气溶胶单粒子的偏振散射特性研究

建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算, 讨论了偏振强度因子(Pf)和穆勒矩阵元素(Z11、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形粒子和杆状粒子的Pf和Z12随着粒径的增大存在明显差异。通过对单分散的气溶胶颗粒物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12。实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准, 差值△Z12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值, △Z12 介于12~41主要为核黄素粒子, △Z12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子, 而立方形的NaCl气溶胶粒子的△Z12与油酸粒子非常接近,难以区分。初步实验表明,穆勒矩阵元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据。     

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。     

基于形状识别的返回散射电离图分类方法研究

基于中值滤波算法, 结合电离图中杂波信号和背景噪声的分布特点, 提出了一种返回散射电离图干净数据提取新算法; 利用返回散射电离图干净数据, 基于形状识别理论, 给出了一种返回散射电离图分类算法, 并对形状因子的提取方法进行了简单介绍.实测电离图仿真实验结果显示, 所提电离图分类算法具有较好的实测电离图识别和分类能力, 具有较好的应用前景.     

光散射粒子计数器校正的讨论

通过对一种光散射式粒子计数器校正方案的讨论,评述了其相对于现行国标的优点,指出其是一种比较可靠的准确的校正方案。     

气溶胶粒形光学测量技术的研究进展

气溶胶粒子的形状影响其光散射特性,粒形定量描述的重要性受到越来越多的关注.以光散射法和成像法总结了气溶胶粒形光学测量技术的进展,并在对比两者优缺点的基础上,从优势结合的角度探讨了粒形测量的新思路.     

大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达比

对探测大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达的关键参量——激光雷达比问题进行了详细的讨论，利用实际大气气溶胶和云雾粒子的光学特性对0．532μm和l.064μm波长上的激光雷达比进行了计算分析，得到了各种气溶胶粒子组份和典型的集合状态以及云雾粒子的激光雷达比。发现激光雷达比和粒子的物理、光学性质密切相关，不同种类的粒子的激光雷达比有巨大的差异，并且两个波长上激光雷达比的相互关系也不相同，这些结果为激光雷达探测大气气溶胶和云雾粒子提供了依据。     

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.     

基于相关探测技术的激光气溶胶散射信号截获

在激光散射告警器设计中,为了兼顾探测概率与虚警概率两项指标,围绕适用于激光气溶胶散射信号探测的相关探测技术开展了理论与实验研究。在对低空中1.06 m激光气溶胶散射信号的辐照度分布与时域特征进行理论分析的基础之上,根据相关处理对信噪比的改善效果与作用条件的实验研究结果,理论计算了基于相关处理的激光告警设备的探测灵敏度,并据此研制了实验装置,在外场实验中实现了激光气溶胶散射信号的离轴截获。研究结果表明:相关探测技术能够在保持低虚警的同时,进一步提高探测装置的散射信号截获能力,是一种提高散射探测概率的有效途径。     

血小板的光散射特性

利用激光散射法对健康人血小板的光散射特性进行了研究。测量了不同浓度下这种细胞的散射光强和透射光强，并给出了相应的散射系数。     

气溶胶粒子微观特性对后向散射回波的影响

提出了一种从微观角度分析气溶胶粒子微观特性对后向散射回波影响的方法。基于Mie散射理论,建立了蒙特卡罗仿真模型,对收发同轴激光雷达的气溶胶后向散射回波特性进行仿真分析,得到了气溶胶粒径、复折射率实部及虚部对后向散射回波的峰值强度、信号延迟、波形展宽的影响规律,分析了由气溶胶粒子微观特性引起的多种宏观特性的同时作用对后向散射回波产生的影响。结果表明:后向散射回波强度主要取决于散射系数和不对称因子,回波延迟和脉宽与散射系数相关;随着复折射率实部的增大,后向散射回波强度增加,回波延迟和脉宽先减小后增大,但影响较小;随着复折射率虚部的增大,后向散射回波强度先减小后增大,虚部对回波延迟和脉宽无明显影响。     

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。     

大气气溶胶粒子散射相函数的数值计算

大气气溶胶粒子作为大气电磁环境的重要组成成分之一,在紫外、可见到红外波段内严重影响电磁波的传输特性。散射相函数是研究气溶胶中电磁波传输特性的一个重要参量,依据粒子电磁散射理论,数值计算了球形和椭球形气溶胶粒子在红外波段给定波长入射时散射角余弦的一阶矩,给出了气溶胶粒子HG相函数和改进HG*相函数的数值结果,并将球形气溶胶粒子的这两种相函数和Mie散射相函数进行了对比。结果表明:随着波长的增加及气溶胶粒子尺寸参数的减小,HG*相函数能更好地体现红外波段气溶胶粒子的散射特性。相函数的准确计算可为研究气溶胶中红外激光的传输特性奠定基础。     

轻度非球形气溶胶粒子的激光雷达比

对探测大气气溶胶粒子的激光雷达的关键参数-激光雷达比问题进行了讨论,以一种典型的集合状态(一般大陆型气溶胶粒子)为例,分析计算了几种典型湿度下非球形气溶胶粒子在0.532 μm波长上的激光雷达比.发现,粒子的非球形对激光雷达比具有明显的影响.该结果为激光雷达探测对非球形大气气溶胶粒子的测量研究提供了分析依据.     

基于光散射的粒子测量方法综述

基于光散射的粒子测量方法具有非接触、测量范围较大、实时测量等优点,是颗粒物理化学特性测量的一类主要方法.介绍了基于光散射测量颗粒粒径、复折射率和浓度等参数的主要方法、原理以及各种方法的适用范围,以及基于光散射的粒子测量研究方面的新进展和存在不足的方面.基于光散射的粒子测量方法的适用范围各有侧重,其趋势将向着更宽的测量范围,更高的测量精度,与多参数同时测量等方向继续发展.     

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。     

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。     

有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论,研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25 时的光学特性,并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系,有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性,能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率,相对偏差皆在7%以内;而有效介质理论在米散射区的适用性较差,相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5 000%、42%、1 100%和47%,但当内混合体所含的内核较小（体积比1%以内）时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4 时,有效介质理论基本上会低估散射效率因子,却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系,有效介质理论能近似用来计算各光学参量,相对偏差在9%以内。     

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.     

用气溶胶飞行时间质谱仪测量气溶胶粒子折射率

利用自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪（aerosol time-of-flight mass spectrometer, ATOFMS）对气溶胶粒子的折射率进行测量。首先利用ATOFMS对气溶胶粒子的粒径和光散射强度进行测量,然后由Mie散射理论结合ATOFMS光散射区域的几何结构,推算出光电倍增管（PMT）接收的理论光通量与气溶胶粒子的大小和折射率之间的函数关系。通过比较实验测量的气溶胶粒子光散射平均强度与Mie散射理论值,对粒子的折射率进行反演。与实际样品数据参数对比的结果表明该方法是可行的。     

尘埃粒子光散射信号传输特性的研究

提出了尘埃粒子光散射粒径信号幅度响应矩阵的概念 ,详细讨论了粒径信号幅度响应矩阵的基本特性 ,建立了描述单分散粒子群散射光信号传输系统特性的数学模型。揭示出尘埃粒子光散射系统信号传输过程的本质是粒子群结构特性的等价描述方式之间的变换