基于常规气象参数的大气湍流建模技术研究

论文摘要

人类活动和太阳辐照等因素所产生的大气微小温度随机变化将导致大气风速的随机变化,从而形成大气的湍流运动。大气湍流可导致光束传输方向随机偏折、光强起伏和光斑扩展等效应,严重影响光学系统的正常使用。大气湍流强度随高度分布规律的研究是光波在地面和空间传输的一项重要内容。气球探空以及光学方法等传统测量手段从测量精度、空间分辨率、费用等因素考虑,受人力物力所限,难以在大空间范围内或多点进行长期测量。寻求利用常规气象数据反演大气湍流强度,建立大气湍流高度分布模式,是解决这一问题行之有效的方法。本文首先对大气湍流的基本特性、测量方法及国内外湍流建模技术进行了分类介绍,其次叙述了常规气象的测量技术现状及其与大气湍流的关系和影响,再次对所研究地区的近地面及边界层的大气规律进行了分析,给出该地区常规气象参数及大气湍流的日变化及高度变化特征,最后引用成熟经验模式结合本地区特有气候规律,建立了基于常规气象参数的近地面、边界层大气湍流物理模型,并与实测湍流数据进行了较好的对比和验证,达到了先进模式为我所用的目的,扩展了该地区常规气象数据的应用范围,并填补了无湍流实测数据相关区域的湍流建模空白。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 大气湍流建模技术现状
• 1.2.2 常规气象参数的测量技术现状
• 1.2.3 常规气象参数与大气湍流的关系及影响
• 1.2.4 国内外利用常规气象参数反演大气湍流的技术现状及趋势
• 1.3 论文结构
• 第二章 大气湍流及其测量方法
• 2.1 大气湍流的形成
• 2.1.1 层流和湍流
• 2.1.2 充分发展的湍流
• 2.2 大气湍流的基本特性
• 2.2.1 Richardson 数
• 2.2.2 大气边界层
• 2.2.3 自由大气
• 2.2.4 大气湍流模式
• 2.2.5 大气湍流高度分布模型
• 2.3 大气湍流的测量方法
• 2.3.1 温度脉动法
• 0积分法'>2.3.2 r₀积分法
• 2.3.3 光强闪烁法
• 2.3.4 雷达测量
• 2.3.5 利用常规气象参数反演计算
• 第三章 基于常规气象参数反演的大气湍流物理模型
• 3.1 反演模型
• 3.1.1 近地面层大气湍流模型
• 3.1.2 边界层大气湍流模型
• 3.2 模型的适用性分析
• 3.3 近地面大气物理特性
• 3.3.1 近地面常规气象参数变化特性
• 3.3.2 近地面大气湍流变化特性
• 3.4 边界层大气物理特性
• 3.4.1 边界层常规气象参数变化特性
• 3.4.2 边界层大气湍流分布特性
• 3.5 小结
• 第四章 近地面层大气湍流物理模型的论证
• 4.1 实验方案
• 4.2 近地面层大气湍流测量数据分析
• 4.3 近地面层常规气象参数测量数据分析
• 4.4 模型的验证与分析
• 4.5 小结
• 第五章 边界层大气湍流物理模型的验证
• 5.1 实验方案
• 5.2 边界层大气湍流测量数据分析
• 5.3 模型的验证与分析
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果