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大氣湍流機理的爭論(Re)

〔3.1〕μ ∨式中L為流淌的特征長度；v為流淌的特征速度；ρ為流體的密度；μ為流體的粘性系數(shù)：∨=μ為運動粘性系數(shù)。v當由雷諾數(shù)表征的粘性流體的流淌超過某一臨界值時，它就從層流狀態(tài)轉射率的變化表現(xiàn)為兩種形式：由于地面溫度的影響，大氣中溫度隨高度會有梯度消滅，于是折射率也出現(xiàn)一個梯度；隨位置和時間作快速的變化，變化的頻譜可達數(shù)百赫茲，變化的空(2/3定律)。它是建立在下面三個假設的根底上：湍流渦旋運動的隨機特征是各向同性的；擦力的影響是不重要的，因而可以略去，運動圖像由慣性力打算。其表達式為：D〔r〕=C2r2?3

l<r<L

(3.2)r v 0 0v式中，縱向速度重量是平行于連接兩個觀看點的矢量r。常數(shù)C2被稱作速度構造vvKolmogorov定義的，C2表達式如下：vCv2=αε2?3=2ε2?3 〔3.3〕Cv上式中ε為單位體積內起伏的能量耗散率。L0 0們，相應的內雷諾數(shù)變小，這個過程不斷持續(xù)，Richardson稱之為湍流的級串一因素打算了渦旋的最小特征尺度l，我們稱它為湍流的內尺度。0內尺度的范圍從接近外表的幾毫米到在對流層和同溫層內的幾厘米或更多。0

大。L0

被認為是：①最大尺度，此時局部均勻性和各向同性較好，②能源的尺度大小，③流淌的大致范圍，一般習慣用2／3功率定律的限度來確定外L0

的代表值從幾十米到幾百米。在靠近外表處，L0

依據(jù)L=0.4h0中，外標尺一般為幾十米數(shù)量級，但在很大的強層中一般數(shù)值到達幾百米。L0也可以按ε1?2換算，所以外尺度隨湍流強度增加。因此，慣性范圍在湍流兩端擴大，l0

L0

增加。對于速度波動，內標尺往往等于Kolmogorov微尺度，給定為：l0=(∨3?ε)1?4 〔3.4〕上式中∨=μ為運動粘性系數(shù)，量綱為m2T?1v湍流中的溫度場1cm105km之外才是重要的，在壓強保持相等。流體靜力學方程得到，假設考慮一個不太大的高度范圍，則可以表示為：θ=T+Γdh 〔3.5〕hdd0.0098℃/m，由于大氣中的水分含量，實際測的的垂直遞減率通常為0.006℃/m~0.007℃/m。r中的隨機標量場，它具有的根本特征是：Dθr1，r2 =?[θr1 ?θr2]2? 當|r1?r2|?L0時，具有各向同性的性質：Dθr1，r2 =Dθr 〔3.7〕依據(jù)構造函數(shù)的一般性質，有：Dθ0 =D?0 =0 〔3.8〕這樣，將Dθr 在0點作泰勒開放，可以得到Dθr在r很小的時候所具有的形式，如下：2Dθr =1Dθ0r2 〔3.9〕2溫度不均勻量在熱傳導的影響下集中，在初始的大漩渦中，溫度梯度較小，子熱傳導開頭具有顯著的影響，它促使溫度拉平而削減不均勻量。n大氣折射率構造常數(shù)C2分析n概率分布、頻譜特征等參數(shù)開放。當光波在湍流大氣中傳播時，湍流大氣的溫度起伏引起折射率起伏，從而引起光束漂移、大氣閃耀、相位起伏、散射等一系列湍流效應。依據(jù)柯爾莫哥洛夫(Kolmogorov)局地均勻各項同性的湍流理論，定義空間任意兩點間的折射率構造函數(shù)為：nn??，??‘ ==C2r3 〔0〕nnn率構造函數(shù)C2的常見測量方法有以下幾種：nn溫度脈動法依據(jù)干凈大氣中可見光波段內折射率和溫度之間的關系可得：C2=[06 1+2×3λ2?2

〔3.11〕n ?2

P] CTT式中，C2為溫度構造常數(shù)，λ為光波波長，P為大氣壓，T為熱力學溫TC度，直接探測空中兩點固定點之間的溫度差，然后利用上式計算出2，CTn于是可得出C2n大氣傳輸理論〕的光在湍流大氣中的傳輸理論，當平面波穿過大氣一段距σL2的一般表達式為：nσRytovL2=1.23C2k7?6L11?6n

〔3.12〕TT到達角起伏法差為：σα2=2.91ρ?1?3∫LC2(z)dz 〔3.13〕0 nC到2的值。CT的下降，大氣湍流的強度也隨著減弱。表示公式如下：nC2()=2×6?2()2(h)+(h]m23)〔4〕n這里?2是單位為〔〕2h，h的5～20km。大氣相干長度的分析Z于平面波，相干長度表達式為：nρ0=(1.46C2k2L)?3?5n

〔3.15〕Fresnel尺度的分析Fresnel尺度與湍流尺度l相近的衍射光斑尺度大小為lFresnel=λL?l√Lλ被Fresnel尺度。結合空間相干長度可界定湍流的強弱，當相干長度大于Fresnel尺度即當ρ0>lFresnel時，傳播條件就是弱起伏條件，隨著通信距離增加，F(xiàn)resnel尺度呈非線性增加，而空間相干長度呈非線性遞減，當滿足ρ0<lFresnel ，傳輸激光束的散射是非相干散射，其Fresnel尺度的承受面積內包含有多個不相干的光斑，ρ0=lFresnel 對應的傳輸距離為飽和距離Ls。Rytov指數(shù)Rytov的歸一化光強起伏方差，用σRytov2表示。σ 2(z)=1.23C2k7z11 〔3.16〕Rytov

n 6 6相位起伏等現(xiàn)象。D及湍流的尺L有關：當D?L時，激光光束直徑遠小于湍流尺度，湍流的主要