多分散气溶胶凝聚粒子散射特性的数值计算

基于簇团-簇团(Cluster-Cluster Aggregation,CCA)模型,结合气溶胶谱分布函数,模拟了多分散气溶胶凝聚粒子.利用离散偶极子近似方法,数值计算了多分散气溶胶凝聚粒子散射强度的角分布,对比分析了多分散和单分散气溶胶凝聚粒子散射特性的差别,并讨论了散射强度随入射波波长和入射角变化的规律.结果显示:多分散和单分散气溶胶凝聚粒子的散射特性截然不同,凝聚粒子中原始微粒的粒径、入射波长、入射波的入射角等因素都将影响气溶胶粒子的散射特性.多分散凝聚粒子模型更接近实际气溶胶粒子,结果可为全面理解和研究气溶胶粒子散射特性提供参考和有效的计算方法.     

1.06 μm激光气溶胶凝聚粒子散射特性

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子严重影响1.06 m激光的传输特性。单次散射反照率和不对称因子是研究气溶胶中激光传输特性的一个重要参量。基于CCA模型,模拟了由64个球形原始微粒凝聚而成的四种取向气溶胶凝聚粒子。利用离散偶极子近似方法,数值计算了1.06 m激光入射情况下四种形状气溶胶凝聚粒子的单次散射反照率和不对称因子随入射角变化的值;并分析了尺寸参数对单次散射反照率和不对称因子的影响。结果显示:对于相同数目原始微粒的气溶胶凝聚粒子,其单次散射反照率和不对称因子明显依赖于入射光的入射角度和气溶胶凝聚粒子的形状;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,其单次散射反照率和不对称因子随尺寸参数的增大而增大,当尺寸参数大于3时,气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射。     

红外波段气溶胶粒子光学特性的数值计算

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子的光学特性是研究红外遥感、目标探测等激光传输特性的一个关键问题。依据粒子电磁散射理论,利用离散偶极子近似方法对不同形状、不同成分气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒子散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量在0.71～11μm波段的数值结果。结果显示:入射光波长、气溶胶粒子折射率及气溶胶粒子形状是影响气溶胶粒子光学特性的主要因素。散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量的数值结果也为研究气溶胶中红外激光的传输特性提供了参考依据和计算方法。     

大连地区典型天气气溶胶光学厚度的计算分析

气溶胶光学厚度不仅是计算气溶胶含量、评价大气环境污染程度、研究大气辐射传输等领域中的一个关键因子,而且在大气辐射传输方程的求解过程中,是透射函数、反射函数等重要参数的基本参数。通过分析气溶胶光学厚度的影响因子,搜集整理典型天气气溶胶粒子复折射率资料和粒子谱分布观测数据,建立典型天气气溶胶粒子复折射率数据库,基于气溶胶粒子谱分布实验数据完善了大连地区典型天气气溶胶粒子谱分布模型,再结合大气能见度等大气参数,利用米散射理论计算了气溶胶消光光学厚度。     

随机取向内外混合凝聚粒子辐射特性

采用离散偶极子近似方法对随机取向混合凝聚粒子在内外混合状态下的光学截面、单次散射反照率以及非对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,详细讨论了混合方式、混合比等因素对混合凝聚粒子辐射特性的影响。研究表明,混合凝聚粒子的混合方式对非对称因子的影响非常大,对散射截面和单次散射反照率的影响比较大,但是对吸收和消光截面的影响不明显。随着凝聚粒子中基本粒子粒径和数量的增大,非对称因子、散射截面以及单次散射反照率受混合方式的影响变得愈加明显。此外,混合比的变化对不同混合状态下的凝聚粒子的辐射特性参量均存在不同程度的影响,并且此影响随着基本粒子粒径和数量的变化而显著变化。混合比相同情况下,所有外混合凝聚粒子的散射截面均大于内混合凝聚粒子的散射截面,而单次散射反照率却相应减小。     

离散偶极子方法研究雾霾随机簇团粒子的光散射特性

分析硫酸、硫酸、硝酸盐、碳和有机碳等组成的雾霾污染物簇团,基于团簇 -团簇凝聚模型(CCA),对簇团粒子的随机三维结构进行了模拟,构建不同成分,不同形状簇团粒子,在此基础上运用离散偶极子近似法计算了雾霾簇团粒子的光散射性质,进而仿真计算了不同形状的雾霾簇团粒子的光学散射,分析了雾霾簇团粒子散射场强度随散射角、效率因子与尺度因子变化关系,偏振度随散射角的变化结果。计算结果可用于分析大气雾霾特性和大气光传输特性。     

生物消光材料大气悬浮沉降特性

生物材料具有生产成本低、粒径分布广、环保无污染等优点,可作为一种新型消光材料。为了更好地研究生物材料的大气悬浮沉降特性,针对制备的球状生物材料FANS 233D,根据斯托克斯沉降规律及粒子数加权平均方法计算其沉降速度。利用团簇-团簇凝聚模型模拟了该生物凝聚粒子的空间结构,结合牛顿第二定律研究了不同空间结构凝聚粒子的沉降速度,并通过凝聚粒子的孔隙率、分形维数对其结构特征加以分析。结果表明:包含不同原始微粒数的凝聚粒子,其平均沉降速度随原始微粒数的增大而增大;包含相同原始微粒数的凝聚粒子,其沉降速度同该凝聚粒子的孔隙率与分形维数有关。针对生物消光材料大气悬浮沉降特性的研究将为其实际应用提供理论基础。     

合肥、东南沿海地区气溶胶光学特性测量及模式分析

对合肥和东南沿海地区气溶胶粒子的光学特性进行了较为系统地实验观测和统计分析,并初步建立了两个典型地区气溶胶光学特性的模式,对这些地区气溶胶粒子的尺度谱分布、数浓度、散射和吸收系数以及大气能见度获得了规律性认识,这有助于较为全面地了解合肥和东南沿海地区大气气溶胶粒子的各种光学特征量,并可深入了解陆地和海洋型气溶胶粒子的光学特性.     

多分散生物凝聚粒子10.6μm激光消光性能研究

基于弹道粒子-团簇模型,模拟了多分散生物凝聚粒子模型,采用离散偶极子近似方法计算了具有不同孔隙率、原始颗粒数量、粒径分布方式的多分散生物凝聚粒子模型的消光系数,分析了孔隙率、原始颗粒数量和粒径分布对凝聚粒子消光特性的影响。结果表明:多分散生物凝聚粒子的消光系数随着孔隙率的增大而减小;凝聚粒子包含的原始颗粒数量越多,粒径分布的均值越大,消光系数越大;粒径分布方差对消光系数没有明显的影响。本研究结果为全面理解生物凝聚粒子的消光性能以及生物消光材料的制备提供了参考。通过改变生物凝聚粒子的孔隙率、原始颗粒数量和粒径分布可以提高生物材料的消光性能。     

玻色-爱因斯坦凝聚的量子操控

玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）是当前原子分子物理的一个国际前沿课题。自从1995年在激光冷却的基础上实现玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）以后,全世界已有几十个研究小组成功地获得了BEC,并取得了一批引人注目的成果。研究玻色凝聚体的动量操控是超冷量子气体研究的重要研究方向,北京大学研究小组于2004年在实验上获得铷原子玻色凝聚以来,在玻色凝聚体的超辐射散射方面作了一系列研究工作,本文主要介绍该研究组近五年来利用超辐射散射在铷原子玻色凝聚动量操控方面的研究工作。     

典型类型气溶胶散射特性的计算分析

利用云和气溶胶粒子光学特性软件包,对陆地型、海洋型和极地型三种、九类典型气溶胶粒子的散射光学特性进行了数值分析,对比分析了每种类型不同成分对气溶胶粒子体系散射特性的影响,建立了气溶胶散射光学厚度与激光波长、相对湿度的定标关系。对不同类型的气溶胶,气溶胶散射光学厚度随波长的幂指数衰减规律适用范围不同;成分的差异对气溶胶散射光学厚度随波长和相对湿度的变化规律影响较大。根据建立的气溶胶散射光学厚度与波长、相对湿度的定标规律,可为研究非均匀气溶胶粒子体系等效光学特性和激光工程应用提供参考和依据。     

相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响

根据海盐粒子在不同相对湿度条件下的不同形态,分别建立了低湿度（RH=0%）、中湿度（RH=50%）和高湿度（RH=95%）三种条件下海盐立方体和球形粒子模型。利用离散偶极子近似法（DDA）、Mie散射理论研究了相对湿度和粒子形态对海盐散射的特性影响,采用离散坐标法（DISORT）研究了相对湿度和粒子形态对海盐特性的影响。结果表明:相对湿度和粒子形态对海盐散射特性影响较大,不同相对湿度条件下,海盐气溶胶粒子由于相态不同,呈现出不同的特性。中湿度条件下,粒子形状因子对海盐散射辐射特性的影响更强。当光学厚度较小时,球形-立方体海盐气溶胶的双向反射分布函数（BRDF）相对差异超过15%,在研究海盐气溶胶散射辐射特性时,需同时考虑相对湿度和粒子形态的影响;当光学厚度较大时,相对差异不超过5%,一定精度范围内,可采用等效球方法进行模拟计算。研究结果对于大气气溶胶散射和辐射传输理论及应用研究具有重要的参考价值。     

一种MODIS遥感图像大气校正的快速算法

本文设计了基于大气辐射传输模型对MODIS遥感图像进行大气校正的一种新的快速算法。根据Kaufman气溶胶光学厚度反演方法的基本原理,建立了简化的气溶胶光学厚度反演模型,通过6S模型获取气溶胶光学厚度参数,利用经验公式计算大气反射率及大气透过率等参数,实现了MODIS遥感图像的快速大气校正。     

徐州市郊大气气溶胶光学特性时序动态变化分析

为获取徐州市郊大气气溶胶污染特征规律,利用地基遥感手段对2013年7月~2014年5月间徐州市郊气溶胶特性参数进行分析,结果揭示：(1)受冬季燃煤供暖和夏季秸秆焚烧等因素影响,气溶胶光学厚度季节特征显著,且月际、日内波动性显著;(2)气溶胶粒子多含水分,干粒子极少,主要为混合型和人为污染型;(3)5月气溶胶以粗粒子为主控粒子,其余月份均以细粒子为主,且气溶胶粒子类型多样,成分复杂;(4)春季粗模态的气溶胶粒子多于细模态粒子,夏季则相反,秋冬季节粗细模态粒子分布相当;另外,观测期间内徐州市郊基本未受沙尘天气干扰,积聚模态下的细粒子对徐州市郊气溶胶高污染的贡献更大。     

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义.基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究.基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ro...     

气溶胶沉降扩散研究进展(特邀)

气溶胶沉降扩散主要研究气溶胶粒子在大气中的运动状态、浓度迁移、表面沉积过程。表征物理量主要包括气溶胶粒子沉降通量、沉降速度、浓度分布、扩散速度等。开展相关研究可以为气溶胶生成方式优化、消光效果评估与预测等提供科学依据。文中概括了三种气溶胶生成方式，分析了气溶胶粒子在大气中沉降扩散过程机理，阐述了气溶胶沉降与扩散特性参量计算、仿真模拟和试验测定方法。结合目前气溶胶沉降扩散研究面临的挑战，对气溶胶沉降扩散理论分析、数值模拟、试验研究与综合运用进行了展望。     

气溶胶粒子特性和垂直分布对辐射的影响

数值模拟了在给定条件下气溶胶粒子群平均有效半径和折射率虚部不同时大气层顶的反射强度和到达地面的透射强度,以及不同气溶胶垂直分布对各高度层的反射、透射强度和辐照度的影响。结果表明,当大气气溶胶光学厚度相同时,气溶胶垂直分布对15 km以下的反射和透射辐射影响较大;气溶胶粒子群平均有效半径和折射率虚部越小,大气层顶的反射强度和到达地面的透射强度越大。因此,对于准确地计算大气辐射不仅需要考虑气溶胶总光学厚度,还需考虑气溶胶粒子群的平均有效半径、复折射率和气溶胶垂直分布;计算中若只使用气溶胶模型中的经验值会带来较大误差。     

灰霾期间硫酸盐包裹沙尘气溶胶粒子的光学特性研究

灰霾期间硫酸盐与沙尘矿物颗粒表面经过系列化学反应形成复杂的混合状态,为气溶胶光学性质模拟带来很大困难。因此,厘清硫酸盐壳对沙尘矿物颗粒光学特性的影响机制具有重要意义。文中根据灰霾期间硫酸盐与沙尘矿物颗粒反应过程中的混合结构变化,建立了沙尘-硫酸盐颗粒的核壳椭球结构模型。采用T矩阵方法,研究了四波段条件（0.44、0.675、0.87、1.02 μm）下,混合比对单分散系沙尘-硫酸盐粒子光学特性的影响。结果表明:混合比对沙尘-硫酸盐粒子光学特性的影响主要在Mie散射区,在瑞利散射区,混合比对粒子光学特性影响不大。同时研究结果还表明,当混合比小于0.3时,硫酸盐壳在粒子散射特性中占主导地位;当混合比大于0.7时,粒子散射特性主要受沙尘核的影响;在此区间内,粒子散射特性由硫酸盐与沙尘共同影响,并会出现强于（或弱于）任何一种纯颗粒物的现象。该研究对理解灰霾老化期间单颗粒气溶胶混合结构及其光学特性具有重要意义。     

大气气溶胶光学厚度反演软件系统设计和实现

为了实现大气气溶胶光学厚度反演的要求,提出一种基于传统暗像元算法为基础的一体化软件系统设计方案,并完成系统的设计和气溶胶光学厚度反演实验。该系统的软件设计主要利用开源GDAL库对MODIS遥感数据进行提取和处理,并通过6S模型建立得出数据查算表。经过应用表明通过该软件系统使反演过程简单化、可视化,同时实现了气溶胶光学厚度反演的一体化的处理。     

气溶胶光学吸湿增长特性测量方法研究进展

吸湿性气溶胶会吸收环境空气中的水分, 其粒径会随相对湿度的增加而发生变化, 从而导致气溶胶的光学特 性 (如消光、散射、吸收系数与单次散射反照率等) 发生显著的变化。气溶胶光学吸湿增长因子 (湿状态与干状态下 光学参数的比值) 是衡量气溶胶光学吸湿增长能力的特征参数, 是计算大气能见度和气溶胶辐射强迫的关键输入量, 它的准确测量对于气溶胶环境和气候效应的评估具有重要意义。光学吸湿增长测量系统主要包括湿度调节系统和光 学测量装置, 通过湿度调节系统改变样品的相对湿度, 再结合光学测量装置实时测量光学参数的变化, 从而实现光学 吸湿特性的在线测量。鉴于气溶胶吸湿性研究的重要意义, 重点分析对比了现有的光学吸湿增长测量方法及应用, 并 对下一步气溶胶光学吸湿增长特性测量技术和研究方向做了展望。