寬范圍MIE散射系數(shù)的快速算法研究.pdf

1、環(huán)境污染日趨嚴重，對空氣中顆粒的尺寸、分布及其他特性進行分析和測量顯得尤為重要，對MIE散射算法的實時性和使用范圍提出了新的要求。 在經(jīng)典MIE散射理論基礎(chǔ)上，綜合向前遞推、改進的后向遞推等數(shù)學方法，作者研究和探討了寬范圍MIE散射系數(shù)的快速算法。 本文首先研究了MIE散射系數(shù)的計算方法，在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)了MIE散射系數(shù)的快速計算。該算法使用了改進的后向遞推公式，可以獲得MIE散射參數(shù)中的消光系數(shù)Kext和散射系數(shù)Ksca

2、穩(wěn)定的正確值；由于新算法能顯著地減少計算循環(huán)次數(shù)，因此明顯縮短了計算時間；由于新算法采取了合適的分段邊界條件的機制，能夠適應(yīng)寬范圍、復(fù)折射率的相應(yīng)MIE散射參數(shù)計算。其次，針對MIE散射系數(shù)應(yīng)用于低成本、小型化現(xiàn)場儀器的需要，對廣泛運用的MIE散射系數(shù)近似計算法進行了比較詳細的分析討論。第三，利用MIE散射理論得出大氣氣溶膠光學厚度反演其粒子譜分布。 研究工作發(fā)現(xiàn)：(1)計算的循環(huán)次數(shù)與粒子的復(fù)折射率基本沒有關(guān)系；(2)連分式得

3、到的結(jié)果通常最準確；(3)新算法在尺度系數(shù)較大時(>1000)，計算時間僅為連分式算法的10-2-10-3，計算的最大誤差小于10-5；(4)算法的適用范圍廣，對于尺度系數(shù)從10-6到106，復(fù)折射率的實、虛部從10-6到106都能很好地進行計算；(5)沙塵氣溶膠譜分布形式基本符合Junge譜，不同波長的氣溶膠粒子的譜形基本一致，氣溶膠粒子譜呈三峰型分布。 結(jié)果表明：改進后的新算法是寬范圍、高精度、快速的數(shù)值計算方法，滿足實際測