基于微波雷达进行大气风场以与大气湍流廓线的探测与其变化规律的-研究

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1、中闻科学院研究生院倾lj学位论义：余中flj始)匕学湍流模式问题研究，建立了SLC模式(Millet1979)、AF(；L模式(GoodIIjHH)和J’‘泛使用的ih．,l’nagel模式(HufnageI1964)等卜要研究折射牢结构常数·琏“廓线的统计模式，fr弧f建立了折射率结构常数与火气平均场气缘参数的41I火模式，如Tatarski模式(Tatarski1961)等。楸扒卜{f：

2、，『的研究，认为大气湍流的能量来源于机械运动做功和浮力做功两’hl／Ji。dd行足在有风向风速切变时，湍流切应力对空气微团做功。后者是指在：1i稳定人气中．浮力对垂直运动的空气微团做

3、功，使湍流增强；在稳定大气中，随机上F空气微团要反抗重力做助而失去动能，使湍流减弱。按照这种能量学的脱点．大气湍流是通过风切变、热对流和重力波而存在和维持的。由于波和湍流通常址叠加在甲均风速}：的，冈而要研究湍流问题，特别是在地面长波辐州‘彬18门槲刈‘较弱的高空湍流问题，就需要了解犬气中的风场变化。多普勒效应住遥感{；I{测中的应用，使得不但能够获得大气风场的平均变化，且出多普勒效成的嘴宽能够得到大气风场的脉动信息，进而为大气光学湍流强度的反演提供j’‘嗨吹的腠础。柏j人气科学研究中，由于大气的多变性和复杂性，不但要对大气运动的理论作深入的研究，更重要的足对大气中的实验

4、结果进行分析研究，找出大气运幼变化的规律和特点。若能充分掌握湍流效应的规律，就可为证确设计和妥善使川激光丁张提供依据，同时也可为利用湍流效应提供的信息进行湍流特性和人7erk质的遥感探测提供理论基础。折射牢结构常数的测量与研究一直是研究湍流大气中波的传输中一个重要n勺研究办向。随符大气中波传输研究的进～步深入，如激光器和其他光学元件性能f门逐步提商，以及对传输研究要求的逐步提高，也给大气光学湍流研究提⋯了越术越商的要求。除了大气折射率结构常数的：直接测量方法，声雷达、微波前达、jfJ星等遥感手段也被用于大气光学湍流的测量，探测手段的F1益丰富也为人气光学湍流的研究提供了必

5、要的条件。§1．1大气对流层概述刈’流Jz：从地IIdll,J．}：·直盯以延伸到平均高度l】km，但通常只有最低层几公讹I$绪＆I}^l。¨i受F斟}㈣影响。地

6、fI『址人’t的个j；f[抖．这个地抖l：的输送过程，彤‘州f雎低ffJ100至3000m的人气，产生所谓的边界层，对流层其余部分则不精确地称2为自由大气层。』t流膳的主要特点是：(1)大气温度随高度降低：(2)大气的垂直混合作川剧：(：”气象要素水平分如币均匀。山于地面是对流层大’t的主要热源，所以总越辨是气温随高度降低，’I‘均温度递减率约为65K／km。对流层节粜巾了人7L质蚺的pq分之三和几乎全部水汽，

7、义有强烈的垂商运动．因此主要的犬气蚍，《和过剃如意潮、台风、酋阿、云零等都发幢在这层。§111地球大气的分层结构微人7¨-成分的热力结构分联．即根掘人7L匪苴碱温率的_1：负变化．把人L分成埘；：lfc层、平流层、rp删层和热层(如【璺

8、所示)。分m起巫要作用。iHllll，rtlhll一“n-越地球表面的联次称为对流堪．对流膳的J早度髓纬度不同M变化，d_暖纬慢地Mj￡J-度约为16一18公‘11，一

9、』纬度地区山10一12公+n高纬胜地MH柯79公-忆存对流层中般温度随高度增加而降低．乖商矗向卜的审。L对iiic比3q1隔科学院{1Jf究，蔓院坝I：学{讧论文：余Ip

10、ll)较删烈，天气现象中的云雨雪等都发生在对流层。介于对流层与平流层之问的一个过渡层称为对流层顶，其厚度约数酉米到卜2公’H，最大厚度可达4—5公罩。它是以温度：卣减率和湿度随高度的急剧减小为特钲的。对流层顶是一个深厚的阻滞层，它阻碍着积阿云顶的垂直发展、7ei}：f胶和水汽的垂直交换。同时在激光传输T稃中，对流层顶参数也是一个需。婴譬虑的⋯鬃。111对流层硕到50—55公甲．左右为、F流层，平流层中空气垂直方向上很稳定，人7C运动．t-要足沿水平方向的运动，平流层中大气温度随高度增加而．}：升。山’r流层顶以，卜到80-85公电称为中fHJ层，中问层中温度随高度递减很快

11、，到中I’fIJ层顶温度降到一80‘℃以下，有利于对流和垂直混合作用的发生。平流层和中间止÷义合称为叶I层大气。中l'HJ层以上到800公早左右称为热层，热层大气在太阳短波辐、微波辐射和宇宙线的作用下被电离成电子和离：子，因此又经常称其为lU离止；。热层以上到2-3千公曜足地球大气的最外层，称为外逸层。热层和外逸J，；义合称为岛层大气。i∞层人z：e所l～地球大气总质量不剑十万分之一。§1．1．2对流层风场与湍流人气处j．．经常的运动之中。E】最低的近地层起到最稀薄的上层止，整个大7t丘：均为运动所占据。在大多数情况下，对流层