近红外波段气溶胶的消光特性研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对近红外波段的气溶胶消光特性进行了研究。利用Mie散射理论计算并讨论了气溶胶的消光、散射、吸收效率因子随尺度参数的变化和消光系数随半径和波长的变化,并且在MATLAB中对各种变化情况进行了仿真。结果表明,三种气溶胶粒子的消光和散射能力依次为沙尘性粒子,水溶性粒子,烟煤。消光系数在粒子半径和入射波长相近时达到最大,并且粒子半径对消光、散射、吸收系数的影响比入射波长更明显。这些结论可以为红外辐射在大气中的衰减计算和分析提供依据。     

球形气溶胶粒子对激光散射退偏特性的研究

介绍了气溶胶粒子光散射的基本理论及偏振特性的基本计算方法。根据Mie氏理论,通过建立光散射的穆勒矩阵,建立球形气溶胶粒子的光散射理论模型,并通过递推的方法进行数值模拟,研究了几种典型天气条件下球形气溶胶粒子对光散射偏振特性的影响。     

折射率和粒子尺度对大气气溶胶光散射特性的影响

采用Mie散射方法计算了小尺度范围内,0.65 m波长大气气溶胶粒子光学特性与折射率、粒子尺度参数的关系,并分析了折射率虚部对气溶胶粒子散射相函数的影响。结果表明:在小尺度范围内,气溶胶粒子散射特性受折射率、尺度参数影响较大,折射率实部和尺度参数对消光效率因子等非散射角散射参量的影响存在一定程度的对称性。同时还发现,在特殊散射角位置,无论对于单粒子还是对于多分散粒子群系统,气溶胶粒子（群）的散射相函数与折射率虚部基本无关,不同折射率虚部的散射相函数在前向散射方向存在交点,交点位置随粒子尺度参数的变化基本为高斯分布。随着粒子尺度参数的增大,交点位置向前向小角方向移动,并逐步趋于离散。这一结论对了解大气气溶胶粒子的散射效应具有一定的参考意义。     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.     

典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究

为了研究典型地区大气气溶胶的谱分布和复折射率的特性,综合运用了黑碳仪、能见度仪、积分浊度仪以及光学粒子计数器等仪器对大气气溶胶进行测量。根据球形粒子的Mie散射理论,利用各仪器测量的数据反演得到气溶胶复折射率,并分析了各个地区的粒子谱分布特征,消光系数和吸收系数随波长的变化关系。结果表明,新疆地区、天津地区、厦门地区及合肥地区的大气气溶胶折射率实部nr都在1.5左右,虚部ni分别为0.01、0.017、0.008和0.016。新疆地区的数浓度谱分布可以用Junge分布来描述,天津地区、合肥地区和厦门地区数浓度谱分布可以用Junge分布和对数正态分布来共同描述。最后还对四地区气溶胶消光和吸收特性随波长的变化关系进行描述,这对于研究气溶胶气候效应具有一定的参考价值。     

气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络建模

利用改进的BP算法,结合Mie散射理论,建立了波长、散射系数、吸收系数与气溶胶粒子等效复折射率之间的非线性映射关系,实现了反演实际大气非均匀气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络模型的建模.利用该模型对气溶胶粒子等效复折射率进行了反演,根据反演得到的等效复折射率计算了其光学特征量,计算结果与实测结果基本吻合.     

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。     

辐射传输方程中的单次散射参数计算

根据米氏(Mie)理论,计算了多分散球形气溶胶粒子的单次散射特性。粒子的尺寸分布为伽马分布,有效半径分别为5.56,7和11μm,分析了0.4～100μm光谱范围内气溶胶粒子的平均消光系数、平均散射系数、单次散射反照率、不对称因子以及相矩阵与粒子的尺寸参数以及折射率的关系。结果表明,在可见光波段,粒子的有效半径对粒子的散射特性影响较小,在更长的波段上其影响较大;单次散射反照率在可见光范围内近似为1,随波长的变化和水滴折射率虚部随波长的变化曲线正好相反,这说明影响其大小的主要因素为粒子的折射率,即虚部越大则反照率越小;且极化率对粒子的尺寸比相函数更敏感。     

利用大气能见度获取多波长气溶胶光学特性

介绍了一种利用测量得到的大气能见度获取多波长气溶胶光学特性(主要探讨气溶胶的消光系数、散射系数和吸收系数)的新方法。首先,由能见度求出波长0.55 μm的大气消光系数,在减去大气分子的消光系数后得到0.55 μm气溶胶的消光系数,使用Mie散射理论求出气溶胶粒子的数密度;因为同一时间大气状态下气溶胶的数密度是不变的,所以再次使用Mie散射理论即可得到其他波长下气溶胶的光学特性。以1.06、1.536、3.75 μm为例,给出了合肥2003年近地面层的气溶胶光学特性,该方法对于研究大气环境和大气中光传输模式具有重要意义。     

气溶胶粒子复折射指数测量的干涉光谱方法理论研究

气溶胶辐射强迫效应的正负在很大程度上取决于其复折射指数虚部的大小.运用干涉光谱和Mie散射理论,分别在相同粒径粒子和不同粒径粒子两种情况下,推导出了干涉光谱和气溶胶复折射指数之间的关系式,初步建立了干涉光谱方法测量气溶胶复折射指数的理论模型,并对探测限进行了讨论.研究表明:干涉光谱方法测量气溶胶的复折射指数在理论上是可...     

内混合海洋型气溶胶粒子消光特性的分析

利用米散射理论和分层球模型考察了典型的海洋型气溶胶粒子在内混合状态下的消光特性,据此分析了以等效折射率描述具有不同折射率的各种成分组成的内混合气溶胶系统的适用性.结果表明:对于单分散系统,在瑞利散射区域和几何光学区域内,不同混合比下消光效率因子的等效性比较好,而在米散射区域(1＜x＜20)内,消光效率因子的等效性较差;对多分散系统,在三种区域内不同混合比下消光截面的等效性都较好.因此,对内混合海洋型气溶胶系统而言,一般可以通过寻找合适的等效折射率计算其消光特性.     

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。     

可见光和红外波段大气体散射强度特性

搜集整理了气溶胶、雾和雨的观测资料,运用米氏理论计算并分析了大气体散射强度特性.结果表明:大气体散射能量主要集中在前向较窄的散射角区间内,体散射相函数随散射角的分布取决于粒子尺度谱、波长和复折射指数,不同类型粒子体散射相函数随散射角的分布特性有较大的差异;大气单散射反照率受波长和复折射指数虚部影响,其值范围变化较大,相...     

基于激光散射理论的微小颗粒测量的数值分析

根据算法的准确性、稳定性和快速性原则, 讨论了Mie散射和Rayleigh散射的数值算法。将Mie散射理论及Rayleigh散射理论的Matlab数值结果与Wiscombe结果对比分析, 证明了此Matlab程序的正确性。在此基础上, 确定了当颗粒粒径参量x0.3时采用Rayleigh散射理论来确定前向某一角度范围内散射光能分布, 从中求得颗粒的粒径大小和分布, 具有比Mie散射理论算法快速性的特点。该方法为某些测试对象(颗粒与分散介质相对折射率、颗粒种类等)确定、微小颗粒的在线测量提供了理论支持。     

尘埃粒子的半导体激光散射测量

以半导体激光为光源 ,建立了一个可以实时测量空气中尘埃粒子的尺寸与颗粒数浓度的光学系统。根据Mie散射理论 ,计算了该光学系统的光散射响应特性。实验结果表明 ,该系统具有高的计数准确度、计数效率和计数重复性 ,适用于洁净度检测和环境空气中尘埃粒子的粒径分布测量。     

烟雾粒子的识别及其激光散射特性的蒙特卡罗模拟

提出了一种基于粒子激光散射的多传感器阵列的烟雾识别系统 ,描述了用蒙特卡罗模拟烟雾粒子散射特性的一般方法 ,模拟并验证了在不同粒径、折射率和入射角情况下烟雾粒子散射光强的角分布情况 ,模拟结果和理论分析吻合得很好     

灰霾中主要污染物粒子散射特性的研究

分析了灰霾污染天气条件下气溶胶的物理光学特性,研究了PM2.5污染物粒子主要成分,包含硫酸铵、硫酸、硝酸铵和碳质气溶胶等粒子。运用Mie散射理论对此类灰霾粒子的光散射特性进行了研究,分析计算了上述几种粒子组分的散射、吸收、消光效率因子以及散射相函数。结果表明硫酸铵、硫酸和硝酸铵粒子主要以散射作用为主,吸收效应很弱几乎为零,且散射效率因子随尺度参数振荡衰减最终趋于常数2,而碳质气溶胶粒子则表现出较强的吸收效应。最后通过对比不同半径不同粒子的散射相函数,结果表明粒子相函数对粒子大小和复折射率较为敏感,且前后向散射具有一定的对称性。该研究结果可用于大气污染光学遥感监测。     

气溶胶颗粒密度测量方法研究

探索研究了静电迁移分级器（DMA）联用气溶胶飞行时间质谱仪（ATOFMS）测量气溶胶颗粒密度的方法。由DMA选出单分散粒径的气溶胶颗粒,通入气溶胶飞行时间质谱仪测定其对应的空气动力学粒径。根据电迁移粒径和空气动力学粒径间的定量关系得到球形颗粒密度或者非球形颗粒的有效密度。首先对已知化学成分和密度的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）气溶胶颗粒进行标定实验,然后运用该方法对非球形的硫酸铵、氯化钠、硝酸铵颗粒进行测量,有效密度分别为：1.211 g/cm3、1.333 g/cm3、1.039 g/cm3;球形的橄榄油颗粒密度为0.914 g/cm3。