无论是海洋还是大气,经流速场的注入或水体机械性混合作用,都会出现跟随时空起伏的折射率场,我们称之为光学湍流。通常,它的存在使得邻近时间内或邻近空间内折射率不发生变化或缓慢变化,但是在一定长的时间内或长距离的光束传播路径上却存在着较为明显的折射率变化累积效应。这种效应的存在使得所有的光学系统必须考虑光与传播介质相互作用的一般效应,以及与光波本身相关的效应。对于激光探测与测量系统而言,长曝光时间内或者在长距离传输时的累积效应都是无法避免的,因此我们需要更好的理解和熟悉湍流场的统计性特征。本文着眼于海洋、大气环境的湍流效应,主要针对在这种湍流场条件下的激光传输特性进行建模分析。首先,基于近期提出的宽范围Prandtl/Schmidt数的海洋折射率功率谱,对其进行了关于外尺度模型的引入修正;其次,主要利用Pierson-Moscowitz海谱模型的转化,对于受风力驱动导致的海面粗糙会扰动波及跨界面传输的激光束的传输特性问题加以讨论;最后,以高斯谢尔模型光束为例,基于激光传输上行链路模型,讨论了光束以谱密度和相干度为代表的二阶统计参量的传输特性,并得出结论。在海洋湍流环境中,无论是受单一的温度、盐度或温盐耦合项主导的折射率功率谱,还是三者共同考虑在内的总折射率功率谱,包含有限外尺度模型所描述的湍流环境中相干半径的取值要比无限外尺度模型所描述的湍流环境中相干半径的取值相对小一些。均方温度的升高、传输距离的减小或入射光束波长的增加都会使得相干半径的取值逐渐增大。温盐比的增大并不会使得光束相干半径随之呈线性变化趋势,因为其受到涡扩散率的非线性调制。对于高斯谢尔模型光束而言,相干半径取值的增加,进一步会使得其经过湍流场传输之后的谱密度展宽相对较小,相干度下降也相对较小,信号光束保持有相对较好的光束质量。随着海面风速的增加,带给海洋大气交界面的相位浮动的能量也随之增加,使得信号光束发生严重衰减和退相干。风速越大,交叉谱密度函数关联性的衰减速度会出现差异,相对较大的能量注入会使得在同一相关距离处,交叉谱密度关联性相对较大。在大气湍流环境的近低空范围传输时,相比于海洋湍流环境,光束受到的湍流扰动相对较小,相干半径的取值也相对较大,因而信号光束能够在近低空传输距离内保持相对较稳定的谱宽和相干性。