HufnageL-Valley模型及其广义形式的湍流廓线反演研究

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大气湍流折射率结构常数是表征大气湍流强度的一个重要参数,其垂直分布对于研究激光大气传输、天文观测和自适应光学系统等都具有重要价值。本文简要介绍了常用的大气湍流强度廓线测量方法以及大气湍流模型,针对Hufnagel-Valley大气湍流模型及其广义形式,提出利用实时测量数据反演该模型中的参数,获取实时性强、分辨率高的湍流强度廓线。  分析了Hufnagel-Valley模型参数反演的必要性,根据实时测量的整层大气相干长度和等晕角,通过详细的理论推导,反演该模型中的两个可调参数,并提出了改进的反演计算公式。数值仿真结果表明,改进公式弥补了原有公式在近地面湍流较弱时,不能有效反演高空风速参数的不足。适合于反演不同的湍流条件,提高了湍流强度廓线的反演精度:以两种典型的风速模型为例,改进公式反演的参数,相对误差均在±0.5%以内;针对不同的整层大气相干长度和等晕角,改进公式对应的湍流强度廓线,其积分得到的整层大气相干长度和等晕角相对误差分别在±0.2%和±0.4%以内。同时改进公式也减弱了整层相干长度和等晕角测量误差对反演的影响。  针对广义Hufnagel-Valley模型,研究了适用于该问题的反演计算方法,阐明了利用数值解法的必要性。结合遗传算法在反演多变量问题上的优势,提出利用遗传算法求解该问题。选取不同高度的大气相干长度或者大气相干长度与整层等晕角、近地面湍流强度的联合数据,分别反演了Hufnagel-Valley5/7模型和合肥地区白天和晚上的湍流强度廓线,同时也考虑了测量数据存在随机误差时对反演的影响。通过对反演结果的分析,提出了大气相干长度的高度选取模型。
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