气溶胶粒子形状对其辐射特性影响的研究

在处理大气的长、短波辐射时常常假定粒子为球形。本用扩展边界条件法及Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法计算了随机取向的非球形气溶胶粒子的衰减、吸收截面、相函数、不对称因子、单次散射反照率等辐射参量，研究了形状因子及粒子表面粗糙度对这些量的影响。     

气溶胶微粒红外消光特性的计算

根据Mie光散射理论,对球形微粒物质在红外波段的消光参数进行计算,认为给定波长时,物质皆有一个合适的半径,使其质量消光系数达最大;该半径比消光效率峰值相应粒径小.估算了SiO_2、碳黑、石墨和Al粉在3～14μm波段的最大消光系数及相应粒径。     

含气泡粒子辐射特征的有效介质理论适用性研究

采用离散偶极近似法和Bruggeman有效介质理论分别计算了气泡个数为49、99、149、199、249和299的含气泡粒子的辐射特性参数.比较分析后发现:对于衰减因子、吸收因子和散射因子,在气泡数目小于一定值时,有效介质理论具有较好的适用性,反之适用性较差;对于单次散射反照率和非对称因子,有效介质理论均具有较好的适用性.同时证明了Michael教授关于有效介质理论对含气泡粒子适用性推测的片面性.     

含气泡粒子辐射特性的有效介质理论适用性研究

采用离散偶极近似法和Bruggeman有效介质理论分别计算了气泡个数为49、99、149、199、249和299的含气泡粒子的辐射特性参数.比较分析后发现:对于衰减因子、吸收因子和散射因子,在气泡数目小于一定值时,有效介质理论具有较好的适用性,反之适用性较差;对于单次散射反照率和非对称因子,有效介质理论均具有较好的适用性.同时证明了Michael教授关于有效介质理论对含气泡粒子适用性推测的片面性.     

应用积分浑浊度仪研究兰州城市冬季大气气溶胶

利用积分浑浊度仪监测得到的散射系数和多波段光度计观测资料分析了兰州冬季大气气溶胶的一个个例的散射光学特征.用散射系数计算了后向散射比、不对称因子、单次反照率、波长指数等重要的辐射参数,为气溶胶辐射强迫研究以及气溶胶辐射强迫参数化方案提供了基础资料.在此基础上建立了一种适合利用散射系数反演气溶胶细微粒子谱分布的方法.     

水中离轴球形粒子对高斯波束的声散射

将入射高斯波束用球函数展开,采用有限项级数展开的方法计算了高斯波束的波束因子,并根据声波散射理论,推导出球形粒子在偏离高斯声波轴线时散射波形函数的解析表达式,研究了高斯波束的波束宽度、离轴的距离等参数对声散射特性的影响.通过数值仿真,给出了刚性球形粒子在高斯波束作用下的散射声场的空间分布.仿真结果表明:随着波束宽度的增加,散射波形函数的幅度逐渐增大,当波束宽度为20倍的波长时,其散射波形函数曲线和平面波的完全吻合;随着粒子离轴距离和角度的增大,散射波形函数的幅度逐渐减小.该研究为利用聚焦波束实现粒子操控提供了理论依据.     

近红外波段气溶胶粒子形状和性质对散射特性的影响

为了研究近红外波段气溶胶粒子的形状和性质对散射特性的影响,将气溶胶粒子视为非球形粒子,并用T矩阵理论对0.94 μm波段的气溶胶粒子进行了一系列计算分析.计算结果表明:进行单个气溶胶粒子的散射计算时其形状因子是不可忽视的元素,单个气溶胶粒子的散射相函数随着粒子形状的不同在前向和后向有明显变化;进行气溶胶粒子前向体散射计算时非球形粒子近似成球形粒子带来的误差较小,后向误差仍较大;气溶胶粒子性质的不同,即折射指数和数密度的不同对散射特性影响较大.     

云雾场多尺度水滴和冰晶粒子的脉冲激光后向散射特性

为研究云层中冰晶和水滴粒子的尺度、散射等光学特性对飞行结冰的影响，该文基于联合散射理论，建立多尺度水滴和冰晶粒子的激光后向散射模型，分析了水滴与冰晶粒子的光学特性对后向散射的影响。结合工程应用模拟云雾场实验环境，测试不同粒子浓度下的1.064μm和0.532μm激光后向散射。结果表明，随着云粒子浓度增加，云层后向散射发光强度增大，实测数据与理论数据最大误差不高于7%。0.532μm波长激光的后向散射功率明显高于1.064μm波长激光，云雾场后向散射与粒子浓度几乎呈线性增长，并且冰云的后向散射系数普遍高于水云，差异可达到2～30倍。     

大气颗粒物PM2.5的消光特性研究

基于Mie散射理论,对大气颗粒物PM2.5的消光特性进行了研究,建立了混合颗粒系统消光系数的理论及等效计算方法.计算表明,不像大颗粒,PM2.5单颗粒的消光效率因子强烈地依赖于折射率和粒径;多颗粒的消光系数随粒度增加而增大,在强吸收时,也随分布宽度增加而增大;其随波长的变化与折射率、分布有关,往往是非单调的,而对混合的颗粒系统,还与混合比有关.分析表明,我们提出的消光系数的理论及等效计算方法也为实际大气颗粒物的光学特性研究提供了一个新的研究手段.     

水介质中碳粒子Mie散射特性的研究

基于Mie散射理论,对水介质中碳微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得到了散射强度与散射角、散射强度与粒子半径以及光学截面与入射波长的关系.研究表明,粒子的前向散射占优势;在入射波长确定的情况下,粒子的半径越大,前向散射强度越强.     

在特定环境中气溶胶组分光学特性的分析

基于Mie散射的OPAC软件包,分析了在激光雷达探测气溶胶时的3种特定环境(大陆洁净、大陆污染、海上污染)下各种气溶胶组分对光学特性(消光系数、散射系数、吸收系数、激光雷达比)的影响,对比了在550、1 000 nm这2个波长下的变化规律.研究结果表明:在550、1 000 nm这2个波长下不同环境中气溶胶组分的消光系数、散射系数随水滴数浓度的增加均呈线性递增,大陆洁净型和大陆污染型气溶胶环境的吸收系数变化均比较缓慢.在海上污染型气溶胶环境中,当气溶胶组分为积聚模态海盐和粗模态海盐时,水滴数浓度的变化率为0,这表明在这2种气溶胶组分环境下,吸收系数不随水滴数浓度的变化而变化; 激光雷达比受雷达波长和气溶胶环境组分2个因素的影响,该值在大陆污染型气溶胶环境下的变化最为明显,在水溶性和非水溶性组分下大幅递减,而在煤烟组分下大幅递增.     

溅射功率对氧化铝薄膜结构和光学性能的影响

采用射频反应磁控溅射法,在K9双面抛光玻璃基底上制备了一系列不同溅射功率的Al2O3薄膜,并对部分薄膜进行退火处理.利用X线衍射法对Al2O3薄膜退火前后的晶体结构进行分析,采用椭圆偏振光谱仪对薄膜的厚度、折射率和消光系数进行测试和拟合.实验结果表明:测射功率在100~300 W时,沉积的Al2O3薄膜退火前后均为非晶态;薄膜在可见光范围内具有良好的透光性能,透射率接近90%,为透明膜;薄膜的沉积速率随溅射功率的增大而增大;薄膜在可见光波段的折射率n随波长的增大而减小,平均值随溅射功率的增大呈现出先增大后减小的变化趋势;薄膜消光系数k的平均值亦随溅射功率的增大呈现先增大后减小的变化趋势.     

淀山湖湖水中太阳辐射能的分布

照射在湖面上的光,由于反射作用和散射作用,不能全部进入水中.进入水中的光也由于吸收作用,随着深度的增加很快地衰减,其衰减的程度因消光系数不同而有很大差异.湖水的消光系数是湖水本身和水中悬浮颗粒,特别是溶于水中的有色物质的吸收作用的总和.通过试验建立了淀山湖水光能衰减的计算公式,式中的变量系数因水面光强和湖水透明度变化而不同,并建立了计算变量系数的经验公式.用公式计算得到的水中太阳能的分布与实际测量的结果,没有发现显著的差异.     

一种基于Mie散射的颗粒物浓度测量方法

 根据Mie 散射理论,采用连分式递推算法,进行了微粒散射的数值模拟。借助特殊函数库得出简化的Mie 散射理论的数值模拟方法,省去了推导的复杂性,同时提高了计算程序运算速度。利用水溶胶模拟大气溶胶进行光散射实验,采用三波长法计算得到各样本的平均粒径,根据消光定律模拟出微粒浓度与光强变化之间的关系,为空气中微粒浓度的测量提供了理论依据。     

淀山湖湖水中太阳辐射能的分布

照射在湖面上的光,由于反射作用和散射作用,不能全部进入水中。进入水中的光也由于吸收作用,随着深度的增加很快地衰减,其衰减的程度因消光系数不同而有很大差异。湖水的消光系数是湖水本身和水中悬浮颗粒,特别是溶于水中的有色物质的吸收作用的总和。通过试验建立了淀山湖水光能衰减的计算公式,式中的变量系数因水面光强和湖水透明度变化而不同,并建立了计算变量系数的经验公式。用公式计算得到的水中太阳能的分布与实际测量的结果,没有发现显著的差异。     

外混合气溶胶吸湿性对其平均消光系数的影响

基于Mie散射理论与气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,以两种典型吸湿性气溶胶外混合组成的颗粒系为研究对象,计算分析了气溶胶平均消光系数对环境相对湿度的依赖关系。计算结果表明:在可见光与近红外波段,当相对湿度在60%~95%的范围内逐渐增大时,气溶胶颗粒物吸湿增长,使其粒度分布逐渐增宽,等效折射率逐渐减小,造成气溶胶的平均消光系数呈指数规律增长。进一步计算发现,当外混合气溶胶来源一定时,窄分布成分的气溶胶含量越高,或者某一成分的气溶胶粒度分布越窄时,随环境湿度的增大,外混合气溶胶平均消光系数的增长越快。上述方法也适用于预测复杂成分的外混合气溶胶平均消光系数与相对湿度的变化关系,从而为实际大气气溶胶光学性质和大气环境质量的研究提供理论依据。     

K-M模型下的人全血对He-Ne激光的散射与吸收特性

研究了人全血对He—Ne激光的反射和透射传输特性．实验采用单积分球系统及波长为632.8nm的He—Ne激光器，采用Kubelka—Munk模型分析和计算了不同血液样品的吸收系数、散射系数及总光强I(x)随厚度的变化情况.结果表明：K—M模型结合单积分球系统的测量方法可用于研究血液样品光学参数，不同类型的血液样品在K—M模型下的吸收系数或散射系数有差别，散射系数的差异较小，有3例胃癌患者血液的吸收系数与正常人有较大差异。     

中频反应磁控溅射Al2O3薄膜的光学性质

采用中频反应磁控溅射技术在玻璃基片上制备了Al2O3薄膜,提出了一种利用透射光谱来简单有效地分析弱吸收薄膜的光学特性及与光学相关的其他物理特性的方法.对Al2O3薄膜进行透射谱测量,通过对薄膜折射率、吸收系数、膜厚度与入射光波长相互关系的分析,获得了Al2O3薄膜在400~1 100 nm区域内的折射率、吸收系数与入射光波长的关系式,以及Al2O3薄膜厚度的计算公式.