Forecasting Cloud Cover and Atmospheric Seeing for Astronomical Observing: Application and Evaluation of the Global Forecast System
为了探索利用全球业务模式进行非交互式数值天气预报以辅助天文观测的问题，我们使用Xu-Randall云方案和Trinquet-Vernin AXP视宁模式，利用全球预报系统的全球数值输出，生成3- 72小时的云覆盖和大气视宁预报，并与2008年1月至2009年12月全球不同气候背景地区9个站点的序列观测资料进行了比较。评价结果表明，云量预报的优良率在50%~ 85%之间。云检测的概率估计在~30%到~ 90%左右，而误报率通常是中等的，并且在大多数情况下远低于检测概率。视宁度预报与观测值相比，平均差（绝大多数情况下平均差<0.3”）和均方根误差（RMSE）（绝大多数情况下为0.2”-0.4”）都比较适中。对于几乎所有站点，全大气预报误差小于30%的概率在40%~ 60%之间，自由大气预报误差在40%~ 50%之间，在主要视宁度模式中属于较好的一类。然而，预测误差是相当大的一些特定的网站。进一步分析认为，造成这种误差的主要原因是GFS/AXP模式对近地面和亚千米尺度湍流影响的模拟能力较差。总之，虽然GFS模型预测的质量可能无法与人类参与的预测在这个时刻，我们的研究已经说明了它的适用性基本的观测参考，并提出了它的潜力，以获得更好的性能与额外的努力模型的改进。
2011-01-25 astro-ph.IM physics.ao-ph
Astronomical seeing and ground-layer turbulence in the Canadian High Arctic
我们报告的结果为期两年的运动的测量，在北极冬季黑暗，光学湍流的大气边界层以上的极地环境大气实验室在北部埃尔斯米尔岛（纬度+80度N）。数据表明，在北极的地面层湍流往往是相当弱的，即使在相对较低的海拔610米的这个网站。中位数和第25百分位的地面层看到，在20米的高度，被发现分别为0.57和0.25弧秒。当与0.30角秒的自由大气分量相结合时，该高度的中值和第25百分位总视宁度分别为0.68和0.42角秒。从7米高度看去的平均视宁度估计为0.81弧秒。这些值与最佳高海拔天文台的观测值相当。
2013-05-03 astro-ph.IM
DanceCam: atmospheric turbulence mitigation in wide-field astronomical images with short-exposure video streams
本文提出DanceCam，用模拟数据训练的视频到图像神经网络处理短曝光恒星场图像序列，在多种视宁度下去噪、去湍流并保持通量与天体测量稳定性，显著提升角分辨率。
2024-05-08 astro-ph.IM astro-ph.SR
Atmospheric turbulence profiling with the Multistar Turbulence Monitor
School of Physics and Astronomy, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院）；Yunnan Observatory, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院云南天文台）；Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学物理与天文学系）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；School of Physical Science and Technology, Southwest Jiaotong University（西南交通大学物理科学与技术学院）
本文提出利用多星湍流监视器分析大气湍流剖面，结合理论分析、仪器性能评估、数值模拟和实际观测，验证了该方法在湍流剖面和视宁度监测中的有效性。
2026-05-07 astro-ph.IM
Study of the atmospheric conditions at Cerro Armazones using astronomical data
目的：我们研究了Cerro Armazones附近的可降水量（PWV）的含量，并讨论了我们的技术建模的其他分子层的调查的大地吸收线的潜在用途。该站点被指定为欧洲极大望远镜（E-ELT）和附近的切伦科夫望远镜阵列（CTA）计划站点。研究方法：利用逐线辐射转移模型（LBLRTM）和大地吸收校正工具molecfit对波鸿Echelle光谱观测仪（BESO）的光谱数据进行了研究。对2008年12月至2014年底期间档案中的所有观察结果进行了调查。该数据集完全涵盖了2009-2010年期间记录的厄尔尼诺事件。3D全球数据同化系统（GDAS）的模型用于进一步比较。此外，对于那些天的数据，从一个类似的研究与VLT/X-射手和微波辐射计LHATPRO数据在Cerro Paranal的重合，直接比较。结果如下：该分析表明，即使在考虑到相对于Cerro Paranal而言，使用无线电探空仪发现的平均大气层，由于场地海拔较高，预计PWV会降低，该场地的PWV值也有系统地降低。我们发现GDAS数据并不是预测当地大气条件的合适方法--它们通常系统性地高估了PWV值。由于样本量大，我们还能够描述该地点在天空中的对称性以及随年份和季节的变化。这种研究大气条件的技术被证明是一个有前途的一步，可能成为CTA的监测设备。
2016-01-31 astro-ph.IM
Atmospheric turbulence forecasting with a General Circulation Model for Cerro Paranal
除了视宁度、相干时间和等晕角等天文气象参数外，地球大气湍流强度和速度的垂直分布对仪器设计、性能验证和监测以及观测计划和管理也很重要。在这里，我们比较这些天文气象参数，以及垂直剖面本身的预测模型的基础上的大气环流模型，从欧洲中距天气预报中心和立体SCIDAR，一个高灵敏度的湍流廓线仪器在帕拉纳尔，智利定期运行。该模型处理速度快，因为不需要执行空间嵌套或数据操作。这种速度使模型能够根据最新的预测做出反应。我们发现，该模型与立体SCIDAR的测量结果在统计上是一致的。来自模型和测量的中值湍流廓线的相关性为0.98。我们还发现，天体气象参数的分布是一致的。我们比较了同时期的测量结果，发现自由大气视宁度、等晕角和相干时间的相关值分别为0.64、0.40和0.63。我们展示并比较了大量试验夜晚的轮廓序列。我们看到，该模型能够预测主要特征的演变。除了智能调度，确保最敏感的天文观测被安排在最佳时间，该模型可以使用大量的天气预报档案来实现远程站点特征化，并可用于优化宽场AO系统的性能。
2018-09-21 astro-ph.IM
Evaluation of filtering techniques to increase the reliability of meteo forecasts for ground-based telescopes
在这篇文章中，我们评估了滤波技术在提高地面望远镜光学湍流和大气参数预测精度方面的影响。这些技术利用望远镜传感器和仪器不断提供的数据来改进实时预报的性能，这对望远镜的运行有影响。在以前的工作中，我们已经展示了中尺度高频预报（中-NH和Astro-Meso-Nh模型）如何能够对不同的大气参数和光学湍流进行可靠的预测。中尺度预报在全球模式上的优势在于更好地实现物理大气过程，包括湍流，并产生具有更大空间分辨率（高达100米或更高）的输出。利用望远镜实时传感器数据的过滤技术可能有助于消除对短期中尺度预报产生影响的潜在偏差和趋势，因此可能提高最终输出的准确性。考虑到目前和未来顶级望远镜装置的复杂性和成本，对未来观测条件的预测的每一次改进肯定将有助于更好地分配观测时间，特别是在共享模式操作中，并且肯定将在中长期内使科学界受益。
2019-02-21 astro-ph.IM
Site testing at astronomical sites: seeing evaluation from satellite based data
我们首次提出了一种利用GOES 12卫星的红外夜间数据进行远程探测来估计视宁度的新方法。我们讨论的地面数据和卫星衍生值之间的相关性，从位于塞罗Paranal（智利）和罗克德洛斯Muchachos（加那利群岛，西班牙）的网站的分析。我们得到了大约90%的地面-卫星相关百分比。最后，研究下午和第二天晚上的数据之间的相关性，我们能够提供一个光度夜间质量的预测。
2011-12-15 astro-ph.IM
Optical turbulence forecast over short timescales using machine learning techniques
地面天文学中光学湍流和大气参数的预报已成为各大天文望远镜规划和光学仪器优化的重要目标。这种详细而准确的预报通常是用数值大气模式进行的。最近，作为旨在提高预报准确性的战略的一部分，还使用基于自回归方法的技术提供短期预报（提前几小时）（ALTA项目）。事实证明，这种技术能够达到前所未有的性能。这种短期预测利用了数值模式预测和实时观测。近年来，机器学习（ML）技术也开始用于提供大气和湍流预报。然而，初步的结果表明，准确性并不真正具有竞争力的自回归方法，甚至预测的持久性。该技术可与大气模式联合应用。因此，研究它们的性能和特性的主要特征是很有趣的（也因为有大量的算法可能是可访问的），以了解到目前为止所取得的结果是否可以使用ML进一步改进。在这项研究中，我们专注于一个纯粹的机器学习应用程序，以短期预测（1-2小时）的天体气候和其他大气参数以上的VLT。
2022-10-20 astro-ph.IM physics.ao-ph
Forecasting surface layer atmospheric parameters at the LBT site
在本文中，我们量化的大双筒望远镜（LBT）网站上实现的自动天气预报系统的性能。格雷厄姆（亚利桑那州）在预测接近地面的主要大气参数。该系统采用中尺度非静力数值模式（Meso-Nh）。为了验证该模型，我们比较的预测风速，风向，温度和相对湿度接近地面的测量仪器安装在望远镜圆顶的相应值。这项研究是在一个大样本的夜晚均匀分布在两年。使用经典统计算子（偏倚、RMSE和$σ$）和列联表进行定量分析，允许提取补充关键信息，例如正确检测百分比（PC）和在定义的值区间（POD）内获得正确检测的概率。研究结果表明，该模式对上述大气参数的预报效果很好，在某些情况下甚至是极好的：温度的RMSE小于1° C，相对湿度为14%，风速约为2.5m/s。根据风速条件，风向的RMSE的相对误差在9%到17%之间变化。这项工作是在ALTA（高级LBT湍流和大气）中心项目的背景下进行的，该项目的最终目标是提供所有大气参数和光学湍流的预测，以支持LBT观测，自适应光学设施和干涉测量设施。
2017-01-25 astro-ph.IM physics.ao-ph
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。
2024-12-06 astro-ph.IM
Characterization of LBT atmospheric and turbulence conditions in the context of ALTA project
ALTA项目自2016年以来一直活跃，在LBT观测站提供大气参数的预报，如温度，风速和风向，相对湿度和可降水量，以及光学湍流参数，如视宁度，波前相干时间和等晕角，最终目标是支持LBT的夜间科学运行。除了预报之外，ALTA多年来一直在收集有关大气条件的统计数据，这些数据可用于绘制位于亚利桑那州格雷厄姆山顶部的望远镜站点气候学的非常准确的特征。这种表征可以用于预测模型的优化和校准，并作为模型验证的参考。这些参数的气候学被认为是ALTA的进一步输出，将随着时间的推移在网站上更新，它将能够在短期和长期尺度上显示趋势。在这方面的贡献，我们提出了一个气候学的描述，所有的大气参数相关的地基天文学，以提供科学界的观测条件LBT一个强大的参考。这项研究是利用DIMM和大气传感器几年来提供的现场测量结果进行的，并在望远镜遥测数据中提供。
2022-10-20 astro-ph.IM
The development of an optical design tool for atmospheric dispersion correction
在地面天文观测中，由于大气的折射率随波长变化，大气色散会使物体在不同波长下的图像发生偏移。因此，必须使用大气色散校正器（ADC），以避免任何波长相关损耗。对于高分辨率天文仪器，典型的ADC配置是两个反向旋转的棱镜，一组至少四个棱镜配对在一起。随着具有更高角放大率的大型望远镜和具有更高分辨率的摄谱仪的到来，由于对所产生的科学（例如径向速度精度）的影响，对色散校正的要求变得更加关键。我们开发了一个ADC光学设计工具，以便在残差、透射率、图像质量、菲涅尔损耗方面选择最佳的眼镜，同时考虑到ADC工作所需的光谱范围和典型大气条件。演示的工具的能力与不同的熔融数据的影响分析，不同的玻璃Sellmeier系数之间的目录和测量的效果，可以创建一个差异的残差超过几十毫弧秒（mas）。该工具允许对ADC设计阶段的关键步骤进行研究，并加快玻璃选择过程，这对于未来仪器/望远镜的更高要求至关重要。
2019-10-08 astro-ph.IM
Forecast of surface layer meteorological parameters at Cerro Paranal with a mesoscale atmospherical model
本文的目的是证明所有最相关的经典大气参数的天文应用（风速和风向，温度）以上的ESO的Cerro Paranal的地面基地网站与中尺度大气模型称为Meso-Nh的预测的可行性。在前人的文章中，我们初步讨论了模式在重建0-30~m近地层大气参数时的性能，研究了20个夜晚统计样本的偏差和RMSE。结果非常令人鼓舞，因此似乎必须在更丰富的统计样本上证实这样一个良好的结果。本文将研究扩展到2007年至2011年期间分布在太阳年不同部分的129个夜晚的总样本。这一大样本使我们的分析在模型性能方面更加稳健和明确，并使我们能够确认模型的优异性能。此外，我们提出了一个独立的分析模型的性能使用列联表的方法。这样的方法使我们能够提供补充的关键信息方面的偏见和RMSE特别有用的业务实施的预测系统。
2015-04-07 astro-ph.IM physics.ao-ph
Super-resolution-enabled atmospheric tomography for astronomical multi-wavefront-sensor adaptive-optics systems
本文提出通过超分辨率增强层析成像技术，提升天文自适应光学系统性能，并展示其在大型望远镜中的广泛应用。
2025-12-19 astro-ph.IM
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
2013-09-26 astro-ph.IM physics.ao-ph physics.data-an
An atmospheric radiation model for Cerro Paranal. I. The optical spectral range
地球大气层影响地面天文观测。散射、吸收和辐射过程使接收到的数据的信噪比恶化。因此，对于安排天文观测，重要的是准确地估计地球大气对观测通量的波长依赖效应。为了提高位于Cerro Paranal的欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）曝光时间计算器的准确性，作为奥地利ESO实物捐助的一部分，开发了一个大气模型。它包括所有相关的组成部分，如散射月光，散射星光，黄道光，大气热辐射和吸收，以及非热气辉发射。本文重点介绍大气散射过程，主要影响蓝色（< 0.55妈妈）波长制度，气辉发射线和连续占主导地位的红色（> 0.55妈妈）波长制度。前者主要通过辐射转移模型进行研究，而后者的强度和可变性则通过1186个VLT FORS 1光谱样本进行研究。对于一组参数，如物体的高度角，月球物体的角距离，黄道纬度，双月周期，太阳射电通量，我们的模型预测大气辐射和传输在要求的分辨率。我们的模型与FORS 1光谱和光度数据的夜空亮度从文献中的比较，提出了一个模型的精度约为20%。这是一个显着的改进，相对于现有的预测大气模型的天文曝光时间计算器。
2012-05-09 astro-ph.IM physics.ao-ph
Atmospheric considerations for the CTA site search
切伦科夫望远镜阵列（CTA）将成为下一个高能伽马射线天文台。由于必须考虑几个因素，每个半球一个的位置选择并不明显。其中，可能是最关键的，是大气条件。自2012年7月以来，现场工作组在所有候选现场部署了自动地面仪器。由于从地面数据中获得的时间跨度有限，长期天气预报模型成为场地表征的必要工具。然后，通过将模型与ATMOSCOPE测量值进行比较来验证模型是至关重要的。我们将描述场地评估的数据来源（大气观测仪、天气预报模型和卫星数据）以及如何使用和组合这些数据。
2014-03-20 astro-ph.IM
The GRAVITY fringe tracker: correlation between optical path residuals and atmospheric parameters
经过第一年的观测与重力条纹跟踪器，我们计算的光路残差和大气和天文参数之间的相关性。光路残差的中值残差在AT上为180 nm，在UT上为270 nm。对于AT上低于5.5的Kmag（UT上为9），残差与目标幅度不相关。然而，与相干时间的相关性非常清楚，条纹跟踪性能的下降低于3 ms。
2018-06-28 astro-ph.IM
Correlation between the phase and the log-amplitude of a wave through the vertical atmospheric propagation
本文给出了通过大气湍流传播的波前的对数振幅与相位之间的相关性表达式。这些表达式是有用的，以评估所提出的方法的可行性，以增加微弱的瞬态天体的检测的置信度。利用通常的合成湍流廓线讨论了导出的角关联函数的性质。相位和对数振幅之间的密切关系允许Rytov近似的解析公式。方程包含任意数量的超几何函数的乘积，这些超几何函数使用梅林变换积分方法进行计算。
2015-04-01 astro-ph.IM
Precise Astronomical Flux Calibration and its Impact on Studying the Nature of Dark Energy
对Ia型超新星光度与红移的测量为宇宙加速膨胀和暗能量的存在提供了原始证据。尽管调查方法有了很大的改进，但通量校准中的系统不确定性在这项技术的误差预算中占主导地位，超过了统计和其他系统不确定性。因此，任何进一步收集的Ia型超新星数据将无法完善的限制性质的暗能量，除非我们也提高了艺术水平的天文流量校准的数量级为1%。我们描述了这些系统误差是如何从仪器灵敏度、大气传输和银河系消光的校准中产生的，并讨论了正在进行的努力，以满足1%的精度挑战，使用白矮星作为天体标准，精密校准的探测器作为基本的计量标准，以及实时大气监测。
2016-01-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
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。
2023-08-07 astro-ph.IM
PSF nowcast using PASSATA simulations -- Towards a PSF forecast
表征自适应光学仪器的点扩展函数对于仪器设计和观测规划/优化都是至关重要的。模拟软件，如PASSATA，已成功地用于仪器设计中的PSF表征，其利用标准化的大气湍流轮廓来产生代表典型仪器性能的PSF。在这篇文章中，我们研究了使用这种工具的可行性临近预报应用（目前的时间预测），如在实际观测的天空测量PSF的特性。具体来说，我们将分析的性能的仿真软件在表征两个不同的国家的实时PSF的最先进的SCAO自适应光学仪器：灵魂在LBT，和SAXO在VLT。这项研究将利用天空测量的大气湍流，并将模拟结果与实际观测中从仪器遥测中检索的测量PSF优值（即FHWM和Strehl比率）进行比较。在这个阶段，我们的主要目标是量化的AO模拟的不确定性水平，在再现真实的天空观察到的PSF与端到端的代码（PASSATA）。在后续阶段，我们打算使用更快的分析代码（TIPTOP）。这项工作是一项更广泛研究的一部分，该研究旨在利用模拟工具结合每晚进行的大气湍流预报，提前预报PSF，并支持地面望远镜设施的科学运作。因此，“PSF预测”选项可能会添加到ALTA中心或即将在ESO实施的业务预测系统中。
2022-10-20 astro-ph.IM
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。
2009-12-21 astro-ph.IM physics.ao-ph
Forecasts of the atmospherical parameters close to the ground at the LBT site in the context of the ALTA project
在本文中，我们研究的能力，大气中尺度模式预测的经典大气参数天文应用在地面层（风速，风向，温度，相对湿度）的大型双目望远镜（LBT）网站-格雷厄姆山，亚利桑那州。该研究是在ALTA项目的框架内进行的，旨在实现一个自动化系统，用于LBT服务模式操作的大气参数（Meso-Nh代码）和光学湍流（Astro-Meso-Nh代码）的预测。这种操作工具的最终目标是提供大气和光学参数的高时间频率的预测，用于望远镜操作的优化规划（圆顶热化、风依赖圆顶定向、基于预测视宁度的观测规划、自适应光学优化等）。数值模拟进行了Meso-Nh和Astro-Meso-Nh代码，这被证明是给优秀的结果，在以前的研究集中在两个ESO网站的Cerro Paranal和Cerro Armazones（MOSE项目）。在本文中，我们将把我们的注意力集中在比较的大气参数预测的模式接近地面的观测仪器和存储在LBT遥测，以验证数值预报的测量。如先前对Cerro Paranal所做的（Lascaux等人，2015），我们还将提出基于列联表方法的模型性能分析，这使我们能够提供关于偏差和RMSE（系统和统计误差）的补充关键信息，例如正确检测的百分比和在定义的值区间内获得正确检测的概率。
2016-09-01 astro-ph.IM physics.ao-ph
maria goes NIFTy: Gaussian Process-Based Reconstruction and Denoising of Simulated (Sub-)Millimetre Single-Dish Telescope Data
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Excellence Cluster ORIGINS（ORIGINS卓越集群）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）；Yale University（耶鲁大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)（空间科学研究所（ICE，CSIC））
本文提出基于NIFTy的高斯过程方法，用于重建和分离亚毫米波单盘望远镜数据中的天体信号与大气噪声，提升天空重建精度。
2026-03-27 astro-ph.IM
High accuracy short-term PWV operational forecast at the VLT and perspectives for sky background forecast
在本文中，我们提出了第一次获得的结果，通过应用自回归（AR）技术的可降水量（PWV）。这项研究是在甚大望远镜上进行的。最近提出的AR技术，以提供在短时间尺度（几个小时）的大气和天体气候参数的预测，实现更好的性能与“标准预报”提供下午早些时候为未来的夜晚。AR方法使用感兴趣的参数的实时测量来改进用大气模型进行的预报。我们在这里使用LHATPRO提供的测量，一个辐射计连续测量VLT的PWV。当比较1小时的AR预测与标准预测时，我们观察到预测准确性方面的增益因子为$\sim$ 8（即$\sim$ 800%）。在PWV $\leq$ 1毫米范围内，这对红外天文应用极为关键，预测的均方根误差仅为百分之几毫米（0.04毫米）。因此，我们证明，AR技术提供了一个重要的好处VLT科学操作的所有仪器敏感的PWV。此外，我们还展示了这种预测PWV的能力如何也可以用于预测红外范围内的天空背景（对METIS非常有吸引力）。我们通过将这种方法应用于由ESO和突破计划支持的NEAR项目（阿尔法岑地区的新地球）来量化这种能力。
2020-07-23 astro-ph.IM
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。
2013-09-26 astro-ph.IM physics.ao-ph physics.data-an
Operational forecast of the PSF figures of merit
利用由自适应光学支持的仪器进行的科学观测的优化和调度可以极大地受益于PSF优值（FWHM、Strehl比、包围能量和对比度）的预测，其取决于AO仪器、科学目标和观测夜间的湍流条件。在这篇文章中，我们探讨了预测一些最有用的PSF品质因数（SR和FWHM）的可能性。为了实现这一目标，我们使用中尺度大气模型Astro-Meso-NH在短时间尺度上预测的光学湍流作为为特定AO仪器开发和定制的PSF模拟软件的输入。将通过将结果与使用SCAO系统SOUL（FLAO升级版）在LBT和SAXO（极端SCAO系统在VLT为高分辨率SPHERE仪器供电）上为相机LUCI供电的特定目标获得的天空测量PSF优值进行比较来进行初步验证。该研究将为在现有的大气业务预报系统（湍流和大气参数）的基础上实现这样一个优值的业务预报铺平道路。在这方面的贡献，我们把注意力集中在预测的PSF轴上。
2020-12-14 astro-ph.IM
Neutrino Telescope Array Letter of Intent: A Large Array of High Resolution Imaging Atmospheric Cherenkov and Fluorescence Detectors for Survey of Air-showers from Cosmic Tau Neutrinos in the PeV-EeV Energy Range
本意向书（LoI）描述了中微子望远镜阵列（NTA）项目的大纲和计划。高能中微子为强子加速提供了独特而无可争辩的证据。最近，冰立方已经报道了超过预期的来自大气秒的天文中微子候选者，但受到水切伦科夫探测方法的限制。下一代高能中微子望远镜应该能够为宇宙高能中微子建立无可争辩的证据。它不仅应该有数量级的更大的灵敏度，而且还应该有足够的指向精度来探测已知或未知的天文物体，而不会受到大气层的影响。拟议的装置是一个大型阵列的成像大气切伦科夫和荧光探测器的复眼站，具有宽视场和精细的观测能力，从PeV-EeV能量范围的宇宙τ中微子的空气簇射。这套先进的光学复杂系统主要是在全天空巡天高分辨率空气簇射探测器（Ashra）的基础上发展起来的，并采用τ簇射掠地方法对PeV-EeV τ中微子进行巡天。在标准GRB中微子注量的条件下，它可以对PeV-EeV τ中微子进行宽（30 ° x 360 °）和深（~400 Mpc）的巡天观测，而且在基本无背景的条件下，它的指向精度优于0.2 °。通过在宽视场中对掠地τ阵雨进行先进成像，我们的目标是明确发现和识别天文τ中微子源，为天体物理强子模型提供不可逃避的证据，以加速和/或在精确确定的方向上传播极高能量的质子。
2015-07-22 astro-ph.IM hep-ex
Disentangling stellar atmospheric parameters in astronomical spectra using Generative Adversarial Neural Networks
Universidade da Coruña (UDC)（拉科鲁尼亚大学）；Universidad de Guadalajara（瓜达拉哈拉大学）
本研究提出基于生成对抗网络的方法，通过潜在空间解缠恒星光谱中的物理和化学参数，利用自编码器和判别器实现对抗训练，在Gaia RVS数据上验证了高精度和维度缩减的优势。
2025-01-20 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Generation of realistic input parameters for simulating atmospheric point-spread functions at astronomical observatories
本文利用天气预报模型生成高度相关的风场和湍流参数，模拟了Vera C. Rubin天文台的大气点扩散函数，并定量预测了其两点相关函数的各向异性特征。
2024-03-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Galway Astronomical Stokes Polarimeter: An All-Stokes Optical Polarimeter with Ultra-High Time Resolution
许多天文物体发出偏振光，这可以提供有关其源机制和源区域（散射）几何形状的信息。到目前为止（大部分）只有线性偏振的成分的排放已被观察到恒星源。由于仪器方面的考虑，观测一直局限于观测条件良好的时期，以及稳定的、缓慢的或随时间变化的源。这就使得一系列有趣的物体超出了目前的观测范围。戈尔韦天文斯托克斯偏振计（GASP）的开发使我们能够对这些源进行观测。GASP在400- 800 nm的宽波长范围内同时测量斯托克斯矢量的四个分量。在给定合适的检测器和明亮的光源的情况下，具有微秒级的时间分辨率-这是可能的，因为光学设计不包含移动或调制组件。GASP的初步设计，我们包括一些初步的观测结果表明，斯托克斯矢量的成分可以测量到<1%的条件下，大气稳定性差。解决了效率和稳定性问题。合适的天文目标，要求GASP的独特性能的分析，也提出了。
2013-05-29 astro-ph.IM
The atmospheric extinction curve at Lenghu site
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
利用专用光谱望远镜在2024-2026年间对A0型星进行低分辨率观测，测量冷湖站点400-800 nm波段的消光曲线，并与Mauna Kea和Cerro Paranal对比。
2026-06-18 astro-ph.IM
Local monitoring of atmospheric transparency from the NASA MERRA-2 global assimilation system
地基天文学必须校正大气透明度及其变化对天文观测的影响，目前几个天文台的目标是实现对大气传输的低于百分之一的监测。一个很有希望的办法是，根据可用性和质量，将观测的内部校准与各种外部气象数据来源结合起来。在本文中，我们调查使用美国宇航局现代时代的回顾性分析研究和应用，版本2（MERRA-2），这是一个大气环流模型（GCM）和数据同化系统，使免费提供给任何给定的网站，在任何时候，所有的参数约束大气传输。本文介绍了在夏威夷莫纳克亚山和智利托洛洛山国际天文台这两个观测站提取光学天文学相关大气参数的方法。给出了近8年来臭氧、可降水量和气溶胶光学厚度的时间变化（年、夜和小时）以及空间梯度，并分析了它们对大气透明度的影响。
2019-10-07 astro-ph.IM
Establishing baseline model performances for optical turbulence forecasting
INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所阿切尔西天文台）；ADONI: ADaptive Optics National laboratory of INAF（意大利国家天体物理研究所自适应光学国家实验室）；Large Binocular Telescope（大型双筒望远镜）
本文针对光学湍流预测难题，通过将两种基线方法应用于相关数据集，计算天文气候和大气参数阈值，探讨其性能受观测站点、参数、时间尺度和预测类型影响，指出绝对量化OT预测性能无意义。
2026-07-16 astro-ph.IM
Production of Phase Screens for Simulation of Atmospheric Turbulence
在实验室中模拟大气湍流的能力是测试和开发天文自适应光学技术的关键部分。我们报告的技术发展，用于创建相位板，其中涉及到透明的丙烯酸涂料到透明基板上的战略应用。这些板的干涉表征的结果进行了描述和比较Kolmogorov统计。到目前为止，达到的r 0（弗里德参数）的范围是0.2 - 1.2 mm，符合柯尔莫哥洛夫幂律。这些相位板已被加州大学圣克鲁兹分校的自适应光学实验室成功地用于多共轭自适应光学测试平台，作为Villages（可见光激光导星实验）校准系统的一部分，并在Gemini行星成像仪的集成和测试过程中使用。该方法已被证明是一种有效的和低成本的手段来模拟湍流。我们现在正在向AO社区的其他成员分发盘子。
2012-09-21 astro-ph.IM
Forecasting ground-based sensitivity to the Rayleigh scattering of the CMB in the presence of astrophysical foregrounds
在复合过程中产生的中性氢的宇宙微波背景（CMB）光子的瑞利散射有效地产生了一个额外的散射表面，复合后编码新的宇宙学信息，包括宇宙的膨胀和电离历史。首次探测到瑞利散射是下一代CMB实验的一个诱人目标。我们已经开发了一个瑞利散射预测管道，包括仪器效应、大气噪声和天体物理前景（例如，银河尘埃，宇宙红外背景，或CIB，和热Sunyaev-Zel'dovich效应）。我们预测了瑞利散射探测对即将到来的几个地基实验的意义，包括SPT-3G+，西蒙斯天文台，CCAT-prime和CMB-S4，并研究了大气和天体物理前景的限制以及潜在的缓解策略。当结合普朗克数据，我们估计，地面实验将检测到瑞利散射的显着性之间的1.6和3.7，主要是由大气噪声和CIB的限制。
2022-05-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Filtering techniques to enhance optical turbulence forecast performances at short time scales
在自适应光学（AO）技术支持下的地面天文设施的管理效率依赖于我们对光学湍流（OT）和一组相关大气参数的预报能力。事实上，尽管AO目前能够实现优异的波前校正水平（H波段的Strehl比率高达90%），但其性能强烈依赖于大气条件。提前知道湍流条件允许AO使用的优化。它已经被证明是可能的，提供可靠的预报的光学湍流（CN2廓线和综合天文气候参数，如视宁度，等晕角，波前相干时间，.）第二天晚上在本文中，我们证明了它是可能的，以提高预测性能在较短的时间尺度（一个或两个小时的顺序）与一致的增益（顺序为2至8）使用过滤技术。这使我们能够实现以前从未获得过的预测精度，并达到天文应用的一个基本里程碑。一个或两个小时的时间尺度是有效管理天文台支持的地面望远镜的最关键的时间尺度。因此，这里显示的结果为该领域的一场重要革命打开了大门。我们实现了这种方法的业务预测系统的大型双目望远镜，名为ALTA中心，这是在我们所知的，第一个业务系统提供预测的湍流和大气参数在短时间尺度，以支持科学操作。
2020-02-28 astro-ph.IM physics.ao-ph
Forecasting water vapour above the sites of ESO's Very Large Telescope (VLT) and the Large Binocular Telescope (LBT)
大气中的水蒸气是红外和亚毫米波段大气不透明度的主要来源，其数值在地面望远镜上使用这些波长的仪器进行观测时起着关键作用。利用Cerro Paranal的VLT成像仪和中红外光谱仪以及Graham山的大型双目望远镜干涉仪等仪器安排科学观测方案，肯定会受益于预测大气水蒸气含量的能力。在这方面的贡献，我们提出了一项研究，旨在验证性能的非静力中尺度Meso-NH模式可靠地预测上述两个网站的可降水量（PWV）。对于VLT的情况下，我们使用，作为参考，测量完成的低湿度和温度廓线辐射计（LHATPRO），因为几年来，是在VLT例行操作。LHATPRO已在先前的研究中得到广泛验证。我们获得了良好的性能与此模型进行预测，包括极低的PWV值（<= 1毫米）。对于LBTI的情况下，我们比较一个太阳年的预测与卫星估计再次获得一个很好的协议中-NH模型。这项研究代表了进一步验证ALTA中心的大气参数预报输出，ALTA中心是一个业务和自动预报系统，旨在支持LBT和LBTI的观测。
2018-09-28 astro-ph.IM physics.ao-ph
The Effects of Bandpass Variations on Foreground Removal Forecasts for Future CMB Experiments
用于研究宇宙微波背景的仪器的频带增益和中心频率随时间和系统的变化是数据到地图分析管道中的重要因素。如果没有适当的特征，它们可能会限制下一代实验消除天体物理前景污染的能力。不确定性包括仪器探测器波段，它可以在焦平面上系统地改变，以及用于测量波段的仪器的校准。一个潜在的主要影响是大气波动引起的随时间变化的增益和频带不确定性。更具体地说，大气条件的变化导致大气传输的频率相关变化，这反过来又导致仪器带通的有效增益和中心频率的变化。使用大气建模软件和ACTPol带通，我们模拟的预期变化的频带增益和中心频率为20，40，90，150和240 GHz频段的可降水量的水蒸气，观测角度和地面温度的函数。结合这些影响，使我们能够在一个完整的观测季节的过程中，在波段增益和中心频率的预期不确定性的最大和最小限制。然后，我们将不确定性引入到模拟CMB图上的参数最大似然分量分离方法中，以预测前景去除性能和张量标量比r上的似然性。我们的结论是，测量$σ(r=0)$ ~ $10^{-3}$与控制下的恢复$r$的偏差，相对增益和带通的中心频率的不确定度的限制必须分别<2%和<1%。我们还评论自校准带通不确定性的可能性。
2018-03-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optical Intensity Interferometry through Atmospheric Turbulence
传统的地面天文观测由于受到大气湍流的影响而产生图像失真。通过选择适当的地理位置或采用自适应光学技术，可以将这种情况减少到最低限度，而通过使用大气层外的轨道平台，则可以完全避免这种情况。光强度干涉测量法的一个优点是不受大气引起的相位起伏的影响。通过对太阳光进行窄带光谱滤波和使用主动猝灭雪崩光子探测器（APD）进行时间强度干涉测量，直接测量太阳$g^{(2)}(τ)$特征。我们观察到一个平均光子聚束信号的$g^{(2)}(τ) = 1.693 \pm 0.003$从太阳，持续一整天，尽管波动的天气条件，云层覆盖和仰角。这证明了强度干涉测量技术对大气湍流和光机械不稳定性的鲁棒性，以及实现具有大基线和长积分时间的测量方案的可行性。
2015-12-29 astro-ph.IM quant-ph
Starlight coupling through atmospheric turbulence into few-mode fibers and photonic lanterns in the presence of partial adaptive optics correction
被大气湍流破坏的星光不能有效地耦合到基于集成光学的天文仪器中，因为它们需要高空间相干性的光耦合到它们的单模波导中。低阶自适应光学与光子灯笼的结合提供了一种实用的方法来实现有效耦合到多路复用的天文光子器件。我们调查，辅助模拟和实验测试平台，之间的权衡自由度的自适应光学系统和那些的集成光学元件的输入波导导致一个具有成本效益的混合系统，实现了信噪比高于一个独立的设备由单模光纤馈送。
2020-11-26 astro-ph.IM physics.optics
Atmospheric optical-turbulence at Roque de los Muchachos Observatory: database and recalibration of the generalized-SCIDAR data
我们提出了迄今为止最大的数据库的大气光学湍流配置文件（197035个人CN2（h））的天文网站，罗克德洛斯Muchachos天文台（西班牙拉帕尔马）。该C2（h）数据库是通过2004年2月至2009年8月1米Jacobus Kapteyn望远镜的广义SCIDAR观测获得的，获得了211个夜晚的有用数据。分析了在不同观测配置下，广义SCIDAR数据处理过程中引起的湍流强度高估问题。所有单独的C2（h）都经过重新校准，以补偿以下数据处理过程中引入的误差（Avila & Cuevas 2009）。通过对比标定前后的轮廓结果，分析了标定对自适应光学相关参数计算的影响。
2011-06-14 astro-ph.IM physics.ao-ph
New achievements in optical turbulence forecast systems in operational mode
在这篇文章中，我们介绍了我们在一个长期计划的背景下获得的最新进展，我们从几年前开始实施业务预报系统：（a）在AO系统的协助下，在顶级地面望远镜上，以支持夜间和白天观测科学计划的灵活调度;（b）在地面站上，以支持自由空间光通信。在AO 4 ELT 6：1会议上讨论并提出了两个主题。ALTA是一个业务预报系统，用于OT和影响为LBT设想的天文地面观测的所有关键大气参数。它自2016年以来一直在不断发展，以满足LBT AO（SOUL，SHARK-NIR，SHARK-VIS，LINC-NIRVANA，......）协助的仪器的必要性/要求。在这方面的贡献，我们提出了一个新的实施版本的ALTA，由于自回归方法，利用数值预报和实时OT测量采取原位，可以获得模型性能（大气和天文气候参数的预测）以前从未实现的时间尺度上的顺序为几个小时。2.我们将通过澄清一些基本概念和纠正最近在文献中流传的一些错误信息，来了解中尺度和大气环流模式（GCM）进行的光学湍流预报之间的主要差异。
2020-04-16 astro-ph.IM physics.ao-ph
Astronomical Image Quality Prediction based on Environmental and Telescope Operating Conditions
智能调度在地面天文观测站进行的科学曝光序列是非常具有挑战性的。观测时间已超额预定，大气条件不断变化。我们建议使用机器学习来指导天文台的调度。利用加拿大-法国-夏威夷望远镜记录的15年曝光，环境和操作条件档案，我们构建了一个概率数据驱动模型，可以准确预测图像质量。我们证明，通过优化12个通风口的打开和关闭放置在圆顶的望远镜，我们可以减少圆顶引起的湍流和提高望远镜的图像质量（0.05-0.2弧秒）。这意味着$\sim 10-15\%$的暴露时间（因此成本）减少。我们的研究是对当前和下一代望远镜数百万美元操作进行基于数据的优化的第一步。
2020-11-05 astro-ph.GA astro-ph.IM
Atmospheric Dispersion Measurement at Hanle Site
针对大气色散影响地面光谱观测的问题，本文首次在汉勒站点利用喜马拉雅暗弱天体光谱仪直接测量了400-700纳米波长范围内的大气色散，并与模型值比较，为NLOT设计色散校正器提供实测依据。
2025-10-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
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。
2010-01-04 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.ao-ph
