大氣中離散隨機介質的波傳播和散射特性研究.pdf

1、本文基于大氣輻射傳輸理論，研究了大氣中離散隨機介質的波傳播和散射特性，主要工作和成果如下： 1．基于洛倫茨．米理論研究了服從一定尺寸分布的球形和多層球形粒子的單次散射特性，計算了各種不同類型云層的消光系數、散射系數、單次散射反照率、單次散射相函數以及不對稱因子；利用幾何光學方法計算了球形、非球形粒子的單次散射特性；利用T矩陣方法計算了非球形氣溶膠的單次散射相矩陣。 2．利用標量輻射傳輸理論，計算了云層對光波的反射與透射，

2、給出了云層的平面反照率和雙向反射函數；討論了大氣云層不同的類型、厚度及液態(tài)含水量對陽光散射強度的影響。研究了利用Henyey-Greenstein相函數代替水云相函數，以及利用等效球模型代替冰晶粒子計算云層多次散射的誤差問題。利用雙層球形粒子模型研究了冰水混合云的反射特性，并討論了云的異常吸收問題。 3．通過求解矢量輻射傳輸方程，利用累加法研究了太陽光在云層中傳輸的極化特性。討論了云層的光學厚度和有效半徑對極化光散射的影響；研究

3、了光波在冰水混合云中傳輸的極化特性．計算結果表明，在近紅外的某些波段上，反射光的極化比強度對云層的微觀特性更敏感，因此更有利于遙感，為利用近紅外光的極化特性遙感云層的微觀特性提供了理論依據。 4．根據降雨融化層的物理特性分析建立了三層球形粒子模型，并用其代替融化的冰雪粒子。根據洛倫茨．米理論計算了降雨融化層的雷達反射率、特征衰減和特征相移。與文獻結果比較表明，本文提出的模型是可靠且切合實際的。由于降雨融化層中的粒子為冰、水和空氣

4、的結合體，而且從零度層開始粒子的相態(tài)是由冰到水逐步變化的，因此其微觀特性在垂直方向是連續(xù)變化的，本文利用蒙特卡羅方法考慮了電磁波在云層中傳輸的多次散射問題，并計算了整個融化層的反射率。 5．提出了一種計算光學厚層漸近公式中的函數和常數的新方法。首先利用迭代法求解了Ambartsumian非線性積分方程，得到了光學半無界粒子層的反射函數；利用半無界粒子層的反射函數，求解了逃逸函數、漫射指數、漫射強度等參數，該方法不需要求解粒子層內

5、部的強度，因此具有計算效率高、精確性好的優(yōu)點。討論了利用光學厚層漸近公式計算云層散射的精確性。 6．給出了利用觀測的多個波長的反射太陽光強來反演云層的光學厚度和有效半徑的方法，并詳細討論了其可行性。基于電磁波的極化特性，通過求解矢量輻射傳輸方程，利用入-0.75μm(可見光)和λ=3．3μm(近紅外)兩個波長分別討論了單獨利用觀測的反射光強、單獨利用觀測的反射極化以及結合利用強度與極化反演水凝物氣溶膠的光學厚度和有效半徑的可行性