تئوری تلاطم با مدل های مختلفی ارائه شده است که مدل تلاطمی کلموگروف رایج ترین آن هاست. همه ی مدل های تلاطمی از جمله مدل کلموگروف بر پایه ی همگن و همسانگرد بودن تلاطم استوارند. مطالعه ی تلاطم جوی با توجه به نقش آن در بسیاری از حوزه های سنجش و ارتباطات حائز اهمیت است. در عبور نور از لایه های جو به صورت عمودی این فرضیات اعتبار بالایی دارند. با این وجود، در انتشار باریکه ی نوری از میان جو در مسیرهای افقی بخصوص در لایه های نزدیک سطح زمین با عنایت به وجود گرادیان های دمایی متغیر و همچنین از میان محیط های متلاطم همرفتیِ آزمایشگاهی مشابه، انتظار می رود فرضیات فوق دیگر برقرار نباشد. کما این که مطالعات تجربی تلاطم جوی انحراف قابل توجهی از این مدل را نشان می دهد. در این رساله، با توجه به کنترل ناپذیری شرایط جوی، محیط متلاطم همرفتی با شرایط مشابه تلاطم جوی لایه های نزدیک سطح زمین در آزمایشگاه تولید می شود. با انتشار نور از میان این محیط متلاطم و با بهره گیری از روش های اپتیکی مبتنی بر تکنیک ماره و روش تصویربرداری چند روزنه ای، همگنی و همسانگردی تلاطم تولید شده بررسی و تاثیر پارامترهای مختلف محیطی بر آن ها تعیین می شود. در کلیه ی مراحل کار، مقایسه ی نوعی با شرایط تلاطمی جوی ارائه می شود. نتایج نشان می دهند که تلاطم همرفتی آزمایشگاهی در حضور گرادیان دمای دو بعدی، در فواصل مختلف از منبع گرمایی حتی در بازه ی لختی ناهمگن و ناهمسانگرد است. گرادیان دمای متغیر و فاصله از منبع گرمایی نقش اساسی در میزان ناهمگنی و ناهمسانگردی ایفا می کند. بعلاوه از میان مدل های توصیف کننده ی تلاطم، مدل ون کارمان بیشترین انطباق را با داده های تجربی تابع ساختار فاز جبهه ی موج در بازه ی 0- 10 سانتیمتر دارد. در فواصل بزرگتر، هیچکدام از مدل های تئوری موجود با داده های تجربی همخوانی قابل قبولی ندارند.