本文模拟了偏振激光雷达探测绝热水云微物理特性时由多次散射引起的退偏振问题,绝热水云的数密度在垂直方向上为定值,液态水含量和云滴有效半径随高度非线性增长,其变化规律由云层的大气压、温度以及绝热水云形成的热力学过程共同决定。激光雷达波长取0.355 μm,分别计算了云底高度为1 km和2 km的绝热水云退偏振比随穿透深度的变化,计算结果表明,绝热水云的退偏振比随穿透深度的增加而增大,随观测视场角的增大而增大,且其变化规律与均匀各向同性云层差距很大。另外,云层高度为2 km的云层有效半径比云底高度为1 km的更小,在同样数密度和观测条件下,退偏振比也更小。

激光雷达探测水云时, 多次散射会使雷达回波产生退偏振效应, 云层对激光的退偏振比与云层微物理特性信息含有特定的关系, 利用这种关系可以反演云层的微物理特性, 但是这种关系需要利用理论模拟进行研究和探索, 理论模拟激光雷达退偏振效应的方法主要是蒙特卡罗方法。给出了两种不同思路的蒙特卡罗模拟方法：一是通过跟踪光子在每一次散射后, 由光子方向矢量和Z轴构成的子午面来模拟, 光子相对于子午面的偏振状态由斯托克斯参量表示; 二是将光子的偏振状态用一个三元单位矢量组来表示, 每次散射后, 根据统计抽样得到的散射角和方位角对其进行旋转, 从而跟踪光子偏振态的变化。给出了详细的模拟过程, 并利用两种方法分别计算了水云的退偏振比, 模拟结果显示这两种方法得出的结果完全一致。

利用激光雷达探测水云微物理特性时, 雷达回波信号中会出现退偏振信息, 这是由激光与云层的多次散射造成的, 利用这些退偏振信息可以反演云层特性。利用半解析蒙特卡罗方法研究了波长为0.532 ?滋m激光雷达后向散射退偏振比对云底高度、云滴大小以及消光系数的敏感性。计算结果表明, 对于相同的接收视场角, 激光雷达与云层的距离越远, 退偏振比越高; 消光系数越大, 退偏振比越大; 雷达接收视场角越大, 被接收器捕获的多次散射信息越多, 因此退偏振比越大。当穿透深度较小时, 云滴尺寸较小的云层退偏比更高, 随着穿透深度的增加, 云滴尺寸更大的云层退偏振比更大。

基于矢量辐射传输理论，利用矩阵算法研究了海洋-大气耦合系统中，海雾气溶胶对太阳光的偏振散射特性。整个大气层垂直方向分为若干平面平行层，考虑了大气分子、云层以及气溶胶的垂直分布；海洋表面按照风驱随机粗糙海面进行了分析，考虑了海洋波斜率分布和遮蔽效应；海洋体也由若干平面平行层构成，考虑了海水以及叶绿素的吸收和散射影响。大气和海洋体每层的反射矩阵和透射矩阵以及源函数由离散坐标方法计算，整个海-气系统的散射特性由矩阵方法通过耦合层与层之间相互辐射得到。研究了整个海-气系统反射的太阳辐射以及偏振度对太阳光的波长、入射天顶角、观测角度、海洋表面风速、云和气溶胶的光学厚度，以及气体吸收等的敏感性。计算结果表明，多波长多角度偏振度信息随海洋表面和大气环境变化敏感，可以结合辐射强度和偏振度对海洋背景下气溶胶特性进行遥感反演。

利用激光雷达探测水云的光学和微物理特性时，水云的多次散射会在雷达回波中产生去极化信号，给出了半解析蒙特卡罗方法模拟偏振激光雷达后向散射去极化率的详细过程，给出了0.532 μm 激光作为光源入射时，典型水云的后向散射Muller矩阵二维分布图，以及水平线偏振、垂直线偏振、+45°线偏振和右旋圆偏振光入射时，后向散射的Stokes矢量的二维分布图，最后给出了去极化率和极化率随激光雷达接收视场角以及穿透深度的变化。从数据结果可以看出，接收视场角越大，多次散射的影响越大。给出的蒙特卡罗模拟方法对利用激光雷达遥感反演水云和球形气溶胶的特性具有重要的应用价值。

利用蒙特卡罗方法模拟了多层离散随机介质对激光的偏振多次散射，结合激光雷达的特点，给出了半解析蒙特卡罗模拟方法的具体模拟步骤，考虑了光子在随机游走时，跨越分界层时引起的自由程调整，根据Mie 散射相函数对不同介质层进行了散射方向抽样，利用该方法计算了双层和三层水云的雷达多次散射去极化率随穿透深度的变化。从计算结果可以看出，随着穿透深度的增加，雷达去极化率增强，激光在从一种介质入射到另一种介质时，其去极化率增加的速度不同，分析了粒子有效半径、单次散射相函数以及消光系数对雷达去极化率的影响。该方法可以应用于偏振激光雷达对非各向同性云层或气溶胶微物理和光学特性的遥感反演。

Small particle light scattering can produce light with polarization characteristics different from those of the incident beam. An analytical solution to the scattering by a spheroid with inclusion for an on-axis polarized Gaussian beam incidence is provided within the generalized Lorenz-Mie theory framework. The shapes of the inclusion can be spherical, confocal spheroid, or non-confocal spheroid. The Muller scattering matrix elements are computed for plane wave incidence or Gaussian light beam incidence. The effect of the size and shape of the inclusion or the coating on the polarized Gaussian light scattering characteristics by a spheroidal water coating aerosol particle are computed and analyzed.

基于分离变量法研究了双层同心和偏心介质球微腔的光学特性，通过计算其散射效率和不对称因子分析了内核的位置、尺寸以及入射角度等因素对谐振廓线的影响。研究结果表明，当内外两层颗粒的折射率不同时，内核粒子的位置以及尺寸将对偏心球的形貌共振（MDR）产生影响。通过计算球形粒子的内场角度平均强度发现，当内核粒子的位置位于能量集中区域时，MDR的位置和廓线受入射角度影响较大。

基于T矩阵方法，给出了随机取向、轴对称、含核椭球粒子的散射计算方法，散射体的核和外壳均可为非球形粒子，内层粒子和外层粒子可以为同心也可为不同心，整个粒子具有轴对称性。以含核椭球粒子为模型，计算了含有吸收性内核的水凝物气溶胶的散射特性，分析了核的大小、形状以及位置对后向散射的影响。计算结果表明，后向散射对内核的形状、大小、位置以及外壳的形状非常敏感。

提出了一种求解共焦镀层理想导体椭球粒子对任意角度入射高斯波束散射的解析方法。利用椭球矢量波函数把入射和散射电磁场展开，待求的展开系数由适当的边界条件推出的线性方程组确定。对于理想导体和镀层理想导体椭球粒子，给出了归一化微分散射截面的数值计算结果，并讨论了其散射特性。