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OMS雙波長閃爍儀應用技術
閱讀：1330 發(fā)布時間：2025-7-11背景介紹
光閃爍現(xiàn)象，若干世紀之前人們就注意到了。一個很常見的例子就是地面看到的星光閃爍。早期的有關研究便是星光閃爍造成的圖像模糊對天文觀測的影響；近代的研究則更多地關注其對數(shù)字通訊，衛(wèi)星導航，以及激光系統(tǒng)等的干擾。上世紀中后期人們更認識到，對近地層大氣的光閃爍分析，還可應用于氣象、水文、農業(yè)、環(huán)境等科學領域。
閃爍是由折射率波動引起的，而折射率波動主要取決于光源在給定波長下的溫度和濕度。光學波長范圍通常是指太陽的光譜范圍，微波波長范圍則大致是毫米級別的波長范圍。在光學區(qū)域，折射率主要受溫度影響；而在微波區(qū)域，濕度波動則成為主要因素。
雙波長法即紅外微波閃爍儀交互測量系統(tǒng)（OMS）
該系統(tǒng)的核心特點在于：其測量所得的通量是整個光程路徑上所有湍流渦旋在空間與時間維度的綜合平均。
OMS系統(tǒng)由大孔徑閃爍儀（LAS）和微波閃爍儀（MWS）兩個分系統(tǒng)構成，每個分系統(tǒng)均包含發(fā)射端與接收端。發(fā)射端發(fā)射特定波長的光波，光波在傳播過程中受大氣湍流影響，會引發(fā)光信號強度波動；接收端則通過捕捉光強變化，精準測算出空氣折射指數(shù)結構參數(shù)（Cn2）。
感熱通量H和潛熱通量LE
根據(jù)空氣折射指數(shù)結構參數(shù)，并結合莫寧-奧布霍夫相似理論（MOST）與相關氣象數(shù)據(jù)，計算得到大尺度區(qū)域上的平均地表熱通量，即通過大孔徑閃爍儀-微波閃爍儀系統(tǒng)，直接計算得出感熱通量H(由于湍流運動從地面向大氣傳輸?shù)臒崃客?和潛熱通量LE(由于水汽相變向大氣傳輸?shù)臒崃客?。
LAS 大孔徑閃爍儀參數(shù)
LAS 大孔徑閃爍儀發(fā)射波長為近紅外波段，通過紅外光束在最長達 4.5 公里的路徑上傳輸，捕捉湍流大氣中折射率的波動信號。其核心原理是利用光束傳輸過程中的強度閃爍特性，反演大氣邊界層的湍流參數(shù)，進而計算與能量平衡相關的關鍵通量數(shù)據(jù)。
通量和蒸散的連續(xù)測量
測量大氣折射率和Cn2，可直接測量感熱通量（H）
氣象傳感器套件、凈輻射傳感器、土壤熱通量傳感器等，可組成LAS MkⅡET（Evapo-Transpiration）蒸散系統(tǒng)：同時測量風速、溫度和大氣壓力，從而計算感熱通量和蒸騰量，可用于水文監(jiān)測、衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)地面驗證、湍流特性、邊界層能量平衡研究；
測量潛熱通量（LvE）
氣象站設備：同時測量風速、溫度和大氣壓力值等；
可直接測量感熱通量（H）以及蒸散（潛熱通量，LvE）;
WXT530自動氣象站：測量蒸散和感熱通量（氣象數(shù)據(jù)采用測量值，直接測量感熱和潛熱通量），測量參數(shù)可應用于農業(yè)、氣象、水文、天氣預報、能量平衡等領域。
應用與研究方向
應用方向：較均勻下墊面的應用
復雜下墊面的應用
城市地區(qū)的應用
遙感模式的地面“真值"及在大氣模式中的應用
研究方向：空氣折射率結構常數(shù)
均勻/非均勻下墊面上測量感熱和潛熱湍流通量的應用
與EC系統(tǒng)的對比
LAS研究區(qū)域的代表性問題
大孔徑閃爍儀在模型計算結果驗證中的應用
驗證衛(wèi)星遙感模型計算區(qū)域蒸散量
驗證遙感能量平衡算法等
總結
當前可用的面積平均通量觀測方法，包括以渦動相關方法為主的多點微氣象觀測、飛機觀測、衛(wèi)星和地面遙感等5種。相對于以上四種方法，“光閃爍方法"應當是當前最為可行的、可以大到 10 km尺度的面積平均通量觀測方法。特別是，它可以應用于復雜下墊面包括山谷地區(qū)和城市等，在評估具有大空間覆蓋的遙感通量方面具有主要優(yōu)勢。
參考文獻
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