大气折射对可见光波段辐射传输特性的影响

折射是影响辐射传输的重要因素. 为分析大气折射对辐射传输的影响, 基于Monte Carlo方法, 给出了考虑大气折射的矢量辐射传输模型, 实现了均匀气层和耦合面处光子随机运动过程的模拟, 实现了直射光及漫射光Stokes矢量、偏振度和辐射通量等参数的计算. 在考虑和不考虑大气折射两种条件下, 验证了模型的准确性; 在纯瑞利散射条件下, 讨论了大气折射对不同方向漫射光Stokes矢量的影响; 在不同太阳天顶角、大气廓线、气溶胶及含云大气条件下, 分析了大气折射对辐射传输过程的影响. 结果表明: 大气折射对漫射光Stokes矢量的影响主要体现在天顶角70°–110°区间, 且随着太阳入射角增大, 其影响更为显著; 不同大气廓线情形下, 大气折射对Stokes矢量的影响不一致, 其原因是不同大气廓线对应的折射率廓线存在差异. 含云及含气溶胶大气条件下, 大气折射对辐射传输的影响变弱, 沙尘型及海盐型气溶胶条件下, 折射对辐射传输的影响强于可溶型气溶胶情形; 不同形状气溶胶条件下, 大气折射对辐射传输的影响也存在显著差异; 不同云高条件下, 大气折射对漫射光Stokes矢量的影响无显著差异, 但随着云光学厚度增大, 大气折射的影响减弱.     

烟尘中电磁波传输特性的Monte Carlo模拟

根据等效颗粒模型和分形理论,运用Mie理论和离散偶极子近似方法分别计算了烟尘簇团粒子在波长为06328?μm的电磁波入射情况下的单次散射特性.根据辐射输运理论,利用Monte Carlo方法对电磁波在烟尘中的传输特性进行数值计算,给出烟尘中反射率和透射率随入射角和烟尘厚度变化的数值结果,并分析了入射角、烟尘粒子的密度和厚度对反射率和透射率的影响.这为研究电磁波在密集分布介质中的传输特性提供了一种方法. 关键词： 烟尘粒子 离散偶极子近似 传输特性 Monte Carlo模拟     

多分散高浓度介质偏振光后向扩散散射的Monte Carlo仿真

建立了针对多分散高浓度介质偏振光后向扩散散射的Monte Carlo仿真模型，导出了多分散 系统的有效自由程分布函数. 给出了半径为50nm与550nm及其三种不同体积浓度比混合的聚 苯乙烯微球作为散射粒子的高浓度介质的仿真结果. 定性地分析了多分散介质偏振光后向扩 散散射的光强空间分布特征与粒子的体积浓度比的关系. 关键词： 后向扩散散射 偏振光 多分散高浓度介质 Monte Carlo仿真     

Monte Carlo方法模拟非直视紫外光散射覆盖范围

针对大气中紫外光散射通信的特点, 用Monte Carlo方法对紫外光非直视(NLOS) 通信三种工作方式的覆盖范围进行分析, 建立了基于Monte Carlo方法的NLOS紫外光传输模型.利用Monte Carlo模拟方法对三种NLOS散射方式的单次和多次散射路径损耗及覆盖范围进行模拟研究, 结果表明, 多次散射和单次散射的路径损耗基本一致, NLOS(a) 类全向发送全向接收通信方式覆盖范围最小但全方位性好, NLOS(b) 类定向发送全向接收通信方式的覆盖范围较大但有一定方向性, NLOS(c) 类定向发送定向接收通信方式的覆盖范围最大但有很强的方向性.     

材料中He深度分布演化的Monte Carlo模拟研究

基于He泡生长的迁移-合并机理,用Monte Carlo方法模拟了对材料进行等温退火过程中He深度分布的演化,探讨了不同参数对这一演化的影响.研究表明:材料中He泡的初始浓度和尺寸将影响He深度分布的变化,而退火温度则对演化速率起重要作用但对最终的He深度分布影响较小;随着反应的进行,整个系统的演化是逐渐趋缓的. 关键词： He 深度分布 Monte Carlo模拟     

海洋气溶胶多角度偏振辐射特性研究

海洋气溶胶是对流层气溶胶的重要组成部分,对全球的辐射收支平衡及气侯变化均有重要的影响。评价气溶胶的直接与间接辐射效应需要对气溶胶的性质进行深入的研究。多角度偏振为气溶胶光学物理性质研究提供了新的方法。在对可见光550 nm和近红外860 nm波段处海洋气溶胶的光学性质的研究基础上,采用矢量辐射传输模型模拟了TOA（top of atmosphere）反射率和偏振反射率与下垫面性质、观测方位角、气溶胶光学厚度之间的敏感性。模拟结果表明,海洋型气溶胶的多角度偏振信息可以有效地体现气溶胶的光学性质,可以利用多角度偏振遥感信息进行海洋气溶胶的反演,为利用多角度偏振遥感数据进行海洋气溶胶提供了理论基础。     

质子和α粒子在铝材料中传输的Monte Carlo模拟

为了检验应用在极紫外(EUV)波段空间太阳望远镜上Al滤光片在空间辐射环境下透过率的变化情况,我们模拟部分空间太阳望远镜运行轨道的辐射环境,应用Monte Carlo(M-C)方法对Al材料进行低能量的质子和α粒子辐照损伤模拟,计算给出了质子和α粒子辐照对Al材料产生的缺陷、电离以及声子等辐照效应,最后对结果进行了比较和分析,从而预测质子和α粒子辐照对Al滤光片性能和使用寿命的影响.     

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。     

偏振光大气传输的前向散射新模型

建立了偏振光空间传输前向散射的物理模型。对各向同性散射介质,在非相干性假设条件下,导出了偏振光双散射和多散射前向散射的有效Mueller矩阵,给出了偏振光Mie散射前向有效Mueller矩阵各矩阵元之间的对称性关系,即Mueller矩阵的16个矩阵元中只有7个是独立的,其他9个矩阵元通过组合及一定角度的旋转即可得到。利用Monte Carol方法模拟了偏振光在空间传输10km的前向散射的有效Mueller矩阵,模拟结果表明各矩阵元存在一定的对称性关系,与基于本模型导出的偏振光前向散射的有效Mueller矩阵元具有较好的一致性。     

利用Monte Carlo法计算粒子传输中的空间电荷效应

在电子束印刷(electron-beam lithography)、聚焦离子束(focus ion beam)以及阴极射线管(cathode ray tube)等电子及离子束器件中,束中各粒子之间存在相互作用,产生空间电荷效应。人们对电子及离子束器件中的空间电荷效应已经做了大量的研究。到目前为止,通常采用Monte Carlo法计算粒子输运过程中的离散的空间电荷效应。在此主要研究在束形成区利用Monte Carlo法计算空间电荷效应,并讨论在计算过程中出现的边缘效应,在此基础上提出一些新的处理方法以减小边缘效应,提高计算效率。     

Monte Carlo Simulation of Hard Hyperspheres in Six,Seven and Eight Dimensions for Low to Moderate Densities

The pair correlation function of hard hyperspheres in six, seven and eight dimensions is obtained from Monte Carlo simulations. The value of the pair correlation function at contact is compared with the results from molecular dynamics calculations and a variety of theoretical approaches. Remarkably good agreement is found with the simple, closed-form equations of Y. Song, E. A. Mason and R. M. Stratt, J. Phys. Chem., 93:6916–6919 (1989). The Monte Carlo results for the equation of state are compared with the theoretical expressions of M. Baus and J. L. Colot, Phys. Rev. A, 36:3912 (1987), M. Luban and J. P. J. Michels, Phys. Rev A, 41:6796 (1990), and high order virial expansions. In addition, in seven dimensions, comparisons are made with the exact PY solution provided by M. Robles, M. L. de Haro and A. Santos, J. Chem. Phys., 120:9113 (2004). Very good agreement was observed between theory and computer simulation in all dimensions.     

利用数值模拟测量闪光照相中H-D曲线

在分析高能闪光照相中传统实验方法不足的基础上,提出了采用Monte Carlo模拟结果来建立底片光学密度与照射量之间的关系,并对一个球对称客体进行了实验照相。采用Monte Carlo方法分析了底片光学密度分布左右不对称的各种因素,认为底片光学密度分布左右不对称主要是照相器件几何对中不理想造成的,并说明了底片光学密度左右平均的合理性。在此基础上介绍了H-D曲线的生成方法,采用Silberstein理论得到了具有较高精度的H D曲线。这种结合Monte Carlo模拟的H-D曲线测量方法不但避免了照射量测量误差,而且还考虑了H-D曲线对X射线能谱的依赖关系,更能体现实际情况,具有较高的精度。可用于球对称客体或柱对称客体的辐射照相。     

大气模式与气溶胶模型对辐射传输计算的影响

大气模式与气溶胶模型选择是影响定量遥感应用的辐射传输计算的重要因素。人们一般凭感性认识去进行选择,有一定随意性,对其带来的影响程度关注甚少。以太阳辐射计测量为依据,对大气模式与气溶胶模型选择方法作了研究,并利用经辐射定标过的光谱辐射计地面测量对辐射传输计算精度进行了验证。在昆明进行的试验表明,在0.50～0.68 μm范围内,选择中纬度冬季大气模式和大陆型气溶胶,经辐射传输计算后得到的光谱辐射亮度与光谱辐射计测量结果一致性很好,差别在3.3%以内;变换大气模式对辐射传输计算产生明显影响,差别达10%左右;选择不同的气溶胶模型对辐射传输计算影响也很大,差别达11%左右。基于辐射计测量的大气模式与气溶胶模型选择避免了主观选择的不可靠性,有益于减少辐射传输计算或卫星遥感大气订正的误差。     

The reflection and polarization properties of non-spherical aerosol particles

In this paper, we investigate the capability of multi-angle TOA reflectance and polarized reflectance for the retrieval of aerosol properties including aerosol mode (fine mode and coarse mode), aerosol shape (sphere and non-spherical), and aerosol optical thickness. Single-scattering parameters and phase-matrix elements were computed for randomly oriented non-spherical aerosol particles. Sensitivity indices were introduced to quantify the sensitivity of the TOA total reflectance and polarized reflectance to aerosol parameters. Finally, on the basis of the sensitivity study, this paper presents a conceptual approach toward the remote sensing of non-spherical aerosol three parameters (aerosol mode, aerosol shape, and aerosol optical thickness) using the TOA total reflectance and TOA polarized reflectance for the 0.865 μm spectral bands measured at multiple viewing angles.     

空气中激光触发沿面闪络的蒙特卡罗仿真

搭建了空气中脉冲电压下激光触发沿面闪络试验平台,在试验平台上进行了尼龙介质的激光触发沿面闪络特性试验,应用蒙特卡罗方法对尼龙在空气中激光触发沿面闪络过程进行仿真。建立了激光触发沿面闪络的蒙特卡罗仿真模型,对蒙特卡罗算法的实现过程进行了描述,得出激光能量密度不同时的闪络时延。仿真结果显示,随着激光能量密度的上升,激光触发沿面闪络时延下降,这表示激光能量密度增加,在介质表面上产生的电子数增多,使沿面闪络的时延减小,仿真结果与试验结果趋势一致,初步验证了空气中脉冲电压下激光触发沿面闪络机理。     

Simulation of the infrared radiation characteristics of high-temperature exhaust plume including particles using the backward Monte Carlo method

The analysis of the infrared radiation characteristics of high-temperature free-stream flow including particles is very significant for the field of target detection, combustion diagnosis and temperature measurement of flame. In this paper, the infrared radiation characteristics of high-temperature free-stream flow are calculated and analyzed using the backward Monte Carlo method, considering the effect of the directional radiation heat flux due to the particle scattering and the different boundary conditions. The calculation results of emitting, absorbing and anisotropically scattering media are compared with the forward Monte Carlo and finite-volume methods results, which shows the superiority on computational efficiency with the backward Monte Carlo method.     

TEXONO中微子实验屏蔽效果的Monte Carlo研究

TEXONO实验采用CsI (T1)晶体量能器测量反应堆低能中微子的能谱和通量,确定中微子ν_e的反常磁矩并为中微子振荡实验做技术准备.详细描述了屏蔽体的安排,本底的主要来源,基于GEANT3软件包做了Monte Carlo研究,得到屏蔽体对本底的屏蔽效果.     

Forward Monte Carlo computations of fully polarized microwave radiation in non-isotropic media

A completely forward Monte Carlo radiative transfer code has been developed with biasing techniques to efficiently solve the polarized radiative transfer equation for the full Stokes vector. The code has been adapted to accommodate plane parallel/3-D vertically/horizontally inhomogeneous scattering atmospheres in Cartesian geometries. Particular attention has been paid in stochastically treating the propagation, the emission and the scattering through anisotropic media particularly suited for clouds containing perfectly or partially oriented particles. Our modelling is very appealing because all its biasing techniques do not introduce unphysical Stokes vector. Numerical results and comparisons with benchmark tests are presented for verification.     

电源系统抗伽玛总剂量辐射能力评估方法

为了评估某电源系统抗伽玛总剂量辐射能力,研究了评估电子系统抗伽玛总剂量辐射能力的QMU方法。为获得应用QMU方法所需的输入量,提出了以蒙特卡罗方法和SPICE电路模拟相结合的分析方法,用以确定受伽玛辐照后系统性能参数的裕量及不确定度。应用QMU方法对电源系统抗伽玛总剂量能力进行了评估,将评估结果和实验结果进行了比较,验证了方法的可行性。     

Analysis of collimated radiation in participating media using the discrete transfer method

A general formulation of the discrete transfer method is provided to analyze radiative heat transfer problems in a participating medium subjected to collimated radiation. The formulation is validated by considering 1-D planar absorbing, emitting and anisotropically scattering gray medium in radiative equilibrium. Anisotropy of the medium is approximated by linear anisotropic phase function. For the purpose of comparison, the problem is also solved analytically. Results are obtained for different angles of incidence of the collimated radiation. At a given angle of incidence, results are obtained for forward, isotropic and backward scattering situations. Heat flux results are compared over a wide range of values of the extinction coefficient. Emissive power distributions in the medium are also obtained for some cases. The discrete transfer method results are found to compare very well with the analytic results.