1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
利用温度脉动仪在近海面测量的大气折射率结构常数，结合集合经验模态分解（EEMD）获得不同时间尺度的本征模态函数（IMF）分量，对IMF的周期进行分析，结果表明IMF的平均周期存在较高吻合度的自然指数关系，根据大气湍流各态历经性可以得到其空间尺度特征。对得到的IMF分量进行Hilbert变换，得到IMF在各自中心频率的瞬时波动情况，同时得到常规气象参数与的Hilbert-Huang变换边际谱。结果表明，对比传统的快速傅里叶变换（FFT），Hilbert-Huang变换更能体现出光学湍流的频谱分布特征。分析了不同层结的常规气象参数与的相关性，进一步认识近海面光学湍流时空特征。研究结果为海洋环境下激光传输提供一定参考价值。
大气光学湍流 集合经验模态分解 本征模态函数周期 Hilbert-Huang变换 边际谱 激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1201001
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
分析了折返路径光学湍流激光成像探测技术发展的背景和意义,阐述了湍流大气中的折返路径激光传输物理过程及其数学模型。 利用构建的实验系统,获取了人造流场和自然湍流场中动态变化的激光散斑回波图像,分析了图像的典型特征。计算表明: 利用低通滤波算法可将激光光斑分解成低频的阴影和高频的散斑亮点图像;对相邻的两帧阴影图像进行互相关运算,可以获得 二维的横向风场矢量,从而实现湍流场及其中涡旋结构的可视化,同时显示出湍流场在空间上的各向异性。提出了若干有待探究 的科学问题,例如如何利用风场矢量提取光学湍流的尺度参数,以及如何利用散斑亮点结合背景纹影技术来分析湍流场结构等, 作为下一步的研究目标。
大气光学湍流 折返路径激光传输 3M反光膜 激光散斑 湍流可视化 atmospheric optical turbulence fold pass laser transmission 3M reflective film laser speclcle turbulence visualization 大气与环境光学学报
2018, 13(6): 417
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
天文选址的决策和激光传输系统的设计和应用需要掌握大气光学湍流的时空变化规律。利用HTP-2型温度脉动仪测量近地面湍流, 用大气相干长度仪测量整层湍流积分效应。分析折射率结构常数C■■的实测数据, 得到近地面光学湍流月平均和季平均的变化规律。分析了早晚两个“转换时刻”不同参数的变化规律。根据广义Hufnagel-Valley模式反演得到夜间、白天及“转换时刻”整层湍流廓线, 比较了不同时刻湍流廓线的特点。在连续多年实测数据的基础上所得结论全面可靠, 具有重要的工程参考价值。
大气光学湍流 Hufnagel-Valley模式 大气相干长度 等晕角 atmospheric optical turbulence Hufnagel-Valley model atmospheric coherent length 红外与激光工程
2016, 45(s1): S111001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室 , 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学,北京 10049
3 西北核技术研究所, 陕西 西安 710024
4 西安交通大学电子与信息工程学院,陕西 西安 710049
通过使用大气相干长度仪测量了华南山区部分月份的昼夜整层大气相干长度,结合使用温度脉动仪获取的近地 面部分测量高度的折射率结构常数数据,分析结果表明：在10、11、12月份中,白天11月的测量结果最大,夜间测 量结果较为复杂,下半夜的测量数据小于上半夜的测量数据;从频数分布来看,白天中心值为8.5 cm,主要集中 在6～12 cm之间,夜间中心值为13.0 cm,主要集中在10～18 cm之间,其平均值明显大于白天的结果; 从近地面层对整层大气湍流强度的贡献来看,白天比夜间受到的影响更为明显。
大气光学湍流 差分像运动法 大气相干长度 折射率结构常数 atmospheric turbulence differential image motion measurement atmospheric coherence length refractive index structure parameter 大气与环境光学学报
2015, 10(3): 216
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用光纤湍流测量系统获得了合肥西郊科学岛上气象观测场内下垫面平坦的水面上方0.48 m、草地上方1.8 m和23 m高处的大气折射率起伏的观测数据, 采用R/S分析法计算了近地层大气光学湍流的赫斯特指数和分形维数, 统计分析了分形维数的日变化特征及概率分布特征。结果表明: 对于一天的不同时段, 分形维数在一定范围内动态变化, 且中午时段相对稳定; 在三种下垫面条件下, 全天分形维数的值大多在1.3~1.4之间, 其最可几概率位于1.35处, 从均值来看, 草地上方1.8 m的分形维数最大, 水面上方0.48 m次之, 草地上方23 m处最小。最后, 初步探讨了近地层大气光学湍流分形维数、间歇性指数和湍流发展程度的相关性。
大气光学 大气光学湍流 赫斯特指数 分形维数 间歇性 atmospheric optical atmospheric optical turbulence Hurst exponent fractal dimension intermittency 强激光与粒子束
2014, 26(2): 021010
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究中心, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
根据大气光学湍流的光纤干涉测量技术原理及其信号表现形式，针对湍流相位变化的随机性和复杂性，提出了能够实时解调湍流随机相位差的相关解调算法，数值模拟了固定相位差、波形相位差以及符合湍流频谱特征的随机相位差的解调。结果表明，此算法的绝对误差小于10－3，满足湍流测量的要求。该研究为实现光学湍流相位差的动态检测提供了必要的理论方法。
大气光学湍流 随机相位差 相关解调算法 数值模拟
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心，安徽 合肥 230031
介绍了利用载波调制型光纤Mach－Zehnder干涉仪测量大气光学湍流折射率起伏的原理，给出了载波调制信号的解调方法。实验研究表明，该系统测量大气折射率起伏方差的噪声水平为2．5×10－16。在真实的大气环境下，通过与传统温度脉动仪的对比测试分析表明，两者的探测结果无论在量级上还是在变化趋势上都有很好的一致性，这标志着大气湍流的光纤测量技术已初步迈入实用阶段。
大气光学湍流 折射率起伏 光纤Mach－Zehnder干涉仪 调制解调 atmospheric optical turbulence refractive index fluctuation fiber Mach-Zehnder interferometer modulation and demodulation 大气与环境光学学报
2008, 3(5): 0321
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心,安徽,合肥,230031
简要回顾了几种常用的光学湍流测量方法,分析了其适用条件和存在的主要问题.阐述了将光纤传感技术引入大气光学湍流测量领域的思想,并且提出了两种有望获得突破的技术方案,即光纤干涉法和光纤准直耦合法.实验研究表明,前者在2 cm的空气路径上,后者在10 cm的空气路径上即可获得明显的湍流信息.同时发现光纤系统的噪声和稳定性是制约研究进展的主要因素.
光纤传感技术 大气光学湍流 测量方法
中国科学院,安徽光学精密机械研究所,大气光学中心,合肥,230031
用光学湍流参数自动测量系统对内陆地区和沿海地区光学湍流内外尺度进行了大量的实验观测.分析了湍流尺度的日变化规律,给出了其频数分布.结果表明:两地内尺度的均值为十几mm,外尺度的均值约为2 m;内陆地区内尺度日变化趋势较为复杂,而外尺度的日变化趋势与湍流强度十分相似;沿海地区内外尺度与湍流强度均无明显关系.大气湍流尺度的大小和分布状态是随时间和空间变化的,因此,在估算实际大气湍流对光学系统的影响时,需要实测湍流尺度以便得到准确的结果.
大气光学湍流 温度脉动 内尺度 外尺度
