基于时域多分辨算法的非球形气溶胶散射特性仿真模拟

发布时间：2018-05-25 16:17

  本文选题：非球形气溶胶 + 散射特性　； 参考：《物理学报》2017年04期

【摘要】：非球形气溶胶的散射特性是影响辐射传输模拟准确性的重要因素.为实现非球形、非均质气溶胶散射特性的模拟,基于MRTD(multi-resolution time-domain)方法建立了一个新的气溶胶散射模型.采用MRTD技术实现了近场电磁场的计算;考虑气溶胶的特殊性,推导了基于体积积分方法的近远场外推方法,实现了粒子散射振幅矩阵和穆勒矩阵的仿真;构建了粒子吸收和消光截面的计算模型,实现了粒子积分散射特性的高精度模拟.将MRTD散射模型的结果与Mie理论、T矩阵法进行了对比,验证了模型的准确性;讨论了空间网格粗细对模拟精度的影响,并定量分析了模型的运行效率.结果表明,MRTD散射模型的相函数模拟误差小于8%,其中前向散射方向小于4%;当粒径与入射光波长相当时,消光和散射效率因子的相对误差小于0.1%;空间网格粗细对模拟精度影响显著,当粒子尺度参数小于20时,在相同模拟精度要求下,所需网格尺寸随尺度参数呈先增大后减小的特征.
[Abstract]:The scattering property of non-spherical aerosols is an important factor affecting the accuracy of radiation transfer simulation. A new aerosol scattering model based on MRTD(multi-resolution time-domain method was developed to simulate the scattering properties of non-spherical and heterogeneous aerosols. The near far field extrapolation method based on volume integral method is deduced considering the particularity of aerosol and the simulation of particle scattering amplitude matrix and Muller matrix is realized. The calculation model of particle absorption and extinction cross section is constructed, and the high precision simulation of particle integral scattering characteristics is realized. The results of the MRTD scattering model are compared with the Mie theory T matrix method to verify the accuracy of the model, the influence of the spatial mesh thickness on the simulation accuracy is discussed, and the operational efficiency of the model is quantitatively analyzed. The results show that the simulation error of phase function of MRTD scattering model is less than 8, in which the forward scattering direction is less than 4, the relative error of extinction and scattering efficiency factor is less than 0.1 when the particle size and the appearance of incident light wave are at the same time, and the spatial mesh thickness has a significant effect on the simulation accuracy. When the particle size parameter is less than 20:00, the required mesh size increases first and then decreases with the same simulation precision.
【作者单位】： 解放军理工大学气象海洋学院;解放军理工大学电磁环境效应与电光工程国家级重点实验室;海军航空工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(批准号:41575025,41575024)资助的课题~~
【分类号】：O441.4

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本文编号：1933859