为了研究黑碳与非吸收性气溶胶的不同混合方式对量子信道参数的影响,根据黑碳与硫酸盐、有机碳气溶胶在Core-shell和Maxwell-Garnett两种混合模型下的消光系数,建立信道衰减模型并进行仿真分析,研究混合气溶胶粒子中黑碳体积分数和信道关联因子与双泡利信道、关联比特翻转信道参数的数据关系,分析黑碳体积分数与量子信号传输距离对密钥安全传输率的影响并进行数据仿真。仿真结果表明:在两种混合状态下,随着黑碳体积分数的增加,光量子能量的衰减均呈现逐渐增大的趋势,而量子安全密钥产生率则随着黑碳体积分数的增大而逐渐减小;在不同内容和模型下,信道关联因子的增大对信道隐形传态保真度有着积极的影响,而黑碳体积分数的增大则会降低信道隐形传态的保真度。

内混合气溶胶粒子的有效吸收对激光大气传输有着不利影响。以黑碳和氯化钠两种典型成分为例, 计算了密度和比热相同情况下, 均匀球和分层球模型粒子的有效吸收系数。研究结果表明: 有效吸收系数大小与粒子组分混合方式有关。在粒子吸收热量加热大气过程中, 黑碳为核的粒子在可见光和近红外波段有效吸收系数更大; 均匀球粒子在中红外波段和远红外波段(100 μs后)有效吸收系数更大, 而氯化钠为核的粒子在远红外波段(前100 μs)有效吸收系数最大。

以包含灰尘、黑碳和水三种成分的单分散内混合初次气溶胶为例，利用消光、吸收、散射效率因子和不对称因子，探讨了以等效折射率描述具有不同成分的内混合气溶胶粒子系统的适用性。结果表明，在尺度参数为0.1~25时不同半径比下，消光、吸收和散射效率因子的等效性较好，相对误差分别在3%、3%和4%以内；不对称因子的等效性相对稍差，相对误差在13%以内。当半径比a/b小于1/5，即内混合体中所含灰尘和黑碳较少时，等效折射率实部和虚部值基本可以确定，而不必考虑尺度参数的影响。用除散射相函数之外的其他光学量来等效时，较为容易找到等效的气溶胶粒子。

以黑碳和水两种成分组成的内混合单分散气溶胶粒子为例,根据其各消光效率因子、吸收效率因子和散射相函数,分析了用等效折射率来描述含有不同成分的内混合气溶胶系统的适用性.结果表明:在瑞利散射区和几何光学区内,内核(碳粒)体积比为0.01,0.1,0.5,0.9时,消光效率在大多数尺度参数下等效性都很好,但在米散射区内相对较差;当体积比大于0.3时,其吸收效率、消光效率等效性较好;除瑞利散射区外,散射相函数在各体积比下的等效性都很差.当考虑内混合气溶胶粒子系统的散射和吸收特性时,一般不难找到等效折射率,但在光散射技术中,应用相函数反演等效折射率的可靠性还有待商榷.

利用米散射理论和分层球模型考察了典型的海洋型气溶胶粒子在内混合状态下的消光特性,据此分析了以等效折射率描述具有不同折射率的各种成分组成的内混合气溶胶系统的适用性.结果表明:对于单分散系统,在瑞利散射区域和几何光学区域内,不同混合比下消光效率因子的等效性比较好,而在米散射区域(1＜x＜20)内,消光效率因子的等效性较差;对多分散系统,在三种区域内不同混合比下消光截面的等效性都较好.因此,对内混合海洋型气溶胶系统而言,一般可以通过寻找合适的等效折射率计算其消光特性.