武汉科技大学城市建设学院，湖北 武汉 430065
为探究近红外波段下气溶胶粒子的散射特性，基于离散偶极子近似法，对黑碳和硫酸盐气溶胶内混合核壳结构粒子及同种气溶胶粒子的2种假设结构的光学散射特性进行研究。编译构建以黑碳为核、硫酸铵为壳的核壳结构粒子模型，模拟计算特定入射方向的入射波长（875、1020、1640、2000 nm）下粒子的消光效率因子、散射效率因子、吸收效率因子、不对称因子及单次散射反照率随有效粒径的变化。数值计算结果表明：在同一入射波长下，随着有效粒径的增大，单核核壳粒子、二核团簇粒子、三核团簇粒子的消光、散射、吸收效率因子主要呈先增后减趋势，且3种粒子的散射、消光效率因子相差不超过10%。随着核粒子数增加，粒子结构半径增大，效率因子峰值后移。在4个波长下，多核团簇粒子的不对称因子平均比单核核壳粒子大0.1777、0.1960、0.2900和0.3131，而2种多核粒子的不对称因子平均仅相差0.096。在有效粒径相同的情况下，单核核壳粒子的单次散射反照率基本高于多核粒子，波长越大差异越明显。该研究结果可对复杂大气环境下气溶胶粒子的光学散射特性、污染物及气候效应监测等领域的分析提供一定的参考价值。
红外波段 气溶胶粒子 核壳粒子 离散偶极子近似法 散射与吸收 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0529001
1 西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
2 咸阳师范学院 物理与电子工程学院，陕西 咸阳 712000
3 西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
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。
冰晶粒子 离散偶极子近似方法 散射与吸收 ice crystal discrete dipole approximation method scattering and absorption 红外与激光工程
2020, 49(9): 20190545
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
地空链路无线光通信链路上, 云层是影响激光传输散射特性的主要因素之一, 主要是由水滴、冰水或者具有其他混合的核壳结构冰晶粒子等组成。建立了考虑晶核以及中间混合层结构的2、8和39个球形核壳结构团聚冰晶粒子模型, 分析了晶核尺寸对于理想团聚形核壳结构冰晶粒子消光、吸收和散射系数的影响; 且通过对均匀混合层折射率的计算, 对比了纯冰晶、理想核壳和考虑中间混合层的核壳三种多球团聚形冰晶粒子散射强度随散射角度的变化情况。数值结果表明: 理想核壳结构和中间混合层的核壳结构对冰晶粒子的散射特性影响较大; 相同条件下, 三种不同团聚形核壳结构冰晶粒子消光、吸收和散射系数存在显著差异。该研究结果对冰晶粒子的散射特性研究结果更为精确, 为开展无线光信号在随机分布冰云中的传输分析奠定理论基础。
核壳结构 冰晶粒子 散射与吸收 core-shell particles ice crystals scattering and absorption 红外与激光工程
2019, 48(8): 0805008
中国气象局 气溶胶与云降水重点开放实验室,南京信息工程大学 大气物理学院,南京 210044
利用米散射理论数值计算分析了尺度参数为0.1～100时球形典型气溶胶粒子的散射和吸收特性对复折射率的依赖性关系。气溶胶粒子复折射率的实部和虚部是一个有机的整体, 粒子复折射率的实部和虚部可以分别影响其散射和吸收特性。若实际大气气溶胶粒子大多是成核模态和积聚模态的小粒子, 基于气溶胶的散射和吸收特性可以获得其复折射率的唯一解。但是, 如果大气中存在大量的粗模态粒子时, 气溶胶散射和吸收特性对其复折射率的依赖性较为复杂, 只有选择有限的合适复折射率库区间, 才有可能获得更合适的有效复折射率。
光散射 气溶胶 复折射率 散射和吸收特性 依赖性 light scattering aerosol refractive index scattering and absorption dependency
