卷云在红外波段的散射特性

文中用T矩阵(T—matrix)、Lorenz—Mie等效球和几何光学(GOM)相结合的方法计算了六角冰晶尺度在1—10000μm范围内、波长在红外2．5～13μm范围内的散射特性。依据局地实际测量的三十种卷云粒子尺度分布,得到有效尺度从15～160μm卷云粒子的平均散射特性,并把这些单次散射特性参数化成卷云有效直径的多项式函数。     

辐射传输方程中的平均单次散射反照率的计算

根据米耶理论,对均匀系中单粒子平均单次散射反照率的计算进行了研究,并分析了反照率与粒子尺度因子以及复折射率之间的关系.结果表明,当粒子尺度因子x较小时,反照率随着x的增大而增大,但是当x再继续增大时,反照率出现了"波动",总体呈现出减小的趋势,最终趋于0.5.利用米耶理论和van de hulst近似,还分别计算0.4～0.5μm和8～12μm光谱范围内气溶胶粒子的反照率,并进行了比较,结果表明,除了波长为3μm的邻域外,随着波长的增大,反照率逐渐减小,但是利用van de hulst近似所计算的结果在8～12μm光谱范围内有较大的误差.     

黑碳气溶胶的光散射特性研究

利用光电检测法研究黑碳气溶胶粒子的光散射特性,根据粒子的光散射特性来分析它的尺度谱.黑碳气溶胶粒子在激光的作用下产生散射光,利用光电检测器检测黑碳气溶胶粒子发出的散射光.提出了利用散射光信号的前沿部分进行拟合,得到粒子散射光信号的完整高斯分布.     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性.运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4μm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度.结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据.     

无线光通信中紫外散射传播特性的研究

结合大气散射理论,引入不同天气条件下的散射相函数和散射粒子半径两个参数,在长球面坐标系上修正了紫外光大气传输单次散射模型.仿真了正常、霾、雾、雨四种天气条件下的该散射模型的冲激响应,分析计算了这四种天气条件下的发送仰角、通信距离与接收光信号之间的关系.结果显示紫外大气传播中通信距离受天气影响较大,通信速率受天气影响较小.     

基于MODIS资料的陕西水云特征研究

陕西位于西北内陆地区,是中国气候的敏感区,为准确认识其上空的水云特征,利用MODIS的MYD06二级云产品数据,对陕西水云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径、光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1) 水云概率分布显示出单峰结构,峰值出现在11月, 5月出现概率最低。水云在秋季出现概率最高,春季出现概率最低。 (2) 7月和9月水云云顶高度的概率分布会产生显著的变化,7月和8月的分布形态与其余各月有显著差别。水云云顶高度平均最大值出现在春季的4~5月,最小值出现在冬季的12~2月。(3)水云的粒子有效半径在10月~次年5月, 分布形态相似,6~9月分布形态与之明显不同。水云粒子尺度平均最大值出现在夏季的6~8月, 最小值出现在秋季的11月。(4) 光学厚度在0~5之间的水云在10月~次年5月,出现概率最高, 峰值出现在12~2月; 6~9月光学厚度在5~10之间的水云出现概率最高, 峰值出现在7~8月。水云光学厚度最大值出现在秋季的9~11月,最小值出现在夏季的7~8月。     

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。     

多激光波长在不同稀薄随机分布冰晶粒子层的散射特性

依据稀薄随机分布冰晶粒子的激光散射特性,当球形冰晶粒子分别服从指数、对数正态、Gamma三种不同分布时,数值计算并分析了0.65、1.31、1.55 m激光入射下不同稀薄随机冰晶粒子层的微分散射截面随散射角的变化关系。结果表明:入射激光波长的改变对冰晶粒子层的微分散射截面有一定的影响;当冰晶粒子服从指数分布时稀薄随机分布冰晶粒子层的微分散射截面最大,要比其他两个分布大几个数量级;不同激光波长和冰粒子的尺度分布对稀薄随机分布冰晶粒子层的激光散射特性有较大影响。文中所做的工作为进一步开展地空链路中冰晶粒子云层对激光传输特性的影响研究奠定基础。     

基于高度的紫外光NLOS单次散射链路模型的研究

为了更精确、更全面地研究紫外光的通信性能,使之更适合于实际空间中的3维应用,在2维紫外光单次散射链路模型的基础上融入高度信息,并利用仿真计算了在添加高度信息与否的两种情况下接收功率误差的大小.结果表明,高度对于发射仰角和接收仰角潜在的影响直接引起接收功率的改变,甚至在某些情况下不能进行通信.高度信息的考虑对通信设备在实...     

紫外光非视距单次散射链路中体散射相函数的研究（英文）

针对椭球坐标系下的紫外光单次散射链路模型,将共同散射体中的各个散射粒子看作一个体积微分,对散射体中不同位置上的微分粒子散射之后造成的能够落入接收范围的散射角对应的相函数进行体积分求和运算,并进行了过程的分析与公式的推导,为研究紫外光通信提供了良好的支持与扎实的基础。     

自由空间中箔条云团极化散射统计特性的研究

针对自由空间环境,研究了箔条云团极化散射的统计特性.根据相干散射模型导出了箔条云团的极化散射矩阵,给出了箔条云团散射矩阵的一二阶矩及其概率密度函数的解析表达式.在此基础上,分析了箔条云团散射截面积的起伏特性,并给出了其统计分布的精确表达式.这些公式原则上适用于包括大气层内抛撒情形箔条云团的极化散射计算问题.     

有尺度分布的水雾激光散射及其动态测试

研究了单粒子和有尺度分布的水雾粒子对1064 nm激光后向散射的理论模型,根据散射截面与Stocks矢量关联的散射相函数和不同尺度散射参数,将粒子分布尺度代入散射相函数进行加权计算得到有尺度分布的水雾粒子总散射相函数。考察散射角在150°~180°之间后向散射,稀疏大尺度水雾粒子表现为单散射特征、有尺度分布混合型水雾粒子具有相对较大的后向散射效应。利用光电探测器组件、衰减片组、反射镜、偏振片等设计了水雾生成装置和散射效应测试系统,通过独立激光入射出射窗口、尾镜、内壁消光等措施减小和避免因实验环境造成的影响。使用该装置进行了水雾粒子对激光后向散射效应的动态测试,结果与理论符合较好。通过分析水雾粒子对激光后向散射的随机涨落现象、动态规律和特点,指出水雾粒子对激光的后向散射是一个复杂的动态过程,是传输路径上不同尺度水雾散射和强吸收的共同影响。     

激光散射技术对纯水中自然构像下絮凝剂粒度与带电特性的同时测定

用激光光散射等技术测量了两种典型絮凝剂在水中自然构象下的粒度大小、粒度分布,表面带电状态(表面电荷密度和Zeta电位)和pH值等主要特性参数,以及其随絮凝剂浓度变化的情况,以求为研究揭示絮凝剂的絮凝机理提供实验依据。     

近地大气532 nm激光散射的实验与计算

通过实验测出532 nm激光在近地大气的角散射系数,对Junge和Deirmendjian两种模型的气溶胶系统在不同的系统参数、不同的折射率的情况下的散射相函数进行了计算,发现与实验所测得的曲线有明显的差异,这两种模型都不存在散射次极峰.通过对不同半径粒子的散射相函数的计算,说明实验所测的气溶胶系统在粒子尺寸较大的区间的密度要比Junge和Deirmendjian两种模型的密度要大得多,在假定大粒子服从正态分布的前提下,拟合出了气溶胶的分布函数.     

激光诱导等离子体对水团簇受激拉曼散射的影响

利用532 nm脉冲激光作用于水分子,研究其受激拉曼Stokes和anti-Stokes散射.实验表明:激光束经过聚焦后,在能量为4 mJ时,水分子产生等离子体;在泵浦激光能量由5 mJ增加到15 mJ的过程中,水分子OH键伸缩振动的受激拉曼Stokes散射光强逐渐增大、受激谱带宽度逐渐加宽,并且受激拉曼Stokes散射中心波长呈现蓝移趋势;当能量为15 mJ时,产生了OH键伸缩振动的受激拉曼anti-Stokes散射光.利用激光诱导等离子体增强水分子团簇的受激拉曼散射理论解释了以上现象,实验与理论符合地很好.     

基于镜面散射的雷达探测浅海水下地形研究

海面镜面散射建模及其应用方法是小入射角时雷达海洋遥感的关键问题。深入研究了基于格拉母—卡利尔（Gram-Charlier）分布的海面镜面散射建模方法,分析了其极化特性,将风速统一以海面上10 m高度为基准。通过与实测数据的比较,证明了其正确性和优越性。提出了采用Wu J方法估计海面均方斜率可改进其在中低风速时的性能,指出在应用时需要首先进行风速条件下的验证。进而将基于Gram-Charlier分布的海面镜面散射模型应用于雷达探测浅海水下地形。通过与实验结果的比较,证明了其应用方法的可行性和优越性。     

青藏高原那曲对流云中过冷水的毫米波雷达反演研究

对流云中过冷水的识别一直是气象探测的难点。基于Ka波段毫米波雷达功率谱数据,结合探空资料,提出了高原对流云内过冷水的识别和反演算法;利用那曲两个个例对算法效果进行了分析,并结合同址的微波辐射计资料对雷达结果进行了初步验证;最后,探讨了算法与以往方法的差异。结果表明：高原层积云、浓积云和高积云内由上升气流主导,云内粒子相态变化快,过冷水粒子的回波强度、粒径和含水量分布较广。对于不同云类,过冷水的空间分布存在一定差异。过冷水的回波强度、粒径和含水量都与上升气流速度呈正相关,在时间变化趋势和空间分布上都有很好的对应。微波辐射计和雷达的液态水路径在时间变化趋势和峰值大小上都较为一致,相关系数为0.63~0.79。与以往方法相比,算法对过冷水位置和参数反演的结果更为合理。     

基于用几何光学和米散射法的球形粒子前向散射特性计算研究

分别用几何光学(GOM)、Lorenz-Mie散射方法计算了0.55 m波段球形粒子的散射特性,并对两种计算方法的准确性进行了分析。研究了粒子尺度参数、折射率虚部对粒子0散射相函数的影响。结果表明:在粒子尺度参数大于60时,GOM计算的球形粒子的散射特性与Mie非常接近。在粒子尺度参数小于1 000时,两种方法得到的前向散射相函数与粒子尺度参数均成二次方关系,且计算结果基本一致;随着粒子尺度参数的增大,前向散射与尺度参数之间将逐步失去二次方关系。当粒子尺度参数大于10 000时,采用GOM方法得到的结果要比Mie散射方法的结果偏大;当粒子尺度一定时, 0散射相函数与折射率虚部之间呈先增大后减小的规律。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF POLARIZED SCATTERING FROM RANDOM CLUSTERS OF SPATIALLY-ORENTED, NON-SPHERICAL SCATTERS

Employing multiple scattering formulation of T-matrix method, numerical simulations are developed and applied to polarized scattering from random clusters of spatially-oriented, non-spherical particles. Polarized scattering is numerically presented for the functional dependence on particle shape, size, spatial distribution and orientation, and other physical parameters. Numerical calculations of backscattering from randomly clustered particles are well compared with that from independent particles and clusters. It can be seen that spatial distribution and orientation of non-spherical particles can have significant effect on scattering.