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非球形混合气溶胶紫外和可见光的传输与散射特性

汤双庆  
【摘要】: 本文基于随机介质中波的辐射传输理论,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究了激光在不同情况的大气气溶胶中的传输特性。主要工作如下: 1.基于Mie理论计算了球形、多层球形气溶胶粒子散射特性。利用散射传输矩阵方法,计算了不同半径、形状、以及波长下回旋对称非球形气溶胶粒子的散射强度。利用广义多粒子Mie理论方法(GMM),讨论了基本粒子的相对位置、半径及组成个数对簇团粒子散射强度的影响。 2.采用改进的蒙特卡罗方法,考虑了粒径分布,计算了粒径满足对数正态分布水雾的透过率随光学厚度的变化。考虑粒子的组成成分,讨论了外混合城市气溶胶的传输特性,并与文献数据进行了比较。采用同心多层球模型研究了内混合气溶胶的遮蔽性能。分析了组成成分比例以及入射波长对遮蔽性能的影响。 3.采用随机概率抽样方法拟合了非球形粒子的散射相函数,并与Henyey-Greenstein( H ? G)经验公式的相函数拟合方法进行了比较。结果显示随机概率抽样方法拟合的相函数与散射相函数间的方均根差更小。同时讨论了抽样次数、散射角抽样间隔大小对拟合结果的影响。 4.研究了离散随机分布的具有回旋对称轴的气溶胶粒子组成的薄层的传输特性。以椭球形海洋性气溶胶为例,通过建立散射相函数数据库的方法缩短逐次光子追踪的计算时间。将逐次光子追踪的散射相函数抽样方法与H ? G相函数以及四通量方法计算的透过率特性进行了分析比较。讨论了多次散射对透过率相对误差的影响。 5.研究了离散随机分布的簇团气溶胶薄层的传输特性。以煤烟气溶胶为例,研究了散射相函数的散射角、方位角抽样建库方法。分析了建库时间与基本粒子半径、个数以及入射波波长的关系。讨论了影响簇团气溶胶传输特性的影响因素。计算结果表明,相函数的拟合对传输特性影响显著,对非球形粒子层的传输特性,采用等体积、等面积球形粒子的H ? G相函数方法都将带来较大的误差。多重散射情况下,采用改进的蒙特卡罗方法计算非球形气溶胶的传输特性具有十分重要的意义。


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