创新话旧第8章

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1、b第八章创新点（7）──两点知识创新8．1为大气激光工程服务8．1．1知识创新与理论创新本章所谈的创新点全名叫“我国大气湍流、大气闪烁及其对激光工程影响的研究”。这是一个知识创新－与前面几章所谈的理论创新不同，它是应我们在第七章中所谈的，1972年春天在安徽光机所时王大珩先生对我们提出的第二条要求,而创造出的一个成果，是直接为远程大气激光工程研制服务的。前面几章谈到理论创新，是要发现现有的理论中存在的问题，并建立新的理论。但在为工程服务时，对理论所取的态度，却与之相反。此时，我们首先要取的态度是，承认现有理论

2、的正确性。在此基础上，使用现有理论来为工程服务，回答工程人员所提出的问题。这些问题的答案是现有知识中所没有的，所以这仍然是创新，只不过它不是理论上的创新，而是在知识上的创新，这些新知识可以为工程的研制提供一些服务。因为它是工程人员所需要知道的。由于1972年春天在安徽光机所，我们向王大珩先生一行工程人员汇报时，所使用的大气湍流数据是根据美国的资料计算出，它固然说明大气湍流、大气闪烁可以对激光雷达和激光大气通讯有严重影响，但那毕竟来源于美国的资料，不能用以确切解决我国工程所面临的问题。所以很自然以王大珩为首的工

3、程人员就向我们提出了一个要求，要我们弄清楚我国大气湍流分布的特点，以及它们究竟会对我国激光工程研制产生甚麽影响。这就产生了本章所要介绍的第七个创新点。8．1．2现在轮到了我们在接受王大珩先生所提出的任务同时，我们在课题组内开展了一次学习活动。这次学习以塔塔尔斯基的《湍流大气中波的传播理论》为主。19bb71年我们接受王先生的任务之前，国内还没有人开展过这方面的研究工作。虽然我本人在大气所105组搬迁之前，曾抓紧时间自学过一些，并因此在搬迁合肥之后，很快地就打开了局面。但我深知，为要在国内开展这方面的研究工作，

4、光靠我一个人的力量还不行，我应该向以前带领我们边学习边开拓新领域的老先生们学习，通过一边学习这个新领域中的基本理论，一边开展相应的理论计算和实验工作。以此来锻炼出我们自己的研究队伍。这才能使这项新工作在我国的土壤中生根开花结果。既然105组中没有老先生，那就轮到了我们来组织这项学习活动了。确实，当时安徽光机所是由一批更年轻的朋友们组成，我们这些人也就成了安徽光机所的“老同志”。波在湍流介质中的传播理论，是湍流科学与无线电物理、天文学、激光物理、声学以及大气光学、大气声学等学科交叉的产物。早在塔塔尔斯基的理论之

5、前，在20世纪的上半叶，就已有了这方面的研究，那是在无线电工程，光学工程，声学工程的带动下发展起来的。这是一门应用基础学科，有很强的应用价值。然而在塔塔尔斯基1959年工作之前，在这个领域中工作的专家对湍流研究并不熟悉，对在1941年创造出的柯尔莫果洛夫湍流理论更是无人知晓。因此大家对决定波动在湍流介质中传播特征的湍流微结构，也就做了很粗略的假设，它们是从一般概率论，随机过程论引进来的概念。因而不可能正确地反映出湍流微结构的规律，也就不可能得到正确的结果。只是到了塔塔尔斯基1959年的工作，才系统地把柯尔莫果

6、洛夫的湍流理论，结构函数的2/3定律，以及一维湍谱的－5//3定律，三维湍谱的－11/3定律引入于本问题的研究。所得结果，自然就能正确地揭示出波动在湍流介质中传播的规律性。例如，塔塔尔斯基所得到的大气闪烁强度和传播距离L成11/6次方的增长关系；和折射率湍流强度Cn2成正比增长关系。在闪烁强度不太大时，已被实验证明正确。从此就确立了塔塔尔斯基理论在这一领域的权威地位。塔塔尔斯基的著作在1961年被翻译成英文在西方出版。现在已成为在这一领域中国际同行经常要引用的经典文献。前苏联学者的著作在西方也能得到公

7、认的并不多，前面第五章讲的富克斯的《气溶胶力学》是一本，这里塔塔尔斯基的书是又一本。塔塔尔斯基用平缓扰动法求解马克斯威尔（Maxwell）的波动方程，从而得到了波动方程的统计解。所谓平缓扰动是指扰动量可以很大、很强，但扰动量在空间的分布变化却比较平缓，也就是说它的梯度很小。很明显这种方法意图解决比一般小扰动方法更为普遍的强扰动问题。但后来的实验证明当扰动强度比较大，例如闪烁强度增长达到0.6时，就不再继续按塔塔尔斯基的公式增长而达到了饱和。这是塔塔尔斯基平缓扰动理论失效的地方，叫做“闪烁饱和”

8、bb。从理论上看，这是一个十分艰难复杂的问题，至少到我们工作的70年代还没有解决。但从应用上看这倒使问题变简单了。一旦我们碰到闪烁量达到0.6时，就使之停下来。放弃塔塔尔斯基的公式，使不再随传播距离L的增加而增加，也不再随湍流强度Cn2增加而增加，而是保持在饱和值0.6的水平即可。此外塔塔尔斯基的书研究平面波球面波在穿过湍流大气时所受到的扰动影响，但激光工程使用的都是束状波，这要比平