考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法

研究了考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法,对反演卷云高度和卷云激光雷达比的方法进行了改进。采用多次散射因子对卷云消光系数曲线进行修正,选取云底及云顶附近高度消光系数变化率的均值求解云层高度修正误差,对微分零交叉法求解得到的卷云高度进行修正,实现了较为精确的激光雷达云层高度反演。采用以边界值处消光系数和卷云光学厚度为约束条件的粒子群算法,求解卷云有效激光雷达比,选用半解析Monte Carlo方法,计算总散射信号与一次散射信号的比值,并结合Platt多次散射因子方程求得多次散射因子,实现了卷云激光雷达比的准确求解。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了验证。结果表明,该改进方法具有较高的精度,更具应用价值。     

卷云的地面遥测原理与初步方案

本文对高空卷云的散射特性、退偏特性以及云底高度进行了分析和总结,在此基础上提出了从地面测量卷云的初步方案。     

反演卷云激光雷达比的新方法

激光雷达比(消光系数与后向散射系数之比)是 卷云的重要光学特性之一,提出了一种通过 Mie散射激光雷达回波信号反演卷云激光雷达比的新方法。以云底气溶胶的消光系数 和卷云的光学 厚度两个参量为约束条件,构建以云顶气溶胶的消光系数和卷云的激光雷达比为未知参量的 非线性方程 组,采用粒子群算法求非线性方程组的数值解,同时获得云顶气溶胶的消光系数和卷云的激 光雷达比。使 用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了实验验证,结果表明,本文方法是有效的,并且具 有迭代次数少、收敛速度快的优点。     

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。     

用新技术提高卷云表征的准确性

美国喷气推进实验室最近开发了一种能从亚毫米波辐射测量中提取卷云特性的新技术.该技术能够准确地测量卷云中的含冰量,确定中等冰晶的大小,并能确定冰晶的形状.这种提取算法比以前的算法有了改进,它还能提取中、高层对流层中与云特性有关的水气的分布图.这种联合分析方法可以校正由云中和云附近的水气所引入的提取误差.     

粒子取向以及空气含量对卷云雷达反射率因子的影响分析

为研究卷云的非球形粒子对毫米波雷达的散射特性,利用矩量法计算了卷云六种非球形冰晶粒子最大尺寸与散射截面之间的双指数函数关系.利用三种假设模型:Ⅰ.B-H混合模型、Ⅱ.等效椭球模型、Ⅲ.等效球模型分别验证NASA在2007年7月31日一次卫星与飞机同步测云试验数据,对比后发现模型Ⅰ(B-H模型)模拟4个位置处实测的结果最好,模型Ⅱ的结果其次,模型Ⅲ的结果最差,但是B-H模型模拟1号,2号,3号位置处的雷达反射率因子与实测值相比偏低,分析原因认为粒子谱探测仪器忽略了滴晶粒子贡献.加入滴晶粒子后统一拟合1号,2号,3号以及4号的普适性粒子谱,拟合其满足B-H模型时冰水含量与雷达反射率因子之间的关系式,将CVI仪器实测的冰水含量值代入上面的关系式得到反演的雷达反射率因子,对比CRS毫米波雷达实测的雷达反射率因子可知:当云中冰水含量小于0.1342 g/m3,冰晶中的空气含量对雷达反射率因子的影响要远大于粒子的取向问题;当云中冰水含量介于0.134 2~0.199 4 g/m3,冰晶中的空气含量可以忽略不计而仅考虑粒子的取向问题;当云中冰水含量大于0.199 4 g/m3,B-H模型将不再适用.因此为了利用毫米波雷达反射率因子精确地反演云中冰晶粒子,应以冰水含量为前提考虑B-H模型中冰晶粒子的取向以及空气含量.     

冰晶粒子散射理论模型

由于卷云几乎覆盖了地球表面的20%,卷云中各种形状的冰晶粒子对光的吸收与散射对卫星通信、大气和地面温度等有重要影响.从米氏理论适合均匀球形粒子散射模型出发,把冰晶粒子简化为轴对称形状和球形状的粒子,以单个冰晶粒子为研究对象,引进边界条件和谐波成分,建立T矩阵模型,并和经典米氏理论的严格解比较,得出T矩阵理论用于解决高层卷云冰晶粒子散射问题与经典米氏理论解的一致性结论.     

多次散射的卷云激光雷达比反演方法研究

提出了一种Mie散射激光雷达在考虑多次散射影响时求解卷云激光雷达比的新方法。首先,根据多次散射激光雷达方程,构建关于气溶胶消光系数边界值和卷云有效激光雷达比的非线性方程组;其次,采用非线性粒子群算法求解方程组,同时得到气溶胶消光系数边界值和卷云的有效激光雷达比;然后,使用Platt的多次散射因子方程,结合邱金桓参数化的多次散射对一次散射比,计算多次散射因子,进而求得卷云的激光雷达比。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了实验验证,结果表明,方法收敛速度快,精度较高,具有很好的应用价值。     

合肥地区卷云的激光雷达探测

为了研究卷云的特征,我们利用L300米散射激光雷达对安徽省合肥地区(31.90°N,117.16°E)的高层卷云进行探测.这些卷云是在晴朗夜晚激光雷达进行对流层气溶胶常规测量的同时探测到的.分析讨论了卷云的结构、光学性质及其它们的时间变化特征.结果表明:该地区卷云的云峰主要分布在8～11 km范围之内,卷云的结构呈现一定的季节变化特征.     

高层薄卷云消光后向散射比的求解方法

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量,我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比.在无大的天气系统过境的情况下,通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解,得出间歇性卷云的消光后向散射比,并与其他方法进行了对比分析,指明了该方法的可靠性和局限性.     

卷云在红外波段辐射传输特性模拟计算

采用离散纵标法（DISORT）耦合大气分子吸收散射,考虑地表的热辐射以及地表反射,模拟计算了卷云大气的反射率以及透过率。研究了在红外波段卷云的光学厚度、有效尺寸及不同大气模式等因素对于辐射特性的影响。结果表明,卷云大气反射率受地表热发射的影响很大,且随卷云光学厚度增大减小。大气模式对于卷云大气辐射传输特性影响显著,比较而言,卷云的粒子尺寸影响较小。     

卷云消光后向散射比的激光雷达测量

高层卷云对天气和气候有着重要的影响,其消光后向散射比是它的一个重要光学特性.假设卷云上方和下方没有气溶胶,只有大气分子,由激光雷达信号就可反演出卷云的透过率和光学厚度,进而算出卷云的消光后向散射比.对美国汉普顿大学的532 nm通道激光雷达测量的卷云数据进行了分析,数据采集期间从2007年1月至10月,共选取了光学厚度在0.08～1.5之间的798组卷云数据.计算结果表明:卷云高度主要分布在7～13.5 km之间;卷云消光后向散射比平均值为21.4 sr,月季特征并不很明显,概率分布呈现出正态分布特征;光学厚度的概率分布函数说明大部分为薄卷云.     

基于MODIS云产品的北京地区卷云特性统计分析

利用2007年1月到2008年12月北京地区MODIS云产品数据（MYD06）,对北京地区卷云的光学厚度、有效尺度、和卷云云顶高度的概率分布和季节变化进行了统计分析,并对卷云出现的概率分布进行了研究。结果表明,卷云的云顶高度主要分布在6~12 km处,典型高度在9 km左右,卷云云顶高度分布随季节变化而变化。卷云的有效尺度主要分布在20~80 um之间,40~50 um间概率最大。卷云有效尺度随季节变化不大,并在一定程度上依赖于卷云的云顶高度。北京上空出现的冰云基本上都是不透明冰云。卷云光学厚度主要分布在0~10间,光学厚度小于5出现的概率大。冬季北京地区卷云出现的概率较小,光学厚度较小。     

偏振光在冰水混合云中的传输特性

根据米氏理论,分别计算了由纯水、纯冰和冰-水同心球形粒子构成的平面平行、各向同性云层的单次散射特性(单次散射反照率、不对称因子以及单次散射相矩阵).根据辐射传输理论,利用累加法求解了矢量辐射传输方程,得到了3种不同构成云层的多次散射矩阵,对不同波长的太阳光的反射特性进行了比较.结果表明,反射光的偏振度比强度对云层的微观...     

卷云对新型光度计测量大气光学厚度的影响

基于自行研制的一种自动快速变视场太阳光度计(VFOVSP),实现了不同视场内太阳辐射的快速测量,为地基区分气溶胶粒子与云粒子提供了 一个新的技术手段。新型光度计采用基于CCD图像传感器的太阳跟踪技术,并采用程控可变视场光阑,实现了在较短的时间间隔内对 不同视场值的快速测量。通过在不同的天气条件下,对仪器不同视场测量数据分析初步表明:通过比较不同视场测量的大气光学厚度的 变化,可提供一种薄卷云与气溶胶的区分技术。该方法可以较快地识别出当前大气环境中是否有卷云存在,为研究卷云特性提供了基础。     

光散射液晶偏振片电光特性的研究

沿面均匀取向的正性向列液晶被聚合物网络稳定后具有电场可调的光散射各向异性,即起偏特性。研究了聚合物单体与向列液晶以不同浓度配比条件下制成的偏振片电光特性,得到低压驱动的、且与常规偏振片结合具有高对比度开关能力、快速响应的光阀器件。     

合肥地区无云晴天地表太阳短波辐射特征

利用SKYNET合肥站1999年9月至2005年8月期间285个无云晴天地面辐射收支观测资料,计算分析了合肥地区地表太阳短波辐射特征.结果表明,地表太阳短波辐射各个分量的日变化均呈上下午近似对称的倒"U"型分布,中午变化较平缓并出现最大值;漫射辐射与总辐射之比KDF呈"U"型日分布.太阳短波辐射各个分量的年最小值均出现在12月份,6月份总辐射、地表太阳短波净辐射和漫射辐射最强,7月份太阳直接辐射和地面反射的短波辐射最强但漫射辐射出现相对低谷.漫射辐射春季最强、夏季次之;太阳短波辐射其它各分量的季节变化均为夏季最强、春季次之、冬季最弱,而且冬夏差异较大.〈KDFd〉在1月份最大,7月份值最小并有明显的突变现象;其季节变化特征为夏季最小,冬季最大;其七年平均值为38.4%.     

由近场测量确定目标空间散射特性的研究

本文谁了由平面近场测量确定目标散射特性的原理，导出了具体的计算公式，与其它测量方法相比，该法可以提取出目标散射特性的大理信息，对几种简单的目标模型进行了测量，所得到的背向散射图和不同方向来波照射目标的空间散射图均与理论计算符合良好，说明了方法的正确性和优越性。