湍流介质折射率结构常数C_n^2对双半高斯空心光束传输特性影响的研究

基于瑞利-索末菲衍射积分理论,利用交叉谱密度函数推导出双半高斯空心光束在湍流大气中传输时的解析表达式,并主要研究了湍流介质折射率结构常数C2n对空心光束传输特性的影响,得到了双半高斯空心光束在不同条件下传输时的光强分布.研究表明,C2n的增大加剧了近场中传输的空心光束的衍射效应,这不仅缩短了空心光束完全演变成为高斯光束时所需的传输距离,而且还增加了此后高斯光束向外扩展的程度.

非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间C_n^2的选取

针对非均匀湍流路径光传播的数值模拟,为减小相位屏间湍流强度均匀的假设所引起的模拟误差,数值分析了五种选择相位屏间折射率结构常数Cn2的可能方案。通过计算平面波和球面波的Rytov指数和Fried参数,对比五种方案得到的Rytov指数和Fried参数与理论结果的相对误差。结果表明,当相位屏间C2n选择为相位屏间湍流大气实际的折射率结构常数的路径平均值时,模拟误差最小,该选择方案为相位屏间C2n选取的最佳方案;当根据相位屏间湍流大气的Rytov指数相等的原则来设置相位屏分布时,选择相位屏间C2n为两相邻相位屏处折射率结构常数的几何平均值时,在一定的误差允许范围内,该选择方案具有可取性。

乌鲁木齐风廓线雷达资料在暴雨天气分析中的应用

利用乌鲁木齐风廓线雷达提供的风场资料、自动站逐时降水量和NCEP/NCAR每6 h再分析资料(1°×1°),详细分析了2012年5月19日15:00—20日04:00间乌鲁木齐暴雨天气过程。结果表明:高空急流与低空辐合区相配合产生的强垂直上升运动触发了此次暴雨天气;强降雨发生2 h前西北急流迅速下传,引发低层西北急流的加强,低层急流的加强与强降水有较好的对应关系,特别是1 500 m以下的西北急流;低层上升速度2 m/s可作为降水临界值,低层上升速度越大降水越强;强降水阶段整层大气折射率结构常数探测值在-128^-120 dB之内,表明整层大气水汽充沛;风廓线雷达产品(垂直速度、折射率结构常数)清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度,可为精细化预报提供参考。

基于M^2因子测量的大气湍流参数的确定方法

基于广义惠更斯-菲涅尔原理以及大气湍流理论,推导出部分相干光束在大气湍流中传输的光束传输M2因子的解析表达式.定量分析了表征大气湍流参数的折射率结构常数C2n和涡旋内尺度l0对M2因子的影响,并由此提出了一种通过实验测量大气湍流中光束的M2因子,进而确定出大气湍流参数的新方法.研究结果表明,由于大气湍流对相干性好的光束影响更为明显,在测量中可采用具有高相干性的基模高斯光束作为测量光源,而测量装置则可采用常规的M2因子测量仪.利用本文提出的方法,可简单、方便地对大气湍流参数进行确定.

长光程大气湍流发生装置的设计与性能测试

温度场起伏导致空气折射率的起伏,风速的变化影响湍流的动态特性,从而形成光学湍流效应,对大气激光传输产生影响。研制了一种用于研究激光大气传输效应的Herriott长光程大气湍流发生装置,此装置能模拟出温度差范围为10~200℃,风速范围为0~5.8 m/s以及光程为1~100 m的随机大气湍流。分析并测量了在不同温度、风速参数下该装置对激光传输的光束质量影响。实验结果表明,该大气湍流发生装置的性能指标与实际大气湍流性能较为接近,且具有温度范围宽、光程可调、重复性好、准确度高等优点,能够满足大气传输湍流效应的实验要求。