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

杨期科 吴晓庆 韩亚娟 青春

(1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031;2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230031)

提要 天文台址的选择与近地面的光学湍流强度密切相关,南极与中低纬度相比,具有极低的天空背景辐射、极低的气溶胶浓度和非常小的光污染,吸引了世界多国在此建立天文观测站。采用专门用于极地研究的极地数值天气预报模式(Polar WRF)来模拟得到南极泰山站的常规气象参数,对于温度和风速大小,模拟值与观测值的相关系数分别高达0.95和0.89。由模拟得到的常规气象参数根据Monin-Obukhov 相似理论估算折射率结构常数并与位于泰山站处移动式极地大气参数测量系统的观测结果做了对比,结果表明模拟值与观测值变化趋势基本一致,相关系数达0.67。

0 引言

地基光学天文望远镜作为光电系统,接收大气中传输的光波,受大气光学湍流影响非常大,会产生光强起伏、到达角起伏、光束扩展等湍流效应,而量度光学湍流强度的量为折射率结构常数与中低纬度相比,南极地区天空背景辐射、气溶胶浓度、大气温度都很低,这些因素使得南极成为地基天文台选址的理想场所,吸引了世界多国在此建立天文观测站[1]。

Qing 等[3-4]运用到的只是标准版WRF,我们这里将采用极地数值天气预报模式(Polar WRF)来计算南极泰山站的。Polar WRF是由美国俄亥俄州立大学(the Ohio State University,OSU)的伯德极地和气候研究中心(Byrd Polar and Climate Research Center,BPRC)开发的专门用于极地地区模拟的区域中尺度天气模式,它是建于标准版WRF 基础之上的,其开发是借鉴Polar MM5[5](fifth-generation Mesoscale Model)在极地的修改经验。……