[發明專利]一種大氣相干長度的計算和預報方法

在審

• 申請號: 202211291962.8
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115356787A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 袁金龍;江浦;夏海云;舒志峰;董晶晶
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10;G01S17/86;G01S17/95;G06F17/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種大氣相干長度的計算和預報方法，屬于大氣光學領域，一種大氣相干長度的計算和預報方法，包括以下步驟：獲取風場、溫度廓線、壓強廓線數據；計算湍流耗散率、水平風切變、位溫脈動項的方差梯度、梯度理查森數、保守量位折射率的梯度中間變量；識別對流邊界層高度，夜間穩定邊界層高度；根據大氣邊界層狀態，分別計算大氣折射率常數；根據大氣相干長度和大氣折射率常數的關系，通過路徑積分可以反演得到大氣相干長度的，本發明根據風場、湍流動能耗散率、溫壓廓線計算得到大氣折射率結構常數，通過大氣折射率結構常數的路徑積分項快速、準確計算和預報高分辨率的相干長度。

技術領域

本發明涉及大氣光學領域，更具體地說，涉及一種大氣相干長度的計算和預報方法。

背景技術

大氣相干長度又稱為弗里德常數，最初是在天文觀測中得到應用的。其物理意義是光學系統對經過大氣湍流擾動的光波成像時，其分辨率不會超過口徑為的光學系統的衍射極限分辨率，即光波經大氣湍流傳播后，其相位擾動的空間相干尺度最大為。因此，它可以表征大氣條件對光束質量的影響程度，成為激光大氣傳輸以及自適應光學研究領域中的重要參量。因此對大氣相干長度進行測量是研究湍流大氣對激光傳輸影響和自適應光學校正的一個必不可少的環節。

目前大氣相干長度的主要測量方法有三種。其一，沿光傳播路徑布點測量局域的折射率結構常數并積分得到的湍流路徑積分法。這種方法在進行長距離路徑上大氣相干長度的測量時湍流積分法需要大量布置單點測量設備，不僅使用效率低下且在某些特殊場合難以開展工作。其二，通過測量大氣中光束波前的到達角起伏獲得的差分像運動法。其三利用光閃爍效應測量光傳播路徑中等效平均的再積分得到的光強閃爍法。差分像和光閃爍雖然能夠有效實現長距離的相干長度的探測，但是首先于其測量原理和儀器性能的性能，其測量結果存在許多影響其測量精度的誤差因素。包括子瞳大小和間距、曝光時間和采樣時間、星像范圍的判據等。并且目前方法都難以實現大氣相干長度的高時空分辨率的探測和預報。

發明內容

1．要解決的技術問題

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種大氣相干長度的計算和預報方法，它可以利用數值模式或實際探測獲得的風場、溫度廓線、壓強廓線獲得大氣相干長度，其基本原理為首先根據風場、湍流動能耗散率、溫壓廓線計算得到大氣折射率結構常數，然后，進而可通過大氣折射率結構常數的路徑積分項快速、準確計算和預報高分辨率的相干長度。

2．技術方案

為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案。

一種大氣相干長度的計算和預報方法，包括以下步驟：

S1、通過儀器探測或數值預報模式獲取風場、溫度廓線、壓強廓線數據；

S2、計算湍流耗散率、水平風切變、位溫脈動項的方差梯度、梯度理查森數、保守量位折射率的梯度中間變量；

S3、識別對流邊界層（CBL）高度，夜間穩定邊界層（SBL）高度；

S4、根據大氣邊界層狀態，分別計算大氣折射率常數；

S5、根據大氣相干長度和大氣折射率常數的關系，通過路徑積分可以反演得到大氣相干長度的。

3．有益效果

相比于現有技術，本發明的優點在于：

（1）本方案根據風場、湍流動能耗散率、溫壓廓線計算得到大氣折射率結構常數，進而可通過的路徑積分項快速、準確計算和預報高分辨率的相干長度；

（2）本方案根據原始場數據來源實現高時空分辨率大氣相干長度的計算和預報，該原始場數據為風場、溫度、壓強等數據，這些數據來源廣泛簡單，可很容易從成熟的探測設備測量得到，也可以直接從大氣數值模式獲得，具有成本低、適用范圍廣、容易獲取等優點。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種大氣相干長度的計算和預報方法的流程圖；