湍流是自然界中最为普遍、应用最为广泛的现象之一,大气湍流会对在大气中传输的光波产生各种湍流效应,而度量大气光学湍流强度的量为大气折射率结构常数Cn2。目前已经有很多直接测量Cn2的技术,但这些测量方法难免需要付出较大的代价,因此建立Cn2与常规气象参数之间的关系,利用容易测量的常规气象参数来估算Cn2廓线,这已经成为大气光学湍流的重要研究内容。目前国内外对大气光学湍流廓线模式研究做了大量的工作,除了在实验基础上对Cn2廓线数据进行分段拟合得到的C2廓线经验模式,还有基于湍流基本理论,通过外尺度建立的常规气象参数廓线与Cn2廓线间关系的Tatarski公式,由此派生出多种外尺度模式。其中Thorpe外尺度模式中的Thorpe尺度由Thorpe提出,为了量化水体翻转的尺度规模。该方法已经广泛应用于海洋学中,主要研究分析水体的湍流混合情况,并对湍混合参数(能量耗散率、扩散系数)进行估计。在大气科学以及流体动力学领域,主要应用于辨别流体中湍流混合区及估算不同的湍流参数,但利用Thorpe尺度进行大气光学湍流强度Cn2的估算并不多见。本文对新疆库尔勒、西藏拉萨以及广东茂名海边探空测量的Cn2数据进行统计分析,采用Thorpe尺度利用Tatarski公式估算了上述三个地区的Cn2廓线,并与实测Cn2进行比较,以判断Thorpe尺度估算Cn2的有效性。并据此将该方法首次运用到尚未进行Cn2廓线探空测量的南极点South Pole的Cn2估算,用于南极天文选址。本文的主要工作以及得到的结论如下:(1)统计分析了新疆库尔勒、西藏拉萨以及广东茂名海边探空实测数据,得到了三地Cn2廓线,结果表明,三地的白天Cn2廓线相对于夜间的Cn2廓线,在量级上要大1～2个量级;在所考虑的高度范围内(0～25 km)Cn2平均廓线都会有不同程度的起伏波动,但一般夜间湍流变化波动幅度较大,以上这些现象均明显地展现出三个地区的Cn2平均廓线的昼夜差异。在近地面层,拉萨地区的Cn2平均廓线递减速度快于其它两个地区,最小值出现的相对高度也低于其它两个地区;拉萨和茂名的Cn2平均廓线均在15 km附近出现了明显的鼓包,而库尔勒地区没有明显的鼓包,以上这些现象均明显地展现出三个地区的Cn2平均廓线的地域差异。(2)基于Tatarski参数化方案,结合Thorpe尺度方法估算了新疆库尔勒、西藏拉萨以及广东茂名海边这三个地区的C2廓线,无论是量级还是廓线的整体趋势上都展现出了较好的一致性,尤其是在5～20km的高度范围内,湍流测量值的细节结构都能在估算值中反映出来,总体而言估算值与实测值较为吻合。而且定量的统计分析表明,库尔勒、拉萨以及茂名海边的Thorpe尺度估算结果与实测结果相关度分别为69%、68%、60%,平均相对误差均在5.0%以下,上述这些都能够表明Thorpe尺度方法估算光学湍流廓线是可行的。(3)通过下载的南极点常规气象参数数据资料,结合Tatarski参数化方案与Thorpe尺度方法估算出南极点夏、冬两季的Cn2廓线,计算了大气相干长度、视宁度、等晕角等参数和边界层高度以上及边界层内的视宁度及其对整层(0～25 km)视宁度的贡献,将之与文献结果比对。结果表明:估算的Cn2在近地面随高度迅速递减,300 m后随高度缓慢减小,5 km以后出现一个鼓包,10 km后随高度稳定递减,呈现出湍流主要集中于300 m以下这一特点。Thorpe尺度估算的南极点冬季整层视宁度为1.87",270 m以上高度视宁度为0.39",与文献报道较为吻合。基于依据Tatarski参数化方案,结合Thorpe尺度方法可以较好地估算出上述几个地区的Cn2廓线,但是在表示某些高度大气光学湍流廓线细节结构的变化上,还不能充分吻合,这还需要大量的实测数据对Thorpe尺度方法进行进一步的改善,如能提高探空数据的分辨率,对提高Thorpe尺度方法的估算效果也有一定帮助。此外本文结果主要是根据以上几个地区有限的探空资料提出来的,对于其它地区Thorpe尺度是否可行,这还需要长期的数据积累,有待进一步探讨验证。