非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟

介绍了功率谱法、Zernike多项式法、分形法模拟生成非Kolmogorov湍流相位屏的过程,并利用这三种方法对符合非Kolmogorov统计特征的大气湍流相位屏进行了模拟。将不同方法得到的相位屏的相位结构函数与理论结构函数进行对比,分析了三种相位屏模拟方法的准确性和模拟速度。结果表明:添加次谐波和增加Zernike多项式阶数分别可以弥补功率谱法和Zernike多项式法生成的相位屏低频和高频不足的缺点,但导致模拟效率下降;分形法生成的湍流相位屏高频和低频都较为充足,且模拟效率较高;随着非Kolmogorov湍流谱幂率的增加,功率谱法所需要的次谐波级数增加,Zernike多项式法所需要的Zernike多项式的阶数减少,分形法生成的相位屏的精度更高。     

部分相干光在湍流大气中传输的研究进展

简要回顾了部分相干光在湍流大气中传输的主要研究方法,包括广义惠更斯-菲涅尔原理、交叉谱密度函数、相干模态分解,光束有效参数和ABCD矩阵等理论解析法,以及随机相屏近似、相干模态重构和随机光脉冲等数值模拟方法;介绍了几种典型的部分相干光的定义及其真空传输衍射性质,从光束扩展、光强起伏和到达角起伏三方面介绍了部分相干光在湍流大气中传输特性的研究状况和主要研究成果;提出了应进一步深入研究的问题.     

海面大气边界层中聚焦光束漂移各向异性的实验研究

 利用位置敏感型光电倍增管（PSPMT）,设计了测量聚焦光束漂移的实验装置。该装置在80 mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测,空间分辨率可达1 mm,明显优于四象限探测器和阵列探测器,最高采样频率可达80 kHz,且动态范围很大,优于一般的成像器件。在近海岸海面上5 m处的大气边界层中进行了距离为1 000 m的聚焦激光传输实验。测量结果表明：聚焦光斑的质心漂移具有各向异性,水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61 mm和14.83 mm之间,垂直方向光斑漂移幅度介于3.54 mm和7.3 mm之间,两者之比的平均值为1.69;水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度（PSD）在低频段也存在差异,垂直方向光斑漂移的PSD比水平方向光斑漂移的PSD下降速率更快。     

华南山区秋冬季节大气透过率特征分析

使用太阳光度计测量了华南山区秋冬季节白天的大气透过率,分析结果表明:在10～12月中,测量地点的透过率具有明显的日变化、月变化特征。一般每日最大透过率出现在12:00左右,除去水汽波段936 nm,其余波段表现出10月的透过率较其余两月大,936 nm波段则相反;对于340～1020 nm的垂直透过率,除936 nm外,其余波段12月的垂直透过率明显低于其余两个月的测量值。10:00前的垂直透过率变化起伏较大,12:00后的垂直透过率变化较为平稳;不同月份的大气透过率或垂直透过率在10:00后相差不大,午后的大气透过率或垂直透过率一般要好于午前的结果。测量结果可为该地区的有关光学工程应用提供参考。     

探测大气湍流的光强闪烁激光雷达

基于残余光强闪烁理论,分析了与大气湍流探测有关的激光雷达各项硬件参数并获得参数的优化范围,据此研制了一台用于大气湍流探测的光强闪烁激光雷达。背景基线、线性特征等性能测试表明,激光雷达各硬件工作正常,数据获取可靠。实验测量中获得了水平方向上闪烁指数和大气折射率结构常数随探测距离和时间的变化趋势,其中闪烁指数在450~2000 m探测距离范围内由0.001逐渐增大至0.350左右;大气折射率结构常数基本保持水平均匀性,在1.010-16~1.010-15m-2/3范围之内;大气折射率结构常数在10:00~21:00时间内大致呈现上午上升、下午下降、晚上上升的变化趋势,具有较明显的日变化特征。实验结果与理论和常规测量较为相符,表明光强闪烁激光雷达能够获取大气湍流的探测距离变化和日变化特征信息。     

Measuring atmospheric turbulence strength based on differential imaging of light column

We propose and experimentally evaluate a novel approach to measure atmospheric turbulence, in which imaging of light column technology is integrated into a differential motion method. In the approach, a large acquisition scene of the light column and a narrow field of view of one pixel of the charge-coupled device respectively allow high temporal and spatial resolutions, which offer the possibility of path-integrated turbulence strength measurement with multiple paths. In addition, we describe the measurement principle of the approach. Lastly, comparative experiment is performed to verify the feasibility of the approach.     

大气折射率结构常数和湍流特征谱的计算

 分析了海面边界层大气湍流温度脉动的统计特征，结果表明：虚温的功率谱是随时间而演变的，表现在其标度指数随时间变化；比较了不同统计时间下计算的大气折射率结构常数，并根据大气状态的实时变化提出了一种计算折射率结构常数的变间隔时间平均算法。     

基于光声光谱技术的大气气溶胶吸收系数测量

气溶胶光吸收特性是影响气溶胶大气辐射强迫的重要因素,光声光谱技术被认为是测量气溶胶光吸收特性的理想方法之一。利用扫描电迁移率粒径谱仪和自行设计的气溶胶吸收光声光谱仪对合肥郊区大气气溶胶的粒径分布和吸收系数进行了连续测量,获得了某一时段大气气溶胶粒径谱和吸收系数的变化趋势,分析发现大气气溶胶的吸收系数与其数浓度和粒径分布存在较好的正相关性,且碳质气溶胶的排放是影响该地区大气气溶胶光吸收特性的主要原因。     

基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO₂气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明：NO₂气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO₂气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不...