[发明专利]一种构建大气光学湍流时空特征及概率化数据库的方法

说明书

本发明公开了一种构建大气光学湍流时空特征及概率化数据库的方法，包括：(1)依据携有光学湍流测量模块和气象参数测量模块的湍流气象探空测量系统，获取从地面至30km左右高度的大气光学湍流廓线数据；(2)针对在各典型气候区域各季节利用步骤(1)实测的多组大气光学湍流廓线数据，构成大气光学湍流廓线数据集；(3)利用大数据智能统计学习技术对大气光学湍流廓线数据集进行处理，获得大气光学湍流廓线的概率化分布规律数据；(4)综合各典型气候区域各季节的大气光学湍流廓线概率化分布规律数据，构建大气光学湍流时空特征及概率化数据库。基于本发明构建的概率化数据库为光电工程应用中评价大气湍流对光传输的影响提供科学依据。

技术领域

本发明涉及一种构建大气光学湍流时空特征及概率化数据库的方法。

背景技术

大气折射率结构常数是表征大气光学湍流强度的重要参数，是光电系统的设计和使用密切相关的基本参量。在许多光电工程设计及可能的应用场景中，需要知悉大气光学湍流及其分布以期达到最佳的光电系统性能。

在实施本发明的过程中，我们发现：我国自然地理和气候具有鲜明的区域性，国外已有的大气光学湍流模型在我国某些地区并不适用，继续借用国外的大气光学湍流模型去研究光束在大气中的传输效应是不完全正确的。

因此，围绕我国激光工程在未来潜在应用场景中对大气光学湍流参数的需求，建立具有我国沿海、高原、沙漠等典型地区特色的大气光学湍流时空特征概率化规律数据库具有重要的实际工程应用价值，为国家提供重要的基础性科技资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构建大气光学湍流时空特征及概率化数据库的方法。

为此，本发明提供了一种构建大气光学湍流时空特征及概率化数据库的方法，包括以下步骤：(1)依托携有光学湍流测量模块和气象参数测量模块的湍流气象探空系统，获取从地面至30km左右高度的大气光学湍流廓线数据，并发送给地面接收机；(2)针对在各典型气候区域各季节利用步骤(1)实测的多组大气光学湍流廓线数据，构成大气光学湍流廓线数据集；(3)根据大气光学湍流符合对数正态分布的特性，利用大数据智能统计学习方法对大气光学湍流数据集进行处理，获得大气光学湍流廓线的概率化分布规律数据，其中，概率化分布是指大气光学湍流平均值的80％置信区间和50^th，80^th，90^th，95^th，99^th等这些百分位数分布规律；(4)综合各典型气候区域各季节的大气光学湍流廓线的概率化分布规律数据，构建大气光学湍流时空特征及概率化规律数据库。大气光学湍流廓线数据的探测方法如下：利用两个相距一定距离(通常为1m)的铂丝微温探头将空间两点环境温度的变化转化为电压变化ΔV，由所述电压变化ΔV计算得到温差ΔT，再由所述温差ΔT计算得到温度结构常数最后由该温度结构常数计算得到大气光学湍流

进一步地，在上述方法中，根据局地均匀各向同性湍流理论，利用两个相距1m的微温探头将空间两点环境温度的变化感应为电阻值的变化，经不平衡电桥转为电压的变化，再由电压放大器输出电压变化ΔV，即ΔV＝A·ΔT，A是标定系数，温度结构常数表示系综平均。大气光学湍流其中，气压P的单位为hPa，温度T的单位是K，大气光学湍流的单位为m^-2/3。

进一步地，从地面至30km左右高度的大气光学湍流廓线数据按照10m垂直分辨率进行采集。

进一步地，在步骤(1)中利用湍流气象探空测量系统除了采集大气光学湍流以外，同时还采集了温度T、气压P、风速WS、风向WD和相对湿度RH等常规气象参数廓线数据。采用北斗定位方法测风，利用安装于湍流探空测量系统上的北斗接收机确定气球所处位置的经度、纬度及高度，通过计算得出空中的风速与风向。常规气象参数的垂直分辨率与大气光学湍流的垂直分辨率一致。

进一步地，上述典型气候区域包括沿海、高原、沙漠、内陆丘陵，所述季节包括春夏秋冬四季。