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远海海面大气光学湍流实验测量

王倩 梅海平 李玉剑 邵士勇 李学彬 饶瑞中

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远海海面大气光学湍流实验测量

王倩, 梅海平, 李玉剑, 邵士勇, 李学彬, 饶瑞中

Experimental investigation of open sea atmospheric optical turbulence

Wang Qian, Mei Hai-Ping, Li Yu-Jian, Shao Shi-Yong, Li Xue-Bin, Rao Rui-Zhong
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  • 将光纤湍流测量系统搭载于我国的远望号航天测量船, 首次实现了远海海面大气光学湍流的空间多点同步测量, 初步获得了远海海面大气光学湍流的基本特征和定量数据. 测量共进行了37天, 测量数据处理包括大气光学湍流强度的统计分析、采用Greenwood湍流空间相关函数模型对实测的光学湍流空间相关函数进行非线性拟合从而获得湍流的空间外尺度, 以及采用分段拟合算法获取光学湍流的功率谱标度指数. 结果表明: 海面大气光学湍流强度中等偏弱, 且无明显规律性的日变化趋势; 空间外尺度较小, 约为0.2-0.3 m; 湍流谱标度指数符合-5/3次方的概率均为25%左右, 低于相应的近地面概率.
    In this article, a high-quality fiber optical turbulence sensing array is arranged on the ocean-going instrumentation ship-Yuan Wang for 37 day continuous measurement. It is the first time that the spatial multipoint simultaneous measurement of maritime atmospheric optical turbulence has been realized. According to the measurement, the essential characteristics and quantitative data of the atmospheric optical turbulence on the open sea are obtained. Then the Greenwood spatial correlation function model is used for evaluating the outer scale of optical turbulence by a nonlinear fitting algorithm. Finally, the optical turbulence spectrum is divided into two sections, and the power spectrum scaling exponent is given by a section algorithm. Results show that the intensity of maritime atmospheric optical turbulence is a little smaller than that in the near ground layer and has no obvious diurnal variation characteristic. The value of outer scale is small and in a range of 0.2-0.3 m. It is easily found that the probability that the turbulence spectrum scaling exponent conforms to -5/3 is about 25% near the surface of open sea, which is smaller than that in the near ground layer.
      通信作者: 梅海平, hpmei@aiofm.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 41205010)资助的课题.
      Corresponding author: Mei Hai-Ping, hpmei@aiofm.ac.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41205010).
    [1]

    Arkadi Z, Ephim G, Norman S K 2010 Opt. Commun. 283 1229

    [2]

    Zhu W Y, Ma X S, Rao R Z 2006 Infr. Laser Eng. 35 354 (in Chinese) [朱文越, 马晓珊, 饶瑞中 2006 红外与激光工程 35 354]

    [3]

    Hutt D L 1999 Opt. Eng. 38 1288

    [4]

    Wu X Q, Fang Q, Rao R Z 2006 High Power Laser and Particle Beams 18 1605 (in Chinese) [吴晓庆, 方强, 饶瑞中 2006 强激光与粒子束 18 1605]

    [5]

    Wu X J, Wang H X, Li B F, Liu C H 2015 Acta Opt. Sin. 35 0401002 (in Chinese) [吴晓军, 王红星, 李笔锋, 刘传辉 2015 光学学报 35 0401002]

    [6]

    Vetelino F S, Grayshan K, Young C Y 2007 J. Opt. Soc. Am. A 24 3198

    [7]

    Friehe C A 1977 Appl. Opt. 16 334

    [8]

    Dai F S, Li Y K 2007 Acta Opt. Sin. 27 191 (in Chinese) [戴福山, 李有宽 2007 光学学报 27 191]

    [9]

    Webster P J, Lukas R 1992 Bull. Ame Meteorol. Soc. 73 1377

    [10]

    Wang J, Duan Z Q, Yao X H, Gao H W 2013 J. Trop. Oceanogr. 32 3 (in Chinese) [王洁, 段自强, 姚小红, 高会旺 2013 热带海洋学报 32 3]

    [11]

    Gao H W, Gu M, Wang R L, Xue Y H 2009 Periodical of Ocean University of China 39 563 (in Chinese) [高会旺, 顾明, 王仁磊, 薛宇欢 2009 中国海洋大学学报 39 563]

    [12]

    Mei H P 2007 Ph. D. Dissertation (Hefei: Hefei Institutes of Physical Science, the Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [梅海平 2007 博士学位论文(合肥: 中国科学院合肥物质科学研究院)]

    [13]

    Xiao S M 2014 Ph. D. Dissertation (Hefei: Hefei Institutes of Physical Science, the Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [肖树妹 2014 博士学位论文(合肥: 中国科学院合肥物质科学研究院)]

    [14]

    Rao R Z 2012 Modern Atmospheric Optics (Beijing: Science Press) p156 (in Chinese) [饶瑞中 2012 现代大气光学(北京: 科学出版社)第156页]

    [15]

    Wu J, Le S X 1988 The Light Propagation Theory in Random Medium (Chengdu: Institute of Radio Engineering Press) pp142-144 (in Chinese) [吴健, 乐时晓 1988 随机介质中的光传播理论(成都: 成都电讯工程学院出版社)第142-144页]

    [16]

    Lukin V P 2005 Proceedings of SPIE Bellingham, WA, September 21-22, 2005 p598101

    [17]

    Greenwood D P, Tarazano D O 2008 J. Opt. Soc. Am. A 25 1349

    [18]

    Consortini A, Ronchi L 1972 Appl. Opt. 11 1205

    [19]

    Voitsekhovich V V 1995 J. Opt. Soc. Am. A 12 1346

  • [1]

    Arkadi Z, Ephim G, Norman S K 2010 Opt. Commun. 283 1229

    [2]

    Zhu W Y, Ma X S, Rao R Z 2006 Infr. Laser Eng. 35 354 (in Chinese) [朱文越, 马晓珊, 饶瑞中 2006 红外与激光工程 35 354]

    [3]

    Hutt D L 1999 Opt. Eng. 38 1288

    [4]

    Wu X Q, Fang Q, Rao R Z 2006 High Power Laser and Particle Beams 18 1605 (in Chinese) [吴晓庆, 方强, 饶瑞中 2006 强激光与粒子束 18 1605]

    [5]

    Wu X J, Wang H X, Li B F, Liu C H 2015 Acta Opt. Sin. 35 0401002 (in Chinese) [吴晓军, 王红星, 李笔锋, 刘传辉 2015 光学学报 35 0401002]

    [6]

    Vetelino F S, Grayshan K, Young C Y 2007 J. Opt. Soc. Am. A 24 3198

    [7]

    Friehe C A 1977 Appl. Opt. 16 334

    [8]

    Dai F S, Li Y K 2007 Acta Opt. Sin. 27 191 (in Chinese) [戴福山, 李有宽 2007 光学学报 27 191]

    [9]

    Webster P J, Lukas R 1992 Bull. Ame Meteorol. Soc. 73 1377

    [10]

    Wang J, Duan Z Q, Yao X H, Gao H W 2013 J. Trop. Oceanogr. 32 3 (in Chinese) [王洁, 段自强, 姚小红, 高会旺 2013 热带海洋学报 32 3]

    [11]

    Gao H W, Gu M, Wang R L, Xue Y H 2009 Periodical of Ocean University of China 39 563 (in Chinese) [高会旺, 顾明, 王仁磊, 薛宇欢 2009 中国海洋大学学报 39 563]

    [12]

    Mei H P 2007 Ph. D. Dissertation (Hefei: Hefei Institutes of Physical Science, the Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [梅海平 2007 博士学位论文(合肥: 中国科学院合肥物质科学研究院)]

    [13]

    Xiao S M 2014 Ph. D. Dissertation (Hefei: Hefei Institutes of Physical Science, the Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [肖树妹 2014 博士学位论文(合肥: 中国科学院合肥物质科学研究院)]

    [14]

    Rao R Z 2012 Modern Atmospheric Optics (Beijing: Science Press) p156 (in Chinese) [饶瑞中 2012 现代大气光学(北京: 科学出版社)第156页]

    [15]

    Wu J, Le S X 1988 The Light Propagation Theory in Random Medium (Chengdu: Institute of Radio Engineering Press) pp142-144 (in Chinese) [吴健, 乐时晓 1988 随机介质中的光传播理论(成都: 成都电讯工程学院出版社)第142-144页]

    [16]

    Lukin V P 2005 Proceedings of SPIE Bellingham, WA, September 21-22, 2005 p598101

    [17]

    Greenwood D P, Tarazano D O 2008 J. Opt. Soc. Am. A 25 1349

    [18]

    Consortini A, Ronchi L 1972 Appl. Opt. 11 1205

    [19]

    Voitsekhovich V V 1995 J. Opt. Soc. Am. A 12 1346

  • [1] 刘宇韬, 徐苗, 付兴虎, 付广伟. 大气湍流对空间相干光通信的相干探测性能影响. 物理学报, 2024, 73(10): 104206. doi: 10.7498/aps.73.20231885
    [2] 吴晓庆, 杨期科, 黄宏华, 青春, 胡晓丹, 王英俭. 大气光学湍流模式研究—方法和进展. 物理学报, 2023, 72(4): 049201. doi: 10.7498/aps.72.20221986
    [3] 王明军, 席建霞, 王婉柔, 李勇俊, 张佳琳. 声波扰动对大气湍流内外尺度与折射率功率谱函数的影响分析. 物理学报, 2023, 72(12): 124303. doi: 10.7498/aps.72.20230003
    [4] 杨瑞科, 李福军, 武福平, 卢芳, 魏兵, 周晔. 沙尘湍流大气对自由空间量子通信性能影响研究. 物理学报, 2022, 71(22): 220302. doi: 10.7498/aps.71.20221125
    [5] 李艳玲, 梅海平, 任益充, 张骏昕, 陶志炜, 艾则孜姑丽·阿不都克热木, 刘世韦. 湍流大气中随机粗糙表面激光回波空间相干性仿真. 物理学报, 2022, 71(14): 140201. doi: 10.7498/aps.71.20212420
    [6] 吴彤, 季小玲, 罗燏娟. 海洋湍流中自适应光学成像系统特征参量研究. 物理学报, 2018, 67(5): 054206. doi: 10.7498/aps.67.20171851
    [7] 蔡俊, 李学彬, 詹国伟, 武鹏飞, 徐春燕, 青春, 吴晓庆. 一个新的海边光学湍流外尺度和Cn2的廓线模式. 物理学报, 2018, 67(1): 014206. doi: 10.7498/aps.67.20171324
    [8] 张鹏飞, 乔春红, 冯晓星, 黄童, 李南, 范承玉, 王英俭. Non-Kolmogorov湍流大气中小尺度热晕效应线性理论. 物理学报, 2017, 66(24): 244210. doi: 10.7498/aps.66.244210
    [9] 吴晓庆, 田启国, 金鑫淼, 姜鹏, 青春, 蔡俊, 周宏岩. 常规气象参数估算南极泰山站近地面大气光学湍流强度. 物理学报, 2017, 66(3): 039201. doi: 10.7498/aps.66.039201
    [10] 蔡冬梅, 遆培培, 贾鹏, 王东, 刘建霞. 非均匀采样的功率谱反演大气湍流相位屏的快速模拟. 物理学报, 2015, 64(22): 224217. doi: 10.7498/aps.64.224217
    [11] 王倩, 梅海平, 钱仙妹, 饶瑞中. 近地面大气光学湍流空间相关特性的实验研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114212. doi: 10.7498/aps.64.114212
    [12] 王倩, 梅海平, 钱仙妹, 饶瑞中. 近地面大气光学湍流外尺度的实验研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224216. doi: 10.7498/aps.64.224216
    [13] 蔡冬梅, 王昆, 贾鹏, 王东, 刘建霞. 功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究. 物理学报, 2014, 63(10): 104217. doi: 10.7498/aps.63.104217
    [14] 王利国, 吴振森, 王明军. 湍流大气中星载角反射器阵列回波的闪烁指数. 物理学报, 2013, 62(16): 164210. doi: 10.7498/aps.62.164210
    [15] 李晓庆, 季小玲, 朱建华. 大气湍流中光束的高阶强度矩. 物理学报, 2013, 62(4): 044217. doi: 10.7498/aps.62.044217
    [16] 刘扬阳, 吕群波, 张文喜. 大气湍流畸变对空间目标清晰干涉成像仿真研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124201. doi: 10.7498/aps.61.124201
    [17] 黄永平, 赵光普, 肖希, 王藩侯. 部分空间相干光束在非Kolmogorov湍流大气中的有效曲率半径. 物理学报, 2012, 61(14): 144202. doi: 10.7498/aps.61.144202
    [18] 陈晓文, 汤明玥, 季小玲. 大气湍流对部分相干厄米-高斯光束空间相干性的影响. 物理学报, 2008, 57(4): 2607-2613. doi: 10.7498/aps.57.2607
    [19] 郭玉献, 王 劼, 李红红, 徐彭寿, 王 锋, 闫文盛. 样品电流模式下外磁场引起的X射线吸收谱强度变化. 物理学报, 2007, 56(1): 561-568. doi: 10.7498/aps.56.561
    [20] 季小玲, 肖 希, 吕百达. 大气湍流对多色部分空间相干光传输特性的影响. 物理学报, 2004, 53(11): 3996-4001. doi: 10.7498/aps.53.3996
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-10-29
  • 修回日期:  2015-12-04
  • 刊出日期:  2016-04-05

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