【摘 要】
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新疆天文台拟在新疆奇台建设110m口径射电望远镜（QTT）,其将成为世界最大全可动射电望远镜,工作波段为150MHz-115GHz,指向精度要求2.5″。射电望远镜性能要求越高,天线结构设计则越复杂,风载荷对望远镜指向精度的影响也越突出,特别是在高频波段观测。如何在设计时保证天线结构刚强度,在观测时提高望远镜有效观测时间,都需要准确的台址风场特性信息。因此,研究QTT台址风场环境对望远镜观测性能的
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新疆天文台拟在新疆奇台建设110m口径射电望远镜（QTT）,其将成为世界最大全可动射电望远镜,工作波段为150MHz-115GHz,指向精度要求2.5″。射电望远镜性能要求越高,天线结构设计则越复杂,风载荷对望远镜指向精度的影响也越突出,特别是在高频波段观测。如何在设计时保证天线结构刚强度,在观测时提高望远镜有效观测时间,都需要准确的台址风场特性信息。因此,研究QTT台址风场环境对望远镜观测性能的提升具有重要意义和实用价值。本文阐述了风场研究所涉及的大气边界层和数值模拟基础理论,研究了风场数值模拟的地理模型构建、网格划分、边界条件设置、求解参数设置等流程。为了验证数值模拟的准确性,本文结合台址现状提出基于单点测风塔实测数据对数值模拟进行误差评估。仿真结果与实测数据比较,整体趋势吻合,风速均方根误差值（RMSE）均小于1m/s,最小风速RMSE达到0.2m/s。利用实测数据对每月极大风速、日每时极大风速和风向玫瑰图进行了分析;通过数值模拟分析研究了天线位置风速剖面、台址风场流线和台址55m高度风速云图。基于以上分析对天线位置来风进行评估,将测风塔55m高度实测风向玫瑰图作为参照,预测天线位置要比测风塔位置在南北方向上的来风频率少,在东西方向上的来风频率多。对于天线外围抗风设计,认为应主要集中在天线北方向的峡谷口和西南方向的“L”形山体。若从峡谷口先开展抗风工程,其工程量相对较小,处理起来也更容易。随着对QTT望远镜预研的深入,需要在天线附近增加测风塔,为望远镜提供更精确的实时风场数据。由于传统测风塔布置方法无法对测风塔拟设点的可靠性做出定量化评估,本文提出基于数值模拟优化测风塔位置的方法。实施方案基于规范参数设置边界条件,同时简化风场模型。得到的仿真结果与实测数据比较,整体趋势吻合,满足精度需求。在距天线150m的范围初选4个测风塔拟设点,经分析P2点与天线位置的风速RMSE最小,测得的数据更能表征天线区域的风场特性。
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