提高信噪比,并以嵌入式控制单元完成对数据的采集、处理、显示和存储。与传统仪器设备的测量结果相比,在1000m的水平传输路径上两者的线性拟合系数为1.01,相关系数为0.92;进一步分析表明,大气湍流内尺度会对闪烁方差的测量产生影响,从而导致大气折射率结构常数的测量结果略显离散。