随机取向双层椭球粒子偏振散射特性研究

基于T矩阵方法,给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法.散射体的核和外壳均可为非球形粒子,整个粒子具有轴对称性.以含核椭球粒子为模型,计算了含有吸收性内核(黑炭,black carbon)的水凝物气溶胶的散射特性,分析了核的大小、形状对消光系数、散射系数、吸收系数、不对称因子、单次散射反照率以及Muller矩阵等的影响. 关键词： 光散射 T矩阵 Muller矩阵 椭球粒子     

初始模型对含噪动态光散射数据正则化反演结果的影响

分别采用最小模型矩阵、最平坦模型矩阵、最光滑模型矩阵作为初始化模型,对加入5种不同水平随机噪声的90nm窄单峰、90nm宽单峰和250nm窄单峰、250nm宽单峰颗粒体系的模拟分布进行了正则化反演,并对反演结果进行比较。结果表明:当噪声水平为0时,正则化初始模型的选择对反演结果没有明显影响。随着噪声水平的增加,采用三种初始化模型反演得到的峰值误差和粒度分布误差都随之变大,但采用最平坦模型和最光滑模型反演得到的峰值和粒度分布误差明显小于采用最小初始模型的反演误差。当噪声水平大于0.01时,选择最平坦初始模型获得的粒度分布结果优于采用最光滑初始模型和最小初始模型获得的结果,而采用最光滑初始模型反演得到的峰值优于最平坦初始模型和最小初始模型的反演峰值。因此,采用正则化算法处理含噪动态光散射数据时,为得到最优的粒度分布信息,宜采用最平坦初始模型,若需要获取最准确的峰值信息,则应选择最光滑初始模型。     

煤粉颗粒的后向散射特性研究

利用Mie理论研究了单分散煤粉颗粒对光波的散射特性,给出了单次散射相函数、消光效率因子、散射效率因子、不对称因子和单次散射反照率随粒子尺寸的变化关系;当煤粉浓度较大时,需要考虑颗粒系的多次散射特性,根据辐射传输理论,利用蒙特卡洛方法研究了煤粉颗粒的多次散射特性,并给出了其后向散射随观测角度、粒子半径和光学厚度的变化关系,计算结果对煤粉颗粒反演具有一定指导意义。     

雨滴对电磁波的散射特性研究

由于重力和向上气流的作用,高速摄影显示较大的雨滴在降落过程中表现为一底部扁平、顶部圆滑的非球形对称体,已有的模型中BC模型(由Beard和Chuang提出)被认为能准确描述雨滴的形状。本文利用沿降落方向旋转对称的扁椭球体和均匀球体模拟降落中的雨滴,扁椭球体的短轴(旋转轴)与BC模型的相等,长轴通过与BC模型截面积等效法确定;利用T矩阵方法研究了水平取向的旋转扁椭球体和BC雨滴模型的散射特性,利用Mie理论计算了均匀球的散射特性,比较了半径分别为2 mm和3 mm大小的三种雨滴模型对94 GHz电磁波斜入射时的单次散射相矩阵,以及对频率为30 GHz~100 GHz电磁波的单次散射反照率,最后讨论了半径为0.5 mm~3.5 mm雨滴对35 GHz和94 GHz的后向散射函数。计算结果表明,利用均匀球模拟雨滴将带来较大误差,而利用截面积等效的旋转扁椭球体模型可以较好地模拟雨滴的散射特性。     

基于Tikhonov正则参量后验选择策略的PCS颗粒粒度反演方法

采用基于Morozov偏差原理的后验策略来选择最优正则参量,并采用此方法对单峰和多峰分布颗粒系的模拟电场自相关函数进行了反演,结果表明,对于单峰颗粒体系,当电场自相关函数的扰动误差小于0.05时,反演得到的峰值准确,当电场自相关函数的扰动误差大于0.05时,反演得到的峰值偏离所模拟的颗粒粒径.正则参量初始值在0.000 02～2范围内,在反演所得的峰值准确的基础上,正则参量初始值越小,反演得到的分布宽度越窄.收敛误差在0.000 05～50范围内,在保持反演结果稳定的基础上,收敛误差取值越大,反演得到的分布宽度越窄.对于多峰颗粒体系,当颗粒系中的颗粒粒径差别较小时,峰值向平均值偏移,当颗粒系中的颗粒粒径差别较大时,小颗粒粒径分布以噪音的形式出现.     

含核椭球粒子后向散射特性研究

基于T矩阵方法,给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法,散射体的核和外壳均可为非球形粒子,内层粒子和外层粒子可以为同心也可为不同心,整个粒子具有轴对称性.以含核椭球粒子为模型,计算了含有吸收性内核的水凝物气溶胶的散射特性,分析了核的大小、形状以及位置对后向散射的影响.计算结果表明,后向散射对内核的形状、大小...     

空心圆柱微腔谐振模式研究

基于分离变量法研究了平面波斜入射时,空心无限长介质圆柱微腔的光学特性,通过计算散射场展开系数分析了入射角度、空心部分的尺寸等因素对谐振廓线的影响。研究结果表明,当空心部分的尺寸参数较大时将使微腔的形貌共振(Morphology Dependent Resonances,MDR)峰值产生偏移,当空心部分尺寸参数较小时,圆柱仍然可以产生MDR共振,且位置和均匀圆柱重合。当平面波斜入射时,MDR峰也会产生偏移,并且随着入射角度的减小,MDR峰值减小,直至完全消失。     

非球形生物气溶胶对偏振光的多次散射特性研究

基于回转椭球模型和有限长圆柱模型,采用T矩阵方法研究了非球形生物气溶胶的单次散射特性,计算了鼠疫耶尔森氏杆菌、土拉热杆菌二种生物气溶胶对氦氖激光的单次相矩阵、单次散射反照率以及不对称因子。根据矢量辐射传输理论,研究了激光在生物气溶胶中传输的偏振散射特性,基于累加-倍加法(adding-doubling method)求解矢量辐射传输方程,并计算了非球形生物气溶胶对激光多次散射的斯托克斯参量。计算结果表明,生物气溶胶的尺寸和形状对光的极化更为敏感,因此在利用激光进行生物气溶胶微观特性探测和反演时,利用激光的偏振散射特性为非常有效的方法。     

相态对冰水混合云微观特性反演的影响研究

当云层的温度在－40℃~0℃之间时, 云层中会存在冰和水两种相态的云滴, 其散射特性与纯水云以及纯冰云特性有较大差异, 因此遥感反演混合相云层的微观和宏观物理特性具有重要的意义。本文采用冰水双层球模型模拟了冰水混合云中的云滴, 利用Mie理论计算了纯水、纯冰和冰水颗粒的单次散射特性, 分析了单次散射相函数, 不对称因子, 单次散射反照率等随着有效半径、相态、内外半径比等的变化特性。利用离散纵标法(DISORT)计算了水云和冰云对0.75 μm、2.16 μm和3.3 μm的双向反射函数, 讨论了利用纯水滴和纯冰滴反演冰水混合云滴的误差。分析结果表明, 利用0.75 μm和2.16 μm的太阳光反演冰水混合云的光学厚度和有效半径时, 光学厚度误差较大, 有效半径误差较小; 结合0.75 μm和3.3 μm的太阳光反演冰水混合云的光学厚度和有效半径时, 光学厚度误差较小, 有效半径误差较大, 其会高估其有效半径; 另外结合0.75 μm和3.3 μm这两个波长的反射函数反演冰水云的冰水混合比更为有效。     

电磁场与电磁波实验教学的探索与实践

针对"电磁场与电磁波"课程理论性强、概念抽象的特点,对该课程的实践环节进行了研究,设计了验证型和综合型等实验.其核心实验设计思想是用微功率白炽灯和高频检波电流表作为微波频段电磁波接收指示器,替代传统中价格昂贵的微波接收设备,并通过生动形象的实践环节的具体实施,达到了实验辅助与深化课堂教学的效果,激发了学生对理论知识的学习兴趣.