高空卷云主要由各种不同形状的冰晶粒子组成, 是地空链路上激光信号传输的重要影响因素。 依据高空卷云中冰晶粒子的分布特征和散射特性, 采用C版本的离散纵标法(CDISORT), 充分考虑地球球形曲率及云层冰晶粒子多次散射影响因素, 研究准球形边界云层的激光透过率和衰减特性, 并比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下卷云大气激光透过率的差异, 数值计算了三种激光波长(0.65, 1.06和3.8 μm)在卷云中传输时的衰减和透过特性。 计算结果表明: 较小太阳天顶角(小于80°)入射时, 两种模式下卷云大气激光透过率相对误差很小, 其中0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差仅为1.72%, 较大太阳天顶角(大于80°)入射时, 两种模式下卷云大气激光透过率相对误差明显增大, 0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差最大达到69%; 卷云粒子单次散射时, 激光在云层的衰减与卷云粒子有效半径、 传输距离、 光学厚度及激光波长等因素有关, 随光学厚度的增加, 云层的激光透过率减少, 1.06 μm激光波长入射时透过率最大, 3.8 μm激光波长入射时透过率最小; 0.65和1.06 μm激光波长入射时, 随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐增加, 而3.8 μm波长激光, 随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐减少, 随相对方位角的增加, 云层的激光透过率减少, 且不同卷云传输模型对激光透过率也存在不同的影响。 该研究工作将为开展地空链路星载、 机载激光通信、 激光雷达探测等工程系统中的激光信号云层传输特性的应用提供理论支持, 同时也可进一步拓展为地空链路激光遥感、 制导和预警等应用提供预先理论研究基础。

在冰晶粒子异质核化理论基础上，建立了椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子模型，利用离散偶极子近似法(DDA)数值计算同一入射波长下，有效尺寸对核壳结构冰晶粒子消光效率、吸收效率和散射效率的影响、中间均匀混合层对核壳结构冰晶粒子散射强度的影响以及Mueller矩阵元素随散射角度的变化情况。数值结果表明：随着有效尺寸的增大，椭球形、六角平板和六角棱柱3种簇团形核壳结构冰晶粒子的消光效率、吸收效率和散射效率随着有效尺寸的增大分别呈现不同的变化趋势；在相等尺寸条件下，散射强度随散射角度的变化情况与粒子形状有密切关系，且相比于椭球形和六角平板两种簇团形核壳结构冰晶粒子，六角棱柱核壳结构冰晶粒子的前向散射强度最大，散射强度随散射角度的变化曲线振荡更明显。根据Mueller矩阵元素随散射角度的分布情况，可以看出六角棱柱簇团形冰晶结构的散射方向最明显，前向散射强度最大，六角平板和六角棱柱簇团形冰晶结构的Mueller矩阵元素相对球形和椭球形在后向散射场区域的偏差更明显。论文的研究结果为进一步分析复杂冰晶粒子的散射特性，开展高空云层中各种复杂几何形状簇团冰晶粒子的散射特性研究和分析提供支持。