前向散射型能见度仪信息特性研究

论文摘要

目前所见的基于测量雾散射光强估算大气能见度的仪器都没有对雾散射光强脉动规律进行深入研究及应用。本研究根据小尺度大气湍流特性，湍流过程中表征湍流特征的脉动量遵从“2／3定律”，对于描述湍流规律的空间函数可以通过泰勒的“冻结湍流”假设转换为时间函数等规律，参照大气折射率结构常数的定义构造雾的光强结构常数，并用外场实验中实际测量所得的数据计算了雾的光强结构常数，统计分析了雾的光强结构常数和能见度的内在规律，讨论了雾的光强结构常数时间上的最长、最短时间限度。文章第一部分介绍了与雾相关的基本概念，以及能见度探测的基本原理，指出目前所见的测量大气能见度的前向散射型能见度仪器都只是考虑散射光强的时间平均值而其随时间脉动变化的值均未利用。在第二部分介绍了小尺度大气湍流和大气光学湍流的规律，并强调在小尺度大气湍流过程中很多参量都满足“2／3定律”，且泰勒的“冻结湍流”假设可以实现时间函数和空间函数相互转换。在第三部分中由折射率结构常数引申引入雾的光强结构常数，计算三个不同雾过程的雾的光强结构常数，并对计算结果进行总结。指出雾的光强结构常数与能见度的关系对雾害的预警工作有一定的参考价值，有利于提高雾害预警的精确度。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 简介
• 1.1 能见度测量的意义和应用
• 1.2 能见度测量的研究历史及现状
• 1.3 本文研究的目的和内容
• 第二章 前向散射能见度仪概述
• 2.1 雾
• 2.1.1 雾的宏观性质
• 2.1.2 雾的分类
• 2.2 能见度的探测
• 2.3 前向散射仪的理论基础
• 2.3.1 散射
• 2.3.2 Mie散射理论与强度分布函数
• 2.3.3 多分散系的Mie散射
• 2.3.4 Mie散射的主要特点
• 2.3.5 前向散射法能见度测量的可靠性
• 2.3.6 定标方案
• 2.4 本章小节
• 第三章 小尺度大气湍流特性简介
• 3.1 小尺度大气湍流
• 3.1.1 小尺度大气湍流的一般性质
• 3.1.2 在大气层表面中性分层时，气象要素湍流脉动的微结构
• 3.1.3 阿基米德力的影响
• 3.1.4 微气象区域中风速、温度等的脉动谱
• 3.2 大气光学湍流
• 3.2.1 大气光学湍流的基本描述
• 3.2.2 近地面大气光学湍流模式
• 3.3 本章小节
• 第四章 雾的光强结构常数的引入及数据分析
• 4.1 雾的光强结构常数的引入
• 4.2 数据的处理与雾的光强结构常数的计算
• 4.3 雾的光强结构常数与能见度关系分析
• 4.4 最长时间尺度和最短时间尺度分析
• 4.4.1 最长时间尺度分析
• 4.4.2 最短时间尺度分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 本文的特色和创新之处
• 5.3 存在的问题与今后的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录