Refractieturbulentie

Refractieturbulentie is een vorm van atmosferische turbulentie die voortkomt uit fluctuaties in temperatuur, vocht en druk in de lucht. Deze inhomogeniteiten veroorzaken lokale variaties in de refractieve index van de lucht. Als elektromagnetische golven, bijvoorbeeld zichtbaar licht of radiogolven, door zo’n veld reizen, ontstaan afwijkingen in fase en amplitude. Hierdoor kunnen stralen buigen, uitgelijnd raken of in intensiteit variëren. Refractieturbulentie onderscheidt zich van kleiner-schaal diffractie-turbulentie, die vooral diffractieve effecten veroorzaakt.

Characterisering: Het patroon van refractieturbulentie wordt vaak beschreven met de refractive-index-structuurparameter Cn^2 en de Kolmogorov-spectra voor turbulente veldvariaties. Grote- en middellange schalen in de troposfeer dragen bij aan refractieve scintillatie en beeldwandering, terwijl kleine schalen diffractie en snelle flaring veroorzaken. De mate van turbulentie hangt af van hoogte, weersomstandigheden en de nabijheid van oppervlakken (bijvoorbeeld zee of land).

Effecten en toepassingen: In de astronomie veroorzaakt refractieturbulentie soms onscherpe beelden en sterrentwinkeling (seeing), terwijl laser- en radiocommunicatie door de atmosfeer scintilleren, waardoor beam-wandering en fluctuaties in signaalsterkte ontstaan. Voorbeelden van toepassingen omvatten astronomische waarnemingen, langeafstand vrije-ruimte optische communicatie en radar-/radioverbindingen.

Mitigatie en meting: Adaptieve optiek en snelle beeldcorrectie (tip-tilt) helpen de optische beelden te verbeteren. Metingen van refractieturbulentie worden uitgevoerd met scintillometers, SCIDAR/SLODAR-methoden, en lidar- of sondetechnieken die Cn^2-profielen leveren.