辐射传输方程中的单次散射参数计算

48,022901(2011)激光与光电子学进展Laser&OptoelectronicsProgre

ss2011《中国激光》杂志社

辐射传输方程中的单次散射参数计算

王海华　孙贤明＊　刘万强　申　晋　刘　伟

(山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049)

摘要　根据米氏(Mie)理论,计算了多分散球形气溶胶粒子的单次散射特性。粒子的尺寸分布为伽马分布,有效半径分别为5.56,7和11μm,分析了0.4～100μm光谱范围内气溶胶粒子的平均消光系数、平均散射系数、单次散射反照率、不对称因子以及相矩阵与粒子的尺寸参数以及折射率的关系。结果表明,在可见光波段,粒子的有效半径对粒子的散射特性影响较小,在更长的波段上其影响较大;单次散射反照率在可见光范围内近似为1,随波长的变化和水滴折射率虚部随波长的变化曲线正好相反,这说明影响其大小的主要因素为粒子的折射率,即虚部越大则反照率越小;且极化率对粒子的尺寸比相函数更敏感。

关键词　散射;相矩阵;气溶胶;米氏理论

中图分类号　TN011.3　　　　文献标识码　A　　　　doi:10.3788/LOP48.022901

CalculationofSingleScatteringParametersinVectorRadiative

TransferEquation

WangHaihua　SunXianming　LiuWanqiang　ShenJin　LiuWei

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo,Shandong255049,China)Abstract　BasedonMietheory,thesinglescatteringcharacteristicsofaclusterofpolydispersesphericalaerosolsarecalculated.ThesizedistributionofparticlesisGammadistributionandeffectiveradiiare5.56,7,11μm,

respectively.Theaverageextinctioncoefficients,averagescatteringcoefficients,singlescatteringalbedos,

asymmetryparametersandelementsofsinglescatteringphasematrixinthespectralrangeof0.4～100μmareanalyzed.Thenumericalresultsshowthatthesinglescatteringpropertiesofaerosolsareseldomaffectedbyparticleeffectiveradiusinvisuallightwaveband,butgreaterathigherwaveband.Thesinglescatteringalbedoapproximatelyequals1atvisuallightwavebandandthecharacteristicsofsinglescatteringalbedoareoppositetotheimagerypartofrefractionindex.Thepolarizationratiosofsinglescatteringphasematrixaremoresensitivetoparticlesizethanphasefunctions.

Keywords　scattering;phasematrix;aerosol;Mietheory

OCIScodes　290.1090;290.4210

1　引　　言

研究粒子散射的数值计算问题,具有非常重要的实际意义。自然界中的很多粒子都具有复杂的形状,如大气中的气溶胶、雨滴以及冰晶粒子等。研究这些粒子的光散射特性可以更好地解释大气遥感过程中的一些重要现象;另外在目标识别与成像、遥测遥感、地下目标探测、生物体皮下组织的无创伤诊断、环境监测方面都需要研究粒子的光散射特性,对于小粒子光散射特性的研究已经非常系统,从球形到非球形,从无耗到有耗,从各向同性到各向异性,从平面波入射到波束入射,以及波束的离轴、在轴入射等,并且研究成果已被广泛应用于各种光学测量中。

当光波在离散随机介质中传输时,如果介质的光学厚度较小,散射光强及其极化特性可直接由单次散射　　收稿日期:2010-08-21;收到修改稿日期:2010-10-29

基金项目:山东省自然科学基金(ZR2009AQ013)资助课题。

作者简介:王海华(1978-),女,硕士,讲师,主要从事粒子光散射和大气辐射传输等方面的研究。

E-mail:hhwang1978@

　＊通信联系人。E-mail:xianming sun@

022901-1[1,2]

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