科学岛团队建立全球大气光学湍流预测模型

近日，中国科学院合肥物质院安光所建立了全球大气光学湍流预测模型，并首次实现了全球大气光学湍流强度时空分布预测及可视化表征（以大气相干长度衡量）。该模型不仅丰富和提升了大气光学湍流全球变化的科学认知，还可为先进光电工程、天文光学观测、星地激光通信等应用提供支撑。相关成果发表在国际地学天文顶级期刊《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。青春副研究员为本文第一作者。
当光波在地球大气中传播时，光学湍流会使其产生光斑漂移、光强闪烁和光束抖动等现象，进一步导致了工作于大气层内的先进光电系统的性能发挥受到严重影响，大气光学湍流也由此成为地基光电系统工程应用的最后瓶颈。目前，虽然已有多种探测大气光学湍流的技术手段，但受限于多方面因素的制约，全球广域大范围内光学湍流强度、概率分布及其时空变化等特征的获取依然非常困难，长期以来，学术界一直在开展局域典型环境下大气光学湍流预测模型的构建，但均未取得普适性结果。
围绕未来广域应用的先进光电系统对大气光学湍流特征预测的需求，安光所大气光学研究团队基于历史探测数据集和大数据融合分析技术，并耦合欧洲第五代大气再分析数据集，在国际上率先建立了全球大气光学湍流预测模型，该模型突破了广域环境下大气光学湍流特征难以高效获取的局限，解决了广域大气光学湍流预测及可视化表征的关键科学与技术问题。模型预测结果不仅揭示了全球大气光学湍流参数空间分布特征，指出了在青藏高原、美洲西海岸、夏威夷群岛等传统具有良好大气光学湍流条件天文站址之外，在西太平洋、非洲东北部等地区也存在同样具有较好的大气光学湍流条件，尤其是“非洲屋脊”埃塞俄比亚高原还可能有一个大气光学湍流条件较好的区域；而且，与全球数值天气预报模式结合，该模型还可以用于全球大气光学湍流时间变化特征的预测，为大型地基先进光电系统的中长期运行提供科学支撑。

全球大气相干长度空间分布预测结果

国际上著名天文台站大气相干长度累积分布预测结果

“非洲屋脊”埃塞俄比亚高原大气相干长度累积分布预测结果