研究快讯：利用ERA5再分析数据揭示稻城天文台址优异的大气湍流特性与视宁度预测

    近日，西南交通大学天体物理中心联合中国科学院云南天文台、中山大学、青海大学合作完成的一项研究，被国际权威天文期刊《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》（IF=4.8，JCR天文与天体物理学科Q1分区）接收并出版。该研究基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA5高分辨率再分析数据，首次系统的揭示了四川省稻城天文台址（东经100°05′，北纬29°08′，海拔4700米）2014–2024年间温度、风速与光学湍流的垂直分布特征以及相关参数的统计，并建立了融合ARIMA与Holt-Winters的集成预测模型，实现对2025年视宁度的预测。

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   大气湍流是限制地基望远镜成像质量的关键因素，直接影响自适应光学系统的设计与观测质量。稻城天文台址位于青藏高原东南缘，地处香格里拉核心区，拥有典型的高原地貌。该站点地势开阔、大气透明度高、气象条件稳定，PM2.5浓度低，目前已建设或正在建设的有高海拔宇宙线观测站（LHAASO）、圆环阵太阳射电成像望远镜（DART）及2.5米大视场高分辨率太阳望远镜（WeHoST）等重大科学设施，是我国极具发展潜力的中低纬度天文观测基地。

   研究团队采用物理参数化方案，基于ERA5数据多个气压层的大气数据反演了温度、风速廓线（经纬度方向和垂直方向）与大气折射率结构常数的垂直分布，并计算了大气相干长度、视宁度、等晕角和波前相干时间等关键参数。结果表明：稻城台址在对流层顶高度稳定；夏季（6–9月）200 hPa风速中值低于20 m s-1 ，大气条件极为宁静；视宁度中值达0.72″，夏季r0持续高于20 cm，显著优于春冬季。

   为实现视宁度的业务化预报，研究构建了ARIMA与Holt-Winters相结合的视宁度时间序列模型。预测显示，2025年稻城站视宁度呈现显著季节周期，季节强度系数达0.771，说明季节因素解释了约77%的非随机变化。该模型为台址观测调度、自适应光学系统优化及未来望远镜运行策略提供了可靠的数据支持。

   本研究首次从气象数据的角度系统的刻画了稻城台址大气湍流剖面与其他参数的季节演化规律，建立了适用于该站点的视宁度预测框架，为我国重大天文设施（如2.5m WeHoST）等望远镜的观测规划与自适应光学设计提供了关键科学依据。为天文台址实现视宁度的长期预测与观测质量优化提供参考。