结构常数Cn2(z。）的值，得出非稳定大气状态 下边界层大气湍流高度变化特性。
[0043] 对稳定状态下边界层大气湍流模型，则将边界层风速代入（4)式，得出风剪切 S [m/s]，将风剪切代入（3)式得出外尺度，然后将所得外尺度值代入（2)式，最后结合常规 气相参数温度和压强，得出稳定大气状态下边界层大气湍流高度变化特性。
[0044] 当判断是稳定状态就给出一个结果，判断是非稳定状态则给出另一个结果，这两 种状态不会同时存在。
[0045] 下面给出边界层大气湍流强度高度分布初步验证
[0046] 为给出边界层大气湍流强度高度分布模型的初步验证，在戈壁沙漠地区，利用南 京大桥厂研制的702B高空气象雷达，跟踪1600克探空气球携带的GZZlO型电子探空仪进 行5个多月的高空气象探测。对测量所得温度、风速和压强等常规气象参数，进行甄别和 筛选（甄别和筛选以历史经验分析为主），结合边界层大气湍流参数化公式，即式（1)和式 (2)，得出大气湍流强度值，然后将所得大气湍流强度值按月进行几何平均。平均结果如图 1所示，其中，横坐标为（大气湍流强度值），纵坐标为（垂直高度）。
[0047] 由图1可见，通常戈壁沙漠地区边界层大气湍流强度随高度呈指数递减趋势，其 变化范围在10 14到10 19之间；边界层底部大气湍流强度数量级一般为10 15~10 14m 2/3,而 随着高度的上升，在300m左右高度处迅速减弱到10 18~10 17m 2/3,然后至边界层顶部随高 度变化缓慢，这些规律基本符合戈壁沙漠地区边界层大气湍流强度高度分布趋势，在边界 层内大气湍流强度不规律的出现湍流较强或较弱的层，可能是由于湍流在时间和空间上的 间歇性引起的，其反应了大气湍流强度变化的复杂性。
[0048] 为了更进一步的说明本发明的可靠性，将计算数据按月进行几何平均后与H-V 模型(Hufnagel R, Stanley N R. Modulation transfer function associated with image transmission through turbulent media[J]. J Opt Soc Am. 1964, 54:52-61.) 计算数据进行比对。H-V模型是由Ulrich利用Valley的假设，将历史上著名的参数模 型Hufnagel模型从3km延伸至近地面高度，使得该模型包含了边界层。扩展后的新模 型一一Hufnagel-Valley模型，增加了表示边界层Cn2变化的指数项，其普遍应用的形式 为：
[0050] 通常选择A = 1. 7X10 4，W = 21。比对结果如图2所示。
[0051] 图2中可见，本发明提出的戈壁沙漠地区边界层大气湍流强度高度分布计算所得 大气湍流强度的高度分布变化趋势（图2所示的Model)，与H-V模型（H-V Model)的分布 有很好的一致性。即在边界层内，大气湍流强度一般呈递减趋势，边界层底部至顶部大气湍 流强度相差约4-6个数量级，随着高度的上升，在300m左右高度处迅速减弱，300m左右高度 处以上至边界层顶部减小较缓慢。
[0052] 本发明将边界层大气分稳定状态和非稳定状态，分别提出边界层大气湍流强度高 度分布参数化公式（模型），并利用该公式结合参考高度处大气湍流强度值和常规气象参 数温度、压强和风速等，给出边界层大气湍流强度高度分布特性，并将参数化公式计算数据 与H-V模型计算结果进行图形比对和相关性分析，得到很好的一致性，结果表明本发明所 建立的边界层大气湍流高度分布模型的合理性、可靠性和适用性。
[0053] 以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域 的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本 发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种边界层大气湍流强度高度分布的检测方法，其特征在于，将边界层大气分为稳 定状态和非稳定状态，当Z/L大于1时为稳定状态，当Z/L小于1时为非稳定状态，其中Z 为距地面高度，L为大气湍流外尺度； 按照以下操作分别给出其边界层Cn2变化： 1) 对于非稳定状态的边界层大气，首先获取参考高度zjm]处大气湍流强度高度分布 Cn2(z。）的值，利用（1)式给出距地面z[m]高度处的边界层大气折射率结构常数的高度分布 Cn2(z)：其中，z。为距离地面100m内，zJm]为逆温层高度； 2) 对于稳定状态的边界层大气，获取湍流外尺度值、温度和压强，利用（2)式给出距地 面z[m]高度处的边界层大气湍流强度高度分布Cn2(z):其中P为距地面z[m]高度处的压强[PJ，T为距地面z[m]高度处的温度[K]，Y= 9. 8X10 3K/m为干空气绝热递减率，L。为湍流外尺度[cm]。2. 如权利要求1所述的边界层大气湍流强度高度分布的检测方法，其特征在于，所述 的检测方法时对戈壁沙漠地区的边界层大气的特性的检测。3. 如权利要求1所述的边界层大气湍流强度高度分布的检测方法，其特征在于，参考 高度h[m]处大气湍流强度高度分布Cn 2(z。）的值通过仪器测量得出。4. 如权利要求1所述的边界层大气湍流强度高度分布的检测方法，其特征在于，所述 的湍流外尺度L。的获取为： 首先将边界层风速代入（4)式，得出风剪切S:(4) 其中^:为X方向风速的垂直梯度，^为y方向风速的垂直梯度； ()Z 07 鱿后骆风前切S代入⑶忒徨出湍流外尺庶L:t??卯仪不U安氺1现4所迚的边开坛入D而狐5虫反咼反力、弗tf」恆测力法，其特征在于，所 述的温度、风速和压强的获取是通过探空气球携带的电子探空仪对高空气象探测而得到。6.如权利要求1所述的边界层大气湍流强度高度分布的检测方法，其特征在于，将获 取的大气湍流强度值按月进行几何平均，绘制边界层大气湍流强度高度分布图。
【专利摘要】本发明公开了一种边界层大气湍流强度高度分布的检测方法，将边界层大气分稳定状态和非稳定状态，只需输入温度、湿度、压强和风速等易测量的常规气象参数，即可给出边界层大气湍流强度高度变化特性。本发明的检测方法所依赖的参数相对简单，获取容易，而且计算方便，克服了过于依赖相关参数的测量的缺陷。将所得计算数据与H-V模型计算结果进行图形比对和相关性分析，得到很好的一致性；验证了所建边界层大气湍流高度分布模型的合理性、可靠性和适用性。
【IPC分类】G01W1/00, G06F19/00
【公开号】CN105116468
【申请号】CN201510354003
【发明人】胡月宏, 强希文, 张志刚, 宗飞, 封双连, 吴敏, 常金勇, 赵军卫, 罗振莹, 李志朝, 江钰, 冯建伟
【申请人】中国人民解放军63655部队
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年6月24日