海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究

发布时间：2021-03-29 21:10

　　海洋悬浮粒子的光学散射特性不仅直接影响激光在海水中的传输特性,而且是海洋环境光学监测的重要理论基础。当一束光射入海水中时,经过光与海水的相互作用,会发生弹性散射和非弹性散射。弹性散射光没有发生频移变化,但是散射特性与入射光的波长、海水的属性以及海水中悬浮粒子的大小、密度等有关。在海水中引发光弹性散射的散射元主要是海水水分子和海洋悬浮粒子等。弹性散射主要包括瑞利散射、米氏散射和无选择性散射三类,其中海水中水分子主要引起的是瑞利散射,而海洋悬浮粒子主要引起的是米氏散射。通过研究海洋悬浮粒子的米氏散射特性,可以得到海水中各种悬浮粒子的大小、密度等信息。光与海水产生的另一类散射是非弹性散射,这类散射存在散射光的频率相对于入射光的频率发生移动。非弹性散射又分为两类:拉曼散射与布里渊散射。拉曼散射与物质的分子结构有关,而布里渊散射实际上是由多普勒效应引起的,它和海水中的温度和盐度等密切相关。通过分析海洋悬浮粒子的布里渊散射特性,可以构建海洋悬浮粒子水体的温度和盐度检测模型。通常情况下,海水中水分子比光波波长小很多,可以用瑞利散射理论来描述其散射特性;而海洋悬浮粒子主要包括浮游植物和非色素悬浮粒子这... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【部分图文】：

海洋生物分类示意图

图 2-2 瑞利散射光强分布粒子的直径小于波长 1/10 或更小时发生的散射，由海水起。特点是散射强度与波长的四次方成反比。，在激光光束波长比粒子半径大很多的情况下，散射系数2 2 2 202 2 2 404 ( ) 1( )( 2 )S Sn V n nbn nπλλ =+ b( λ )是散射系数（1cm ）；Sn 是散射粒子的浓度（3cm 3 ）；λ 是激光的波长（ μ m）；n 是散射粒子的折射率；散射（Mie scattering）子的尺度与波长可比拟时，必须考虑散射粒子体内电荷，散射粒子应考虑为由许多聚集在一起的复杂分子构成，形成振荡的多极子，多极子辐射的电磁波相叠加，就可与波长相比拟，所以入射波的相位在粒子上是不均匀

散射的总能量很快增加，并最后以振动的形式趋于一光强随角度变化出现许多极大值和极小值，当尺度参数增大时度参数增大时，前向散射与后向散射之比增大，使粒子前半球很小时，米散射结果可以简化为瑞利散射；当尺度参数很大时学结果一致；而在尺度参数比较适中的范围内，只有用米散射果。所以米散射计算模式能广泛地描述任何尺度参数均匀球状无选择性散射（Non-selective scattering）尺寸比激光光束波长大得多时，产生无选择性散射。这时的散了，也可以称为漫反射，这种大粒子对可见光会产生折射、反学的规律，如图 2-3 所示。这种散射的特点是散射强度与波长强度相同，因此称为无选择性散射。

【参考文献】：
期刊论文
[1]MIE散射系数的改进算法[J]. 王小东,吴健,邱荣,杨春平,刘建斌.  光电工程. 2006(03)
[2]具有复折射率微粒的Mie散射光学特性研究[J]. 张杰.  光散射学报. 2005(04)
[3]南海北部水体浮游植物比吸收系数的变化[J]. 王桂芬,曹文熙,许大志,刘胜,张建林.  热带海洋学报. 2005(05)
[4]SYA2-2型实验室盐度计及其应用[J]. 徐惠.  海洋技术. 2005(01)
[5]珠江口颗粒物吸收系数与盐度及叶绿素a浓度的关系[J]. 许晓强,曹文熙,杨跃忠.  热带海洋学报. 2004(05)
[6]长江口外海区叶绿素a浓度分布及其动力成因分析[J]. 朱建荣.  中国科学（D辑:地球科学）. 2004(08)
[7]机载海洋激光雷达测量叶绿素a浓度、悬移质浓度和浅海深度的性能估计[J]. 贺岩,吴东.  中国海洋大学学报(自然科学版). 2004(04)
[8]珠江口水体的光学特征及分析[J]. 杨顶田,曹文熙,杨跃中,许晓强,李彩.  生态科学. 2004(01)
[9]赤潮浮游植物种类和数量分析的研究进展[J]. 张前前,王修林,祝陈坚.  海洋环境科学. 2004(01)
[10]AUTOSAL8400B型实验室盐度计及其应用[J]. 童明荣,孙朝辉,刘增宏.  海洋技术. 2003(04)



本文编号：3108194