中科院合肥物质研究院吴晓庆课题组在大气光学湍流参数化研究取得新进展

作者:2021/06/04 11:06浏览次数:10

      近期,中科院合肥研究院安光所大气光学中心吴晓庆研究员团队成功将海洋湍流研究中的Ellison尺度应用于大气光学湍流强度,并提出了适合我国地域环境的新的模式,实测数据对比表明普适性良好。相关成果发表在天文学Top期刊MNRAS、光学Top期刊OE、JOSAA上。 

      由于大气湍流的存在,当光束在大气中传播时会发生相位起伏,光强闪烁等一系列湍流效应现象,严重制约光电系统的性能,是造成天文观测困难的主要原因。大气折射率结构常数廓线是评估大气湍流效应的重要参数。仪器测量和模式估算是获取该参数时空分布最常用的两种方法。受人力、物力所限难以在全国大范围内进行较长时间的直接测量,若通过大气光学湍流参数化,利用地域广、数据量多的常规气象探空资料,再结合光学湍流实测数据的检验,就可获得大范围、长时间的廓线数据 

      大气光学湍流参数化的核心科学问题平均气象场与随机湍流场存在怎样的关系,选择合适的外尺度模式是运用常规气象参数廓线估算大气折射率结构常数廓线的关键。目前现有的外尺度模式均为国外研究者提出,针对我国其估算精度、普适性等方面存在问题。我国地域辽阔,地理环境复杂,结合我国实际地理大气环境开发新的外尺度参数化模式势在必行。 

      课题组博士研究生韩亚娟、吴骕博士,利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据集ERA5数据,对同纬度几个天文台址关键参数开展了统计分析;将Ellison尺度首次运用到大气湍流廓线的估算;提出了改进的风切变-位温尺度模式;分析提出了风切变和位温梯度的混合尺度模式。与中国沿海、高原等多地探空实测数据比对表明:Ellison尺度、位温梯度模式、混合尺度模式的大气折射率结构常数廓线估算结果好于现有外尺度模式,且混合尺度模式普适性更好。 

      以上研究得到了国家自然科学基金面上项目、重大研究计划培育项目的支持。 

      文章链接: 

      MNRAS :https://doi.org/10.1093/mnras/stab515 

      OE :https://doi.org/10.1364/OE.419823 

      MNRAS :https://aaemic.oup.com/mnras/article/501/4/4692/6105719?login=true 

      JOSAA :https://doi.org/10.1364/JOSAA.387211 

 

  利用S&θ尺度估算的流程

 

  利用WSPT尺度估算的流程

 

  高美古站(黑线)和拉萨站(红线)1999-2018年月中值1/Ri廓线


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