用于南极天文选址的移动式大气参数测量系统

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1、第37卷6期安徽师范大学学报(自然科学版)Vol.37No.62014年11月JoumalofAnhuiN。口nalUniversity(NaturalScience)Nov.2014用于南极天文选址的移动式大气参数测量系统吴晓庆(中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室，安徽合肥230031)摘要:选择最好的天文台址放直大口径望远镜一直是天文学家追求的目标.我国在南极的天文项目近几年得到了快速发展，对南极区域的光学瑞流时空分布进行测量和分析，是一项亟待开展的基e础性天文工作.本文主妥介绍研制的移

2、动式大气参数测量系统，用于南极天文选址，得到了在泰山站近地面常规气象参数和大气瑞流的初步测量结果.关键词:天文选址;光学端流;移动式测量系统中图分类号:T425.2+2文献标志码:A文章编号:1001-2443(2014)06一0511-04引地基天文观测受制于地球大气特性.影响地基天文望远镜性能的主要因素有:天空背景、透过率、光学揣流等[1]地基光学望远镜的星像质量与大气光学端流密切相关，我们将折射率起伏主要是由温度起伏引起的揣流称为光学揣流，量度这种折射率起伏强度的量为折射率结构常数ci.天文选址中需要测量的重要大气参

3、数有:视宁度、Fried参数ro、揣流外尺度Lo、风速廓线V(h)、等晕角。。、相干时间τ。等.这些量都与大气光学揣流强度C己的高度分布发生联系，相互之间形成定量关系.地球上中纬度地区最好的天文台站视宁度典型值为0.5-1个角秒[2-6]换句话说无论望远镜口径再大再完善，也不能提高星像质量.天空背景、透过率和光学揣流与高度和温度有关.较高的海拔高度，非常低的气温和水汽含量，十分稳定的大气条件都极大地降低了这些因素对地基望远镜的影响.为充分发挥大口径望远镜的性能，使其达到衍射极限，有必要寻找更为理想的天文台址.与地球上其他天

4、文台站相比，南极大陆具有极低的红外天空背景辐射、极低的可降水含量、极低的气洛股和尘埃颗粒物含量、非常小的光污染，无疑成为下一代大型光学/红外天文望远镜在地球上寻找地基站址的理想场所.目前在南极主要用于天文观测为主要目的台站有:SouthPole的Arnundsen-Scott站♂omeC的Concordia站、DomeA的昆仑站、DomeF的Fuji站等.进行包括可见、红外、太赫兹和亚毫米的天文学观测，宇窗微波背景辐射观测，以及包括宇宙射线、γ射线以及中微子的高能天体物理学观测.我国自1980年开展南极考察以来，已先后在西

5、南极的乔治王岛和东南极大陆边缘拉斯曼丘陵地区建立了长城站和中山站，2009年在南极最高点DomeA建成了昆仑站.为巩固和强化已建成的南极科考站，中国第30次南极科考队已经在中山站和昆仑站之间建成了新站一泰山站，以满足南极科学发展新需求.本文主要介绍与中国极地研究中心、中国科学技术大学合作研制的移动式大气参数测量系统，用于南极天文选址，得到在泰山站近地面常规气象参数和大气揣流的初步测量结果.1理论背景对于Kolmogorov揣流，折射率结构常数C己和温度结构常数C号定义为[7].c己=([η(二)-n(二十二)J2)r-2I

6、3,lo<

7、2安徽师范大学学报(自然科学版)2014年对于可见光和近红外光波，折射率起伏主要是由温度起伏引起的.c;，和C号可表示为[7J.c;,=仰×1065)2吟。)式中T是气温(K)，P是气压(hpa).因此由(2)式通过测量惯性区内空间两点温差的平方平均得到c~，再由(3)式得到c;，.这一方法称为双点温差结掏函数法.超声风速计是利用多普勒效应以及声速是温度和湿度的函数关系，通过测量三个非正交轴上一定距离的超声波脉冲传输时间，通过坐标变换，得到风速的三个分量以及超声气温.超声风速计测得超声气温Ts与气温T有如下关系[8l.rf

8、2.11.~V:T.=立一(丰+土.)2十一立.(4)1612'tlt2'403To-sT=一一一(5)1+0.51qtl、t2为两束超声波脉冲反向通过声程为d时的传输时间，Vn是与声程d垂直的水平风速大小.q为比湿.在干燥的情况下，超声气温Ts与气温T相差很小.由于超声风速计测量的是空间单点超声气温起