现有的湍流理论以及湍流对光传输影响的理论都是基于各向同性湍流假定,然而实际湍流大气经常表现出各向异性特征。本文首先建立湍流各向异性模型,利用光传输数值模拟分析各向异性湍流对光传输中的光强和到达角起伏的影响,然后在近地面开展光传输的外场实验,得到如下成果:根据实际近地面层大气湍流的特征,建立一种水平面内延展而在垂直方向压缩的三维谱密度椭球模型描述各向异性湍流,将表征各向异性特征的系数引入Von Karman三维谱。多相屏光传输数值模拟表明,较大尺度上各向异性湍流对光强起伏的影响与各向同性条件下的结果相同。较大尺度上各向异性湍流对到达角起伏的影响与各向同性条件下结果的差别明显,并且在改变各向异性系数时,垂直和水平方向上到达角起伏方差的比值与各向异性系数之间存在清晰的函数关系,文中给出了这种定量关系。通过较长时间连续测量风速、温度等气象要素,得到了测量点处的大气温度层结稳定度参数的日变化特征。同时测量得到了垂直和水平方向到达角起伏方差的比值,发现这一比值和Richardson数之间存在有规律的对应关系:Richardson数为正时,该比值总是大于1,而Richardson数为负时,这一比值在1附近起伏。综合数值模拟和外场实验测量的结果,认为大气湍流的各向异性特征与大气温度层结稳定度之间存在对应关系。温度层结稳定时,湍流大气表现出各向异性特征,而在温度层结不稳定时,湍流大气则表现各向同性。这一结论可以用来指导现有各向同性理论基础上的大气湍流测量和湍流参数反演,并可以通过光学测量判断近地面湍流大气是否表现出明显的各向异性。