光传输中的湍流结构、成因、及表征研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91752103
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    96.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0502.气候与气候系统
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Around the basic problems of turbulence and the important application requirements related to optical transmission, this project is mainly concerned on the structure , origin and characterization of non Kolmogorov turbulence in turbulent effects to study.For this purpose,the triaxial sonic anemometer velocity and temperature time series measurements are carried out within the ASL above the land in Hefei, sea in Maoming, and snow in Antarctic for a wide range of atmospheric stability conditions.Our specific objectives are to investigate the large-scale eddy spectral characteristics. The spatial and temporal distribution of turbulence scale is studied by using the cascade and multifractal dimensional analysis method, and the existing cascade model are modified according to the experimental data. On the basis of this, the human-computer interaction interface software is developed to analyze the structure of non-kolmogorov turbulence. By measuring the temperature structure function of different spatial distance with micro temperature sensor arrays, the spatial spectrum of temperature fluctuation is constructed without the assumption of Taylor. By establishing the outer scale parameterized formula of the troposphere and stratospheric according the regional climatic characteristics of our country, the prediction accuracy of optical turbulence is improved. The ultimate goal is to build a more perfect the atmosphere turbulence model, to meet the application requirements of numerical simulation of optical transmission and turbulent effect calculation, and to provide better service for laser transmission, free-space communications, optical imaging and observatory site selection, etc.
本项目围绕湍流基本问题和光传输相关的重大应用需求,针对湍流效应中的非Kolmogorov湍流结构、成因及表征开展研究。通过三维超声风速计获取合肥陆地、茂名海面、南极雪面不同稳定度条件下的温度、风速脉动数据,研究大尺度含能区风速和温度谱特征;通过采用级串和多分形的唯相描述方法研究湍流尺度的时空分布规律,并依据实验数据对现有级串模型进行修正。在此基础上,研制出分析非Kolmogorov湍流结构的人机交互界面软件;通过不同空间距离微温传感器阵列的温度结构函数探空测量,在不涉及泰勒假定下,构造出空间温度起伏谱;通过构建符合我国地域气候特征的对流层、平流层光学湍流外尺度的参数化公式,提高光学湍流预报精度;最终目标是建立更加完善的波在大气中传输的湍流模型,进行可靠的光传输的数值模拟和湍流效应计算,为激光传输、自由空间光通讯、光学成像和天文台选址等服务。

结项摘要

本项目将ERA5数据、神经网络法、Thorpe尺度、Ellison尺度等用来估算和预报近地面湍流和高空湍流廓线,并将湍流参数化研究成果应用到南极天文选址中。成果发表在Applied Optics、Optics express、Optical Society A、Monthly Notices of Royal Astronomical Society等有影响的期刊上;针对临近空间湍流测量空间分辨率要达到1cm的技术挑战,,研制了可测量毫米尺度的湍流原位测量仪;2019年7月、8月和2020年8月圆满完成了由中科院天空信息研究院牵头的临近空间科学实验战略性先导专项(鸿鹄专项)在青海省大柴旦地区3次平流层长航时大气湍流原位测量综合性试验。获取了浮空器在21- 22km平飞阶段UTLS(Upper Tropospere and Lower Stratosphere 湍流强度数据和湍流谱数据。分别用5um和1um微温探头测量的温度脉动时间序列数据,首次观察到大气本底噪声和强湍流信号交替出现,处于本底噪声的大气有时几乎没有温度起伏。风速湍流廓线数据中出现此类现象已有文献报道,平飞温度湍流数据出现这样的现象未见报道;提出了定量识别UTLS温度湍流结构如湍流层个数、湍流层水平尺度、湍流层水平间距、水平尺度内的湍流占比等参量来描述湍流结构的2种方法。该方法用来识别温度湍流结构尚未见报道;开展了UTLS湍流标度律初步研究。UTLS水平方向湍流中观测到大气温度湍流遵从Kolmogorov标度律存在的比例很小。这些成果对天文、光传输、光通信等领域具有十分重要的意义。. 本项目按照计划书在规定时间内完成了各项研究内容,达到了预期目标。课题共发表论文12篇(SCI 6篇,EI 2篇,核心4篇),6篇SCI待发表,国内学术会议做学术报告12人次,提交发明专利2项。培养1名博士毕业,2名硕士毕业。在读博士生5名,硕士生2名,1名博士生获2020年度博士研究生国家级奖学金 。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
New C-n(2) statistical model based on first radiosonde turbulence observation over Lhasa
基于拉萨地区首次无线电探空仪湍流观测的新C-n(2)统计模型
  • DOI:
    10.1364/josaa.387211
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of the Optical Society of America A-Optics Image Science and Vision
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Han Yajuan;Wu Xiaoqing;Luo Tao;Qing Chun;Yang Qike;Jin Xiaomei;Liu Nana;Wu Su;Su Changdong
  • 通讯作者:
    Su Changdong
Analysis of wind-speed profiles and optical turbulence above Gaomeigu and the Tibetan Plateau using ERA5 data
利用ERA5数据分析高美谷和青藏高原上空风速廓线和光学湍流
  • DOI:
    10.1093/mnras/staa2960
  • 发表时间:
    2021-01-21
  • 期刊:
    MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Han, Yajuan;Yang, Qike;Luo, Tao
  • 通讯作者:
    Luo, Tao
基于 Polar WRF 模拟结果估算南极泰山站近地面大气折射率结构常数
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    极地研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨期科;吴晓庆;韩亚娟;青春
  • 通讯作者:
    青春
近地面大气光学湍流强度估算方法研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    安 徽 师 范 大 学 学 报 (自然科学版)(特约稿)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴晓庆
  • 通讯作者:
    吴晓庆
A Simple Method to Estimate the Refractive Index Structure Parameter (Cn2) in the Atmosphere
估算大气折射率结构参数(Cn2)的简单方法
  • DOI:
    10.1088/1538-3873/ab9451
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Publications of the Astronomical Society of the Pacific
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Wu Su;Su Changdong;Wu Xiaoqing;Luo Tao;Li Xuebin
  • 通讯作者:
    Li Xuebin

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其他文献

人原代卵巢癌细胞提取及其干细胞的筛选
  • DOI:
    10.13390/j.issn.1672-1861.2016.01.016
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国妇产科临床杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    支小改;吴晓庆;董玲燕;谢静燕;赵树立
  • 通讯作者:
    赵树立
大气光学湍流强度估算和预报方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    安 徽 师 范 大 学 学 报 (自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴晓庆
  • 通讯作者:
    吴晓庆
正交小波变换研究复杂下垫面边界层的湍流特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高原气象
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴晓庆;罗涛;邓淑梅;袁仁民
  • 通讯作者:
    袁仁民
用常规气象参数估算光学湍流廓线
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    强激光与粒子束 ,2007,19 (12)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许利明;吴晓庆;王英俭
  • 通讯作者:
    王英俭
基于天气数值预报模式预报高空光学湍流
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴晓庆;李学彬;黄宏华;蔡俊
  • 通讯作者:
    蔡俊

其他文献

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AI技术路线图

吴晓庆的其他基金

南极内陆候选站址的大气光学湍流时空分布测量和模式研究
  • 批准号:
    41576185
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
低平流层下非Kolmogorov湍流统计特征与大气光学湍流参数化研究
  • 批准号:
    41275020
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
局地非各向同性大气光学湍流的研究
  • 批准号:
    40475010
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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