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^(2)_(n)廓线的获取是计算大气湍流影响效应的基础,而目前C^(2)_(n)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^(2)_(n)廓线则研究较少。为了研究更高高度的C^(2)_(n)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^(2)_(n)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^(2)_(n)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^(2)_(n)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,因此本文对30 km以上C^(2)_(n)的估算还仅仅是探索性的尝试,但为认识平流层以上C^(2)_(n)特性提供另一种思路与参考。

大气折射率结构常数垂直分布特征

通过对甸安徽合肥、河北香河、云南昆明三个站址整层（０～３０ｋｍ）的大气折射率结构常数Ｃｎ＾２的观测资料的分析，得到了Ｃｎ＾２的垂直分布特征和统计特征；利用现有的Ｃｎ＾２高度分布模式进行了计算和分析，并在此基础上给出了自己的拟合公式。

近地面折射率结构常数的长期测量和统计分析

统计分析了 1997～ 2 0 0 0年合肥地区一复杂地形处近地面折射率结构常数 C2n 的测量数据。给出了不同下垫面、不同季节、不同高度上 C2n 的统计结果。白天 C2n 强弱依次为 6月、5月、4月、9月、1月。白天水面上 C2n 比草地上小 ,夜间比草地上大。不论白天还是夜晚 ,近地面 C2n都随高度递减 ,且 3～10 m高的 C2n 递减较慢 ,10～ 15 m高的 C2n 递减较快。C2n随月份的日变化与模式计算结果基本一致。

戈壁地区近地面大气折射率结构常数的统计分析

利用温度脉动仪对2010年4—12月库尔勒戈壁地区近地面大气折射率结构常数进行了测量,按月对测量数据进行了对数平均。根据对数平均值对日变化特征进行了分析,并对大气湍流强弱时段进行了统计。研究结果显示:戈壁地区大气湍流在日落时段较日出时段弱;日出转换时刻,均值湍流强度在10-15m-2/3以下,日落转换时刻,均值湍流强度在10-16m-2/3左右;4,6,8,9月份的近地面大气湍流强度较强,5,7,10月份居中,11,12月份较弱。

一维大气边界层光学折射率结构常数的数值模式

提出了一种大气光学折射率结构常数的数值模式。通过解大气边界层风速、位温度、绝对湿度预报方程,表面热平衡方程和土壤热传导方程,得到地表温度、表面层的动量通量、显热通量和潜热通量。再由Monin Obukhov相似理论,从湍流通量和温度结构常数的经验关系计算出折射率结构常数。

不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析

大气湍流对光波传播的影响主要是由于大气随机起伏的湍流引起折射率的随机起伏,破坏了光波的相干性.研究传输问题就是研究湍流所造成的折射率随机变化的规律.主要利用HTP-2型温度脉动探空仪对大气折射率结构常数进行了实地探测及计算分析.通过对大量探空实验数据的统计分析,分别得出了合肥地区和北方干旱地区(0～30 km)大气折射率结构常数在不同季节的白天和夜间的分布廓线和分布特性,对合肥地区和北方干旱地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,为大气光学传输工程的应用和理论计算提供了参考.

利用闪烁和漂移效应测量大气折射率结构常数的对比分析

在近海面大气边界层中进行了1 km路径的水平光传输实验,结果表明:利用闪烁和漂移效应推导的大气折射率结构常数之间存在着较大的差异。定量的理论分析揭示了两者不一致的原因在于:闪烁效应主要对路径中部的小尺度湍涡敏感,漂移效应则对发射端附近的大尺度湍涡敏感;随着内尺度变大,漂移效应测量的折射率结构常数将大于闪烁效应测量的折射率结构常数,当内尺度达到20 mm时,前者的测量结果是后者的3倍;当外尺度变小时,漂移效应的测量结果小于闪烁效应的测量结果,当外尺度仅为1 m时,前者的测量结果为后者的1/2;大气折射率3维功率谱的幂律的变化对测量结果的影响非常大,当幂律大于-11/3时,闪烁效应测量的折射率结构常数大于漂移效应测量的折射率结构常数,最大差异接近于25倍,当幂律小于-11/3时,漂移效应的测量结果大于闪烁效应的测量结果,两者的差异甚至可达两个量级。

风廓线雷达对大气折射率结构常数的探测研究

基于湍流散射理论,构建了风廓线雷达(WPR)强度信息对大气折射率结构常数的估算方法。经过对WPR多种探测模式探测数据的估算分析,发现雷达参数的确切选用、信噪比(SNR)测量方法的合理性以及信号累积得益的认定对大气折射率结构常数的准确估算有较大的影响,为此提出适合WPR多种探测模式对该估算值规范化处理方法。利用北京两部对流层风廓线雷达五种探测模式于2005年获取的部分观测数据,进行了规范化计算及对比分析。结果表明,邻近时刻的不同风廓线雷达探测估算结果有较好的一致性,其垂直分布结构合理,呈指数形式,统计结果与国内外的分析研究结果较为吻合。

激光大气折射率结构常数测量实验与分析

在相距600 m 的两地进行了静态激光大气传输实验,并对接收到的光强和光束到达角起伏进行记录.以每10min 所记录的数据作为样本,计算出光强起伏方差和到达角起伏方差,并根据理论孔径平滑因子计算出点接收时的光强起伏方差,再分别根据光强起伏方差和到达角起伏方差计算出大气折射率结构常数.最后,得到一天之内大气折射率结构常数的变化曲线,并分析得出大气折射率结构常数在早晨和傍晚存在极小值.

同步测量大气湍流折射率结构常数和内尺度的光学方法

基于不同波长的光闪烁,采用修正的大气湍流Hill谱模型,提出了一种同时反演大气湍流内尺度及折射率结构常数的方法.假定内尺度在某一个范围内取值,对于不同波长的闪烁指数,如果当内尺度取某一定值时,由光传输理论计算的C2n(λ1,...)和C2n(λ2,...)相等,反演成功.根据此原理设计了三波长闪烁计并在某地进行了外场测量.近地面大气湍流的内尺度一般在2～10 mm之间,且随折射率结构常数(其量级为10-16～10-13)的变化而变化,两者之间存在一定的正相关;任意两波长组合进行反演得到的内尺度(或折射率结构常数)值具有自洽性,其相关系数的最小值为0.81,因此证明了该方法的可行性.

合肥地区大气折射率结构常数高度分布模式

利用QHTP-2型温度脉动探空仪对合肥地区大气折射率结构常数进行了长期连续的实地探空测量，对大量探空实验数据的统计分析得出合肥地区（0～25km）折射率结构常数随高度分布廓线，并以国际广泛应用的Hufnagel—Valley模式为基础拟合得出合肥地区大气折射率结构常数统计模式廓线。研究发现：合肥地区大气湍流随高度分布廓线存在明显的昼夜和季节变化，大气湍流在随高度增加而减小的趋势上叠加了随机起伏，并具有鲜明的跳跃式结构；合肥地区的高空湍流模式廓线较好地符合实测的平均廓线，能反映自由大气中湍流随高度分布的重要特征——指数递减和对流层增强。

一维大气边界层光学折射率结构常数数值模式的实验检验

提出了一种大气光学折射率结构常数的数值模式。一次输入日期、时间、经纬度、温度、湿度、风速、粗糙度、土壤参数 ,云量等相关参数 ,可得到 2 4h内的温度、湿度、风场、折射率结构常数等量。通过与实测对比表明 ,无论是月平均折射率结构常数还是某天的折射率结构常数 ,模式计算与实测数据都符合得很好。模式计算的向下总辐射通量与实测数据基本一致。

超声波法测量大气折射率结构常数

用AMK-02型超声波大气参数综合测量仪同时测量了常规气象参数和大气折射率结构常数C2n,分析并找出了该仪器给出的C2n在转换时刻与热丝温度脉动仪的测量结果差异较大的原因,是由于超声波法测量温度脉动精度太低,只能达到0.01 K。同时建立了另一种适用于超声波仪计算C2n的方法,即利用该仪器准确的常规气象参数计算C2n,其计算结果与热丝温度脉动仪的测量结果吻合较好。

大气折射率结构常数和湍流特征谱的计算(英文)

分析了海面边界层大气湍流温度脉动的统计特征,结果表明:虚温的功率谱是随时间而演变的,表现在其标度指数随时间变化;比较了不同统计时间下计算的大气折射率结构常数,并根据大气状态的实时变化提出了一种计算折射率结构常数的变间隔时间平均算法。

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。

近海面光学与微波波段大气折射率结构常数比较分析

大气湍流的变化影响红外和雷达波的传输,红外波段和微波波段在近海面受大气湍流的影响不同。折射率结构常数表征大气湍流强度,本文对近海面大气环境下的光波段和雷达波段传输的湍流强度做了理论计算和仿真分析,结果表明,在近海面气象条件下,各种光波长湍流强度比较接近,且大于微波波段湍流强度;光波段和微波波段湍流强度都随气海温差增大而增强。

戈壁地区折射率结构常数高度分布的统计特性

通过以系留气球和探空气球为平台的方式,搭载温度脉动仪在戈壁地区对大气折射率结构常数开展长期测量。对获取的实验数据开展统计分析,探讨了在白天与夜间折射率结构常数的平均情况、高度分布、偏度与峰度、季节的强弱特性等四个方面的内容,结果表明:在测量地区,随高度分布的大气折射率结构常数在白天和夜间的算术平均值和对数平均值的比值会有较大的差异,并且白天和夜间的对数平均值和标准差系数随高度分布各有其特点,表现在随高度整体减小的同时会有起伏出现,尤其是夜间;白天和夜间的偏度与峰度主要表现出右偏和尖峰特性,在高度分布上有所不同;季节变化对湍流的强弱分布产生明显影响,集中体现在中性湍流和弱湍流分布情况随高度发生交互变化。

圆屋附近大气折射率结构常数的空间分布

通过两点温度脉动法,测量了孤立建筑物圆屋附近不同位置的折射率结构常数,对比分析了气象塔8.0,6.0 m高度处的折射率结构常数。结果表明:圆屋附近8.2,8.5,9.0 m高度处的折射率结构常数要比非圆屋附近同高度的结果大;距离圆屋等距离垂直方向的折射率结构常数大于水平方向的测量结果;因此将圆屋附近认为是近地面的假设不成立;圆屋附近温度谱幂率基本符合"-5/3"定律。

近地面层大气折射率结构常数的模式研究

运用Bulk方法对东南沿海和合肥一水库附近的折射率结构常数进行了估算,为避免海边海盐对金属丝的污染,用高精度超声风速仪替代温度脉动仪测量折射率结构常数。模式主要输入的参数有气温、地表面温度、湿度、风速及测量点高度。结果表明:运用Bulk方法估算折射率结构常数是可行的,相似性函数分别采用Frederickson公式与Thiermann公式,差别不大;直接测量海面上折射率结构常数比较困难,通过输入海表面温度、海面上的粗糙度长度以及适合的相似性函数,可用于估算海面上的折射率结构常数。

微波波段大气折射率结构常数的仿真研究

大气折射率结构常数描述了大气湍流起伏的强弱,它表征了大气折射率随机不均匀性的剧烈程度。光波和无线电波在大气中传播时会受到大气湍流的影响而产生各种不良效应,如:光斑漂移、闪烁、相位起伏等。因此,对大气折射率结构常数的研究具有重要的意义。本文利用常规探空资料对微波波段大气折射率结构常数进行了仿真研究,结果表明:在低空,特别是大气边界层之内,大气折射率结构常数主要为湿度所贡献;在高空,大气折射率结构常数主要为温度所贡献。在微波波段,影响大气折射率结构常数最大的气象因子并不是温湿压的大小,而是它们梯度的大小,其中湿度梯度的大小对其影响最大,在实际的低空测量大气折射率结构常数时,主要考虑湿度梯度与温度梯度的影响。