湍流冻结条件下,利用两个位置探测抖动信号的时空交叉相关函数,提出了反演横向风速垂直 分布的理论模型。该模型的两个参数分别为湍流廓线和相关函数在延迟时间为0处的导数。假定横 向风速满足高斯模型,采用遗传算法进行数值仿真。通过对两种典型湍流模型进行反演计算,发现 反演的风廓线和理论风廓线一致性好,相对误差不超过3.3%和1.6%。改变湍流廓线的特征高度并 进行反演计算,结果表明湍流强度存在较大误差时,该模型仍可用于低层横向风速垂直分布的反演。

基于湍流冻结假说,利用时空相关函数分析了使用大气相干长度仪(DIMM)测量横向平均风速的原理,并通过闪烁和到达角起伏测量风速的路 径权重函数确定风速传感器的安装位置。在弱湍流条件下,根据水平1 km传输实验测量的到达角起伏和光强起伏数据,分别计算横向风速并 与风速传感器同时测量的参考风速对比,发现利用到达角起伏计算的风速与参考风速有一定的相关性。该实验拓展了大气相干长度仪的使用功能。

光传播路径横向风速风向的准确测量, 对于科学研究和工程应用都具有重要意义。 哈特曼传感器用来接收光波大气传输前向散射的波前和光强信息, 提出利用哈特曼传感器接收的前向散射光强闪烁相关信息, 实现路径横向风速廓线测量的方法。 理论推导给出了光传播路径上横向风速分段反演的公式。 根据不同的子孔径间距路径权重函数的差异, 针对不同子孔径间距对路径不同位置的敏感性, 分析了如何合理的选取光传播路径横向风速廓线的权重函数。 利用哈特曼传感器开展了水平1 000 m光传输路径横向风速的探测实验。 初步研究结果表明, 哈特曼传感器测量的路径横向平均风速与接收端附近的风速计测量的结果具有较好的一致性; 得到的两段路径横向风速的分布在随时间的变化趋势上一致性较好, 特殊的下垫面布局使得靠近光源的第一段路径与靠近探测器的第二段路径的平均横向风速分别为1.273和0.952 m·s-1。 将第二段横向风速与路径横向平均风速的测量结果进行了相关性分析, 具有一致的变化趋势, 两者的相关系数达0.86。

研究了两种光闪烁法测量近地表风速的方法,给出横向风速的计算公式。根据计算方法,在330 m的距离上进行 风速反演实验,与超声风速计测量结果对比表明,两种反演方法都能准确可靠地获取区域横向风速,但在大气稳定 度过渡期,斜率法精度更高。测量平均时间越长,结果一致性越好。结果表明,在一个较大区域里,大口径 闪烁仪能同时给出显热和横向风速,可以很好地应用于边界层物质交换评价。