水云和冰云的光散射与辐射传输特性的研究

发布时间：2020-11-01 05:01

　　 云是大气的重要组成部分,它是由悬浮在空中的液态水滴或冰晶组成。云层作为一种离散随机介质,研究云的光散射与辐射传输特性对大气探测、卫星遥感、空间光通信等方面具有重要意义。本文围绕水云和冰云的光散射与辐射传输特性展开研究,主要工作包括:1.采用Mie理论、异常衍射理论和几何光学法分别给出单个球形液态水滴和非球形冰晶的光散射特性;在分别考虑液水含量、冰水含量条件下,将单个云粒子的光散射特性与gamma分布相结合,数值计算出水云、冰云的平均单次光散射特性。2.在水云、冰云平均单次散射特性的基础上,基于最新开发的C语言版本DISORT(CDISORT),数值模拟了平面平行模式下水云、冰云大气透过率与光学厚度、有效半径、液水含量/冰水含量、地表类型等参数的变化关系,还比较了不同水云、冰云光散射模型下大气透过率的差异。3.分析平面平行大气与球形大气之间的区别,并根据CDISORT的平面平行模式和伪球面模式,比较了太阳天顶角不同时这两种不同大气几何之间的水云、冰云透过率和反射率的差异。考虑球形大气几何的条件下,结合CDISORT的伪球面模式分析了典型激光波长(0.65μm、1.55μm)入射下水云和冰云大气反射率与云微物理特性、云散射模型、观测角、相对方位角等参数的变化关系。结果表明:随光学厚度、液水含量/冰水含量的增大,水云、冰云大气透过率先增大后减小;在不同的波长范围内,水云和冰云的有效半径对大气透过率的影响是不同的;平面平行大气与球形大气之间的水云、冰云透过率和反射率的差异随太阳天顶角的增大而增大;水云和冰云大气反射率均随着光学厚度的增大而增大,但随着有效半径的增大而减小;此外,对于不同的云散射模型、相对方位角、入射波长等来说,水云、冰云大气反射率和透过率的差异较大。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O436.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 水云和冰云粒子光散射特性的研究概况
        1.2.2 水云和冰云大气辐射传输特性的研究概况
        1.2.3 水云和冰云的光散射与辐射传输特性研究中存在的问题及发展趋势
    1.3 论文结构
2.云的微物理性质及光散射理论
    2.1 云的形成与分类
    2.2 水云和冰云的微物理性质
        2.2.1 水云的类型及微物理性质
        2.2.2 冰云的类型及微物理性质
    2.3 云粒子的光学常量及光散射理论
        2.3.1 水云和冰云粒子的光学常量
        2.3.2 球形水滴的光散射理论
        2.3.3 非球形冰晶的光散射理论
    2.4 本章小结
3.水云和冰云的光散射特性
    3.1 水云和冰云粒子形状的描述
        3.1.1 水云粒子形状的描述
        3.1.2 冰晶粒子形状的描述
    3.2 水云的光散射特性
        3.2.1 单个球形水滴的光散射特性
        3.2.2 水云的平均单次光散射特性
    3.3 冰云的光散射特性
        3.3.1 单个冰晶粒子的光散射特性
        3.3.2 冰云的平均单次光散射特性
    3.4 本章小结
4.平面平行大气下水云和冰云的辐射传输特性
    4.1 大气辐射原理及其求解
        4.1.1 基本辐射量与大气辐射传输方程
        4.1.2 libRadtran简介
    4.2 平面平行大气下辐射传输原理及其解法
        4.2.1 平面平行大气的辐射传输方程
        4.2.2 DISORT的平面平行模式
    4.3 平面平行模式下水云和冰云大气透过率的研究
        4.3.1 平面平行模式下水云大气透过率的研究
        4.3.2 平面平行模式下冰云大气透过率的研究
    4.4 本章小结
5.球形大气下水云和冰云的辐射传输特性
    5.1 球形大气辐射传输原理及其解法
        5.1.1 球形大气辐射传输方程
        5.1.2 球形大气辐射传输方程的数值解
    5.2 伪球面模式下水云和冰云大气反射率的研究
        5.2.1 两种不同大气模式下计算结果的比较
        5.2.2 伪球面模式下水云大气反射率的研究
        5.2.3 伪球面模式下冰云大气反射率的研究
    5.3 本章小结
6.总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果

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本文编号：2865052