使用Meso-NH模式在Mt Graham进行的光学turbulence模拟

在圆顶C的中尺度光学turbulence模拟：改进

Mesoscale optical turbulence simulations at Dome C: refinements

在最近的一篇论文中，作者提出了一个扩展的研究，旨在模拟的经典气象参数和光学湍流在圆顶C在冬季与大气中尺度模式Meso-NH。已经提出了统计分析，该文件的结论非常有希望。风速和温度场显示是非常好的重建中-NH模型与更好的性能比已经实现了与欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的全球模型，特别是近地面。所有的结果都显示是分辨率依赖的，它已被证明，一个网格嵌套配置（3个域）与高水平分辨率（1公里）的最内层的域是必要的重建所有的光学湍流特征与测量良好的相关性。高分辨率模拟提供的平均表面层厚度仅比测量估计的高约14米，自由大气中的视宁度显示出与观测值的差异仅为百分之几角秒（约0.05”）。以前的研究的独特的局限性是，在表面层的光学湍流出现高估的模式在低和高分辨率模式。在这项研究中，我们提出了一个改进的数值配置所获得的结果。同样的15个夜晚已经被模拟，我们表明，模型结果现在几乎完全符合他们的所有功能的观察：表面厚度，在自由大气中的看到以及在表面层。这一结果使我们能够调查现在其他南极网站使用一个强大的数值模型，以及适应极端的极地条件（中NH）。

Dome C中尺度光学Turbulence模拟

Mesoscale Optical Turbulence simulations at Dome C

在过去的几年里，地基天文学一直在关注南极洲，特别是它的山顶和内部大陆高原，那里的光学湍流（OT）似乎被限制在靠近表面的浅层。到目前为止，初步测量结果表明，在30-35米以上的视宁度值相当不错：在Dome C为0.36”（Agabi等人，2006年）、0.27”（Lawrence等人，2004年）和0.3”（Trinquet等人，2008年）。然而，现场测试活动是非常昂贵的，仪器只提供本地测量和大气建模可能代表了一个前进的一步，对天文网站的搜索和选择，由于重建3D Cn2地图的可能性超过几公里的表面。因此，南极高原是评估区分同一高原上地点的可能性的一个重要基准测试。我们的研究小组（Hagelin等人，2008年）已经证明，ECMWF全球模式的分析不能以所需的精度描述高原中的南极边界层和表层。用中尺度模式可以得到更好的描述。Meso-Nh模型已被证明在复制中纬度以上天文站点的OT三维地图方面是可靠的（Masciadri et al. 1999 ab，2004，Masciadri and Jabouille 2005）。在本文中，我们研究了中尺度Nh模式在重建气象参数的能力，以及与不同的模式配置的圆顶C上方的OT。我们集中我们的注意力在复制OT的表面层厚度Hsl和积分的Cn 2在自由大气和表面层的模式能力。值得强调的是，这些是迄今为止首次使用中尺度模型对南极高原内部上空的光学湍流进行的估…

用中尺度气象模式对南极洲光学Turbulence在低和高水平分辨率下的数值模拟

Numerical simulations of Optical Turbulence at low and high horizontal resolution in Antarctica with a mesoscale meteorological model

它已经被证明，中尺度气象模式，如Meso-NH是高度可靠的再现光学湍流的三维地图。到目前为止，在南极高原上的初步测量表明，它的视宁度相当好：在圆顶C大约为0.3”。然而，仍然存在一些不确定性。这就是为什么我们的团队专注于详细研究南极高原内部的大气流动和湍流。我们的目的是使用Meso-NH模式做大气流动和相应的光学湍流在内部高原的预测。使用这个模型还有另一个巨大的优势：我们可以访问整个3D体积内的信息，而不仅仅是观察。使用了两种不同的配置：低水平分辨率（网格大小为100公里）和高水平分辨率，采用网格嵌套交互技术（在感兴趣区域上方中心的最内层区域网格大小为1公里）。在这里，我们提出了在2005年冬季的16个晚上监测Meso-NH重建的湍流分布，看的看到和表面层厚度。

MOSE：利用Nh中尺度模式进行光学turbulence预报的可行性研究，以支持ESO站点（Paranal和Armazones）的AO设施

MOSE: a feasibility study for optical turbulence forecasts with the Meso-Nh mesoscale model to support AO facilities at ESO sites (Paranal and Armazones)

我们提出了非常令人鼓舞的初步结果的背景下，MOSE项目，一个正在进行的研究，旨在调查的可行性预测的光学湍流和气象参数（在自由大气层以及边界层和表层）（甚大望远镜- VLT的所在地）和Cerro Armazones（欧洲极大望远镜- E-ELT的所在地），两者都在智利。该研究采用中Nh大气中尺度模式，旨在提供光学湍流预报工具，以支持科学计划的调度和在VLT和E-ELT使用AO设施。在这项研究中，我们利用了大量的测量到目前为止，在Paranal和Armazones的ESO和TMT财团在E-ELT和TMT的选址的背景下，约束/验证模型。详细分析了模式在再现大气参数（T，V，p，H，.）在近地面以及在自由大气中，是关键的和基本的，因为光学湍流取决于这些参数中的大多数。这种方法使我们能够提供一个详尽和完整的分析模型的性能，并更好地定义模型的操作应用。这也有助于我们识别光学湍流测量的差异来源（当它们出现时），并区分问题的不同起源：模型参数化，初始条件，......初步结果表明，该模型在再现大多数主要气象参数的统计方面，以及在每个单独的夜晚在自由大气中，并在接近表面的精度很高。该研究由ESO和INAF-Arcetri（意大利）共同资助。

光学turbulence预报：迈向地基天文学的新时代

Optical turbulence forecast: toward a new era of ground-based astronomy

用非静力大气模式在中尺度上模拟天文学应用中的光学湍流（OT），就测量而言，具有一些优点。地基天文学的未来取决于ELT的潜力和可行性。我们在了解、控制和“管理”湍流对新一代望远镜和设施的影响方面的能力，是确保它们在空间天文学方面具有竞争力的决定性因素。在过去，已经进行了几项研究，证明了模拟天文台上空真实的Cn 2剖面的可行性。欧洲共同体（FP6计划）最近决定资助一个项目，旨在从一方面证明OT预报的可行性和中尺度模式从光学湍流角度区分天文站点的能力，另一方面促进这一处于天体物理学和气象学之间的学科的发展。在这篇文章中，我将介绍这个项目的科学和技术目标，与这样一个项目的成功有关的地基天文学的挑战，以及为优化结果而联合的国际协同作用。

光学turbulence预报：可用于实际应用

Optical turbulence forecast: ready for an operational application

可行性研究MOSE（MOdellig ESO站点）的主要目标之一是评估一种方法的性能，该方法旨在预测智利甚大望远镜和欧洲极大望远镜ESO站点上方的光学湍流。该方法意味着使用一种专门为光学湍流（OT）设计的代码，称为Astro-Meso-Nh。在本文中，我们提出的结果，我们在这个项目的结论，关于这种方法的性能预测的最相关的参数有关的光学湍流（CN 2，看到，等晕角θ_0和波前相干时间τ_0）。数值预测与沿太阳年均匀分布的、属于不同年份的非常丰富的夜晚统计样本有关，已与观测进行了比较，并分析了不同的统计算子，如经典偏差，由列联表导出的RMSE和更复杂的统计运算符，能够量化预测方法的成功分数，例如正确检测的百分比（PC）和在特定值范围内检测参数的概率（POD）。该研究的主要结论告诉我们，Astro-Meso-Nh模型提供的性能已经非常好，可以肯定地保证对顶级望远镜和ELT的服务模式产生不可忽视的积极影响。不久将在甚大射电望远镜和E-ELT网站上安装Astro-Meso-Nh模型自动和实用版的演示器。

南极内部高原上空大气流动的中Nh模拟

Meso-Nh simulations of the atmospheric flow above the Internal Antarctic Plateau

Meso-Nh等中尺度模型已被证明在再现光学湍流的3D图方面具有高度可靠性（参见参考文献10）。1、2、3、4）。近年来，地面天文学一直在关注南极洲。特别是它的顶峰和内部大陆高原，那里的光学湍流似乎被限制在靠近冰面的浅层。到目前为止，初步测量表明，30-35米以上的视宁度值相当不错：0.36”（见参考文献5）和0.27”（见参考文献5）。6，7）在圆顶C。然而，现场测试活动极其昂贵，仪器仅提供局部测量结果，由于可以重建数千米表面上的3D Cn 2地图，大气建模可能代表着在天文站点搜索和选择方面向前迈出了一步。因此，南极高原是评估区分同一高原上地点的可能性的一个重要基准测试。我们的小组8已经证明，ECMWF全球模式的分析不能以所需的精度描述高原的南极边界层和表层。用中尺度气象模式可以得到更好的描述。在这篇文章中，我们提出了数值模拟（包括光学湍流-Cn 2）与Meso-Nh以上的内部南极高原的进展情况报告。在被攻击的主题中：模式的不同配置（低和高水平分辨率）的影响，网格嵌套交互技术的使用，在某些冬夜光学湍流的预报。

用于完整三维Cn2调查的专用工具

A dedicated tool for a full 3D Cn2 investigation

在这项研究中，我们提出了一个映射的光学湍流（OT）以上不同的天文网站。中尺度模型Meso-NH与Astro-Meso-Nh软件包和一套诊断工具一起使用，可以对Cn 2进行全面的3D调查。在Astro-Meso-Nh中实施的诊断，允许在不同站点上方的体积空间中对OT结构进行全三维调查。为了说明不同的诊断和它们的潜力，我们调查了一个晚上，看看气象和天文气候参数的瞬时场。为了展示该工具在天文台中应用的潜力，我们在具有非常不同OT分布的地点上运行模型：南极高原（Dome C，Dome A，南极）和中纬度地点（Mt.格雷厄姆，亚利桑那州）。我们把特别强调的2D地图上的综合天体气候参数（看到，等晕角）计算在不同的切片在不同的高度在热带雨林。这是一个预测和研究湍流结构的有用工具。它可以支持运行在地面望远镜焦点上的AO，GLAO和MCAO系统的优化。此外，我们的工具允许我们区分这些网站。

高水平地基望远镜服务模式的业务光学turbulence预报

Operational optical turbulence forecast for the Service Mode of top-class ground based telescopes

在这方面的贡献，我们提出的可行性研究（MOSE）进行ESO的背景下获得的最相关的结果。该项目的主要目的是量化中尺度模型（Astro-Meso-NH代码）在预测与地面天文观测有关的所有主要大气参数以及Cerro Paranal（甚大望远镜所在地）和Cerro Armazones（E-ELT所在地）上空的光学湍流（CN 2和相关的综合天文气候参数）方面的性能。详细分析了该系统对所有天体气候和大气参数的预报能力的成功率。考虑到我们获得的优异结果，这项研究证明了在这两个站点上实施自动系统的机会，该系统将在夜间以操作配置运行，以支持VLT和E-ELT的科学计划以及天文设施（特别是AO系统支持的天文设施）的调度。2016年底，将启动一个新项目，在ESO的两个站点上运行一个操作系统的演示器。我们的团队还负责在LBT（ALTA项目）的Mt.Graham实施类似的自动系统。因此，我们的系统/方法将允许在新一代望远镜的服务模式框架中向前迈出一步。在取得的最令人兴奋的成果中，我们列举了这样一个事实，即我们证明能够预测垂直分辨率高达150米的CN2剖面。这样一个功能是特别重要的所有WFAO系统，需要这样的详细信息OT垂直分层在整个20公里以上的地面。这一重要成就告诉我们，所有WFAO系统都可以依赖能够支持其优化使用的自动系统。

Towards the forecast of atmospheric parameters and optical turbulence above an astronomical site on 24h time scale

Forecast of the atmospheric parameters and optical turbulence applied to the ground-based astronomy is very crucial mainly for the queue scheduling. So far, most efforts have been addressed by our group in developing algorithms for the optical turbulence (CN2) and annexed integrated astroclimatic parameters and quantifying the performances of the Astro-Meso-Nh package in reconstructing such parameters. Besides, intensive analyses on the Meso-Nh performances= in reconstructing atmospheric parameters relevant for the ground-based astronomy has been carried out. Our studies referred always to the…

New achievements in optical turbulence forecast systems in operational mode

In this contribution, we present the most recent progresses we obtained in the context of a long-term program we undertook since a few years towards the implementation of operational forecast systems (a) on top-class ground-based telescopes assisted by AO systems to support the flexible scheduling of observational scientific programs in night as well in day time and (b) on ground-stations to support free space optical communication. Two topics have been treated and presented in the Conference AO4ELT6: 1. ALTA is an operational forecast system for the OT and all the critical atmospheric paramet…

南极内部高原上空的光学Turbulence

Optical Turbulence above the Internal Antarctic Plateau

近年来，由于高原的极端干燥和低温、高原典型的高海拔、离地面几十米的自由大气中的弱湍流水平以及地面上形成的薄光学湍流层，内部的南极高原被发现是一个具有有趣的天文应用潜力的地点。在内部南极高原上进行现场测试评估的主要目标是确定现场的特征（光学湍流和经典气象参数），并量化我们可能获得的收益，以支持未来天文设施的计划。几年来，我们的小组一直在参与与评估该地点的天文学应用有关的研究，其中包括对大气环流模型和中尺度大气模型提供的气象参数和光学湍流进行表征，以及对自适应光学系统的性能进行量化。在这次演讲中，我将绘制这个网站评估的艺术现状，把我们的研究放在广泛的国际网站测试活动的背景下，已经在南极洲完成。我将集中在现场评估有关天文应用要做的可见光到近红外范围内，即这些范围内的光学湍流代表的扰动元素的图像质量和AO技术的有效工具，以纠正这些波前扰动。

MOSE：光学turbulence和ESO地面站点大气参数业务预报。I：概况和大气参数[0-20]公里垂直分层

MOSE: optical turbulence and atmospherical parameters operational forecast at ESO ground-based sites. I: Overview and atmospherical parameters vertical stratification on [0-20] km

我们介绍了MOSE项目的概况（MOdeling ESO Sites），旨在验证经典大气参数预报的可行性（风速、强度和风向、温度、相对湿度）和光学湍流OT（CN2廓线和从CN2得出的最相关的综合天文气候参数：视宁度、等晕角、波前相干时间）。这项研究的最终结果是调查的机会，实施自动系统，这些参数的预测在这些网站。在本文中，我们提出的结果有关的Meso-Nh模式的能力，在重建垂直分层的大气参数沿地面以上20公里。该模型在重建大部分参数（特别是风速）方面表现出非常令人满意的性能，这使得该调查工具最适合用于天文观测站，以支持AO设施，并计算风速的时间演变和波前相干时间。该解决方案的另一个巨大优点是，可以相对于感兴趣的时间提前（几个小时的数量级）获得这样的估计

迈向不同尺度的业务化光学湍流预报系统

Towards operational optical turbulence forecast systems at different scales

本文将在LBT的ALTA Center中已实现的自回归短时预报方法扩展至VLT台址，覆盖视宁度、波前相干时间、等晕角和地面层比例，证明其在1-2小时尺度上优于持续性预测和基于现场测量的机器学习方法，并计划部署于VLT业务化预报系统。

从GeMS检索的Cn2和风速垂直廓线的可靠性评估

Towards a reliability assessment of the Cn2 and wind speed vertical profiles retrieved from GeMS

新一代自适应光学系统的出现，称为宽视场AO（WFAO），标志着一个新时代的开始。通过使用多个导航星（GS），无论是激光导航星（LGS）或自然导航星（NGS），WFAO显着增加了AO校正图像的视场，以及可以从这种校正中受益的天空部分。在过去几年中，对WFAO的不同类型进行了研究。它们都需要多个GS来执行大气湍流的层析分析。新的WFAO系统的一个基本方面是望远镜上方湍流的时空分布知识。获得这些信息的一种方法是使用WFAO系统本身提供的遥测数据。事实上，已经证明，WFAO系统允许人们推导出主要湍流层中的Cn 2和风廓线（例如，参见Cortes等人，2012年）。这种方法具有明显的优势，提供的信息，湍流分层，有效地影响AO系统，属性更难以尊重独立的垂直廓线。在本文中，我们比较了GeMS的风速廓线与非静力学中尺度大气模式（Meso-NH）的预测。已经证明（Masciadri等人，2013年），事实上，该模型能够提供可靠的风速分布在整个对流层和平流层（高达20 - 25公里）以上的顶级天文网站。与测量的相关性显示是非常令人满意的模型性能进行分析时，从统计的角度来看，以及对个人的夜晚。因此，这样的系统似乎是一个有趣的参考，用于量化的GeMS风速廓线的可靠性。

FAST：一套用于地面望远镜台站天气与光学湍流自动预报的软件套件

FAST: A software suite for automatic weather and optical turbulence forecast on ground-based telescope sites

本文介绍 FAST 软件套件，其自动化整合 Meso-Nh/Astro-Meso-Nh 预报流程，支持 AO 优化与望远镜观测规划，并已在 LBT、VLT 相关项目中成熟应用。

MOSE：光学turbulence和ESO地面站点大气参数业务预报。II：表层大气参数[0-30] m

MOSE: optical turbulence and atmospherical parameters operational forecast at ESO ground-based sites. II: atmospherical parameters in the surface layer [0-30] m

这篇文章是一系列文章的第二篇，旨在证明所有最相关的经典大气参数（风速和风向，温度，相对湿度）和光学湍流（Cn 2和衍生的天文气候参数，如视宁度，等晕角，波前相干时间.）的预测在天文应用中的可行性。这项研究是在MOSE项目的框架内进行的，重点放在两个ESO地面基地Cerro Paranal和Cerro Armazones的上方。本文介绍了Meso-Nh模式重建近地层大气参数（风速、风向和绝对温度，[0-30] m a.g.l.）的能力。对近地层大气各参数的模式重建结果令人满意。对于温度，在所有水平下，RMSE（均方根误差）低于1°C。对于风速，其为~2 m/s，并且对于风向，其在所有水平处处于[38-46°]的范围内，其对应于范围[21-26°]内的RMSE_relative。如果对风向应用滤波器（从计算中丢弃小于3 m/s的风），则风向RMSE在范围[30-41°]内，即RMSE_relative在范围[17-23°]内。对表层大气参数的模式业务预报适用于不同的应用，其中包括：利用提前数小时重建的夜晚开始时的温度对圆顶进行热化;提前知道夜间强风的主要方向，可以使天文学家预测夜间能见度好/差的情况，并相应地规划观测;防止自适应次镜因风速而产生的抖动。