基于航空多角度偏振信息的近海海域非球形气溶胶光学厚度反演研究

基于T矩阵散射理论,以中分辨率成像光谱仪(MODIS)海洋气溶胶模型细模态M4和粗模态M9为例,模拟计算了不同纵横轴比椭球形状以及等概率纵横轴比椭球形状分布的非球形粒子单次散射特性。与球形粒子进行比较,发现非球形性对细模态粒子具有起偏作用,而对粗模态粒子具有退偏作用。利用机载大气多角度偏振辐射计(AMPR)的近海海域航飞遥感数据,进行了非球形粒子和球形粒子气溶胶光学厚度的反演实验。反演结果表明,基于非球形模式得到的气溶胶光学厚度与地面太阳辐射计(Cimel,CE318)测量结果一致性较好,相对均方误差在0.1以内。     

反演高温均-粒子系光学常数理论建模

本文提出等效透射能量比的概念,在此基础上建立反演高温均-粒子系光学常数(复折射率)的理论模型,该模型基于完整的辐射传递方程,采用Mie理论结合K-K关系式反演高温粒子的复折射率.以燃烧火焰中常见的煤灰粒子为例,通过将已知文献中煤灰粒子复折射率数据作为"真实"数据,采用MC方法进行正问题计算所得的等效透射比作为"实验测量僧",然后利用本文模型进行反演,得到较好的反演结果,充分说明了本文所建反演模型的可行性,同时分析了 测量误差对实验结果的影响,对于反演高温粒子复折射率的实验研究具有一定的理论指导意义.     

基于有限元法的非球形颗粒光学常数反演分析

本文基于有限元方法和K-K关系,使用COMSOL与MATLAB动态交互仿真反演非球形颗粒的光学常数。以飞灰颗粒的光学常数为研究对象,首先验证了有限元方法求解球形颗粒衰减因子的准确性,在此基础上采用有限元方法分别求解了球形颗粒、正八面体形颗粒、表面带有微结构的球形颗粒的辐射特性参数,分析了形状因素对颗粒散射特性的影响规律。使用蒙特卡洛方法获得上述三种形状飞灰颗粒系统的透射率光谱,以此为"实验值"反演了其复折射率并与飞灰颗粒真实值比较,得到了较好的结果。     

氧化铝粒子光学常数的尺度效应

目前计算固体火箭尾喷焰中氧化铝粒子辐射特性时,粒子光学常数基本利用大块氧化铝的值,但当粒子粒径量级与光波长相当时,不能忽略粒径变化引起的光学常数变化.本文基于洛伦兹色散理论对可能产生尺度效应的参数进行了理论分析,引入尺度修正因子,建立了电介质粒子光学常数尺度效应模型,通过模型分别计算了0.6328 μm波长时n、南值,和粒径0.97 μm时n、k值,通过与实验值的比较研究了不同粒径氧化铝粒子光学常数的尺度效应和不同波长粒子光学常数的规律.     

散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响

为研究不同散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响,计算了不同光学厚度下,一般种类混合模型(GHM)、实心柱状模型(SC)和聚合物实心柱状模型(ASC)取不同有效粒子半径时的反射率。理论分析了不同散射模型及其不同有效粒子半径对卷云光学厚度反演结果的影响。使用基于倍加累加法的矢量辐射传输模型RT3计算3种模型卷云光学厚度查找表,基于POLDER数据,采用查找表法进行卷云光学厚度反演实验,实验结果与理论分析一致。结果可知:采用不同散射模型反演得到的卷云光学厚度存在较大差异,相比GHM和SC模型,ASC模型卷云光学厚度反演结果更接近POLDER产品;有效粒子半径越大,光学厚度反演结果越大,GHM和SC的增幅较大,而ASC增幅很小。因此,在不具备有效粒子半径反演能力时,建议采用ASC模型反演卷云光学厚度,以减小有效粒子半径变化对反演结果的影响。上述研究对我国GF-5卫星的卷云光学厚度反演的散射模型选取及反演结果评价具有参考价值。     

非球形椭球粒子参数变化对光偏振特性的影响

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题, 在球形粒子偏振特性的基础上, 进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响, 采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法, 模拟非偏振光经椭球粒子传输后光的偏振特性及其与球形粒子间的差异, 并以实际沙尘、海洋、烟煤三种气溶胶粒子为例说明结果的正确性. 结果表明: 当折射率实部越小, 虚部越大时, 球形粒子与非球形粒子的偏振差异越不明显; 当粒子有效半径增加时, 球形粒子偏振度的变化比非球形粒子更为明显, 且最大值分别出现在散射角为150°和120°的位置; 当粒子形状不同时, 不同形状椭球及球形粒子的差异在散射角小于60° 时并不明显, 且当椭球粒子纵横比互为倒数时, 两种粒子的偏振特性近似相同. 通过以上分析可知, 在光传输过程中, 椭球粒子多数情况下无法被近似为球形粒子进行计算.     

取向数对非球形沙尘气溶胶光学特性的影响

利用离散偶极子近似法研究了旋转椭球体沙尘气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~23时(波长0.55!m对应有效半径为0.01~2!m)的光学特性,并通过分析比较不同取向数下光学特性的差别,研究取向数对非球形沙尘粒子光学特性的影响。对单分散系,较少的取向数使旋转椭球体沙尘气溶胶粒子的各光学参量对于取向的选取敏感,但随着取向数的增多,沙尘粒子的各光学量逐步趋于一致。对多分散系,受粒子谱分布积分效果的影响,旋转椭球体沙尘气溶胶粒子对取向的敏感度,相比单分散系要稍低一些。粒子的非球形程度对获得随机取向光学特性取向数的选取也有影响,粒子非球形特征越明显,获得随机取向光学特性所需要的取向数越多。以多分散的旋转椭球体沙尘粒子为例,要获得随机取向沙尘粒子的消光效率因子、单次散射反照率和不对称因子(相对偏差在1%以内),轴半径比为16的非球形程度所需的取向数超过500,而轴半径比为2的非球形程度所需的取向数则仅超过100。     

取向比对椭球气溶胶粒子散射特性的影响

利用T矩阵和离散坐标法研究了取向比对椭球粒子散射特性的影响, 计算了小尺度范围内椭球粒子的散射特征参量, 包括消光效率因子、不对称因子、单次散射反照率、散射相矩阵及双向反射函数(BRDF). 结果表明, 椭球粒子的散射特性与取向比密切相关, 粒子取向比会影响散射参量的振荡频率和振幅, 与球形粒子散射参量的相对差异也呈周期振荡趋势. 研究还发现, 某些特殊粒子尺寸的散射参量与粒子取向比基本无关. 在多次散射条件下, 分析不同取向比粒子群的BRDF随反射角和光学厚度的变化特性. 结果显示: 不同取向比粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致, 球形粒子群比非球形粒子群的BRDF曲线波动振幅更大; 球形-非球形粒子的BRDF相对差异随光学厚度和取向比的增大而减小, 随入射角的增大而增大.     

飞尘气溶胶粒子散射特性分析:对比实验和米散射方法

采用Mie散射理论计算了可见光波段等效球飞尘气溶胶粒子的Stokes散射矩阵,并与实验得到的空间随机取向的非球形飞尘气溶胶粒子结果进行了对比分析;由理论与实验方法得到的散射相函数,采用离散坐标法计算了两者的双向反射函数(BRDF),并对此结果进行了分析研究。结果表明:实验测量的非球形飞尘气溶胶粒子群的散射矩阵和基于球形粒子假设的Mie散射理论计算结果在大多数散射角上都不相同,但是不对称因子却大致相同;球形-非球形粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致,但是球形粒子群的BRDF曲线分布具有更大的波动趋势;随着光学厚度的增加,球形-非球形粒子群的BRDF曲线分布均趋于平坦,计算结果趋于一致。因此在飞尘气溶胶粒子散射特性研究中,当光学厚度较小时,用球形假设的方法会造成一定的误差,BRDF相对误差最大可以达到60%,需考虑粒子非球形特性造成的影响;而当光学厚度较大时,BRDF相对误差一般不会超过10%,采用球形假设的方法具有一定的适用性。     

一层非球形粒子散射的标量辐射传输迭代解的求逆

给出了一层有下垫反射面的非球形粒子散射的标量辐射传输方程一、二阶迭代解,推导了相函数各阶Legendre展开系数与随机小椭球粒子相函数的对应关系,提出了一层随机小椭球粒子介电常数和单位面积粒子数的迭代反演方法.通过两次各方位角上双站散射测量,反演随机小椭球粒子的介电常数和单位面积粒子数.本方法比现有文献的一些反演方法易于实现,可应用于颗粒性复合材料介电与结构特性以及地表背景参数的反演研究 关键词： 辐射传输方程 迭代解 反演 相函数 介电常数     

大学一年级物理实验教学的对策

分析了中学物理实验教学现状,指出大学与中学物理实验教学衔接存在的问题,根据现代教育理论,提出了大学一年级物理实验教学的对策。     

自制动量矩守恒演示仪

本文介绍了一种自制的动量矩守恒演示仪，该仪器具有小巧、美观、灵活、稳定、方便等特点。     

用分光计测棱镜折射率的不确定度评定

本文根据国内不确定度概念在物理实验中的简化作法，对用分光计测棱镜折射率实验进行了不确定度的分析。     

力学量算符的本征函数的计算

给出一种利用升或降算符力学量算符本征函数一般表达形式的方法，这种方法比其它方法简单得多。     

落球法测液体的粘滞系数小球收尾速度的研究

从理论上推导了在液面下的小球何时达到收尾速度公式，并给出一组实验数据，得出小球从液面自由下落时很快能达到收尾速度的结论。     

钨酸锌激光晶体的光谱测量

用基质晶片作参比,测量了Cu+、Er3+等离子激活的钨酸锌晶体的光谱,并进行了分析讨论,发现激活离子与基质晶格之间存在能量传递过程.晶体在可见光区有比较强的荧光.     

固定化光合细菌包埋颗粒内底物传输特性

本文分析了在不同操作条件下固定化光合细菌包埋颗粒内的底物传输特性,得到入射光照强度、培养温度和培养基pH值等操作参数对包埋颗粒内底物传输Thiele模数、内扩散有效因子的影响.分析发现Thiele模数随实验参数变化呈先增加后下降变化趋势,内扩散有效因子则呈相反的变化趋势,表明了当操作条件越适于光合细菌生长代谢,内扩散速率对包埋颗粒内底物消耗的限制性影响越明显.较低的Thiele模数表明包埋颗粒内底物消耗主要为反应控制过程.     

晶柱粘连对CsI:Na转换屏分辨特性的影响

本文用MonteCarlo方法研究了CsI:Na转换屏中晶柱之间的粘连对其空间分辨特性的影响,给出了不同粘连程度下可见光在转换屏中的点扩展函数及相应的MTF曲线.通过几种不同粘连系数下模拟结果的比较可见,要获得一个高分辨的转换屏应尽可能减小晶柱之间的粘连.对于一个实际的转换屏其粘连系数至少应在40%以下,最好控制在20%以内.     

溶液折射率公式的一种验证方法

给出了通过阿贝折射仪测溶液折射率和百分比浓度来验证其折射率公式的一种方法。     

杨氏弹性模量光学系统的调节

本文介绍了在杨氏弹性模量测定的实验中，光学系统的速调整。