沙尘与含黑炭沙尘混合气溶胶的后向散射特性研究

发布时间：2020-05-12 17:40

【摘要】：气溶胶广泛存在于地球大气中,对大气辐射传输具有显著影响,并进一步影响到天气过程和气候变化。要研究气溶胶对大气辐射传输过程的影响,首先必须要研究气溶胶粒子的光学特性。此外,正确地认识大气气溶胶粒子的光散射特性是气溶胶组分识别和反演的基础。然而,气溶胶微观特性的复杂性为其光学特性研究带来了很大困难,本论文构建了简化的气溶胶粒子模型并评估了该模型模拟激光雷达气溶胶返回信号的有效性。黑炭和沙尘气溶胶是对全球气候影响很大的两种气溶胶类型,沙尘气溶胶占大气气溶胶总质量的50%左右,黑炭气溶胶是由化石能源和生物燃料不完全燃烧产生的。沙尘在传播过程中会与黑炭混合,导致评估它们对辐射传输的影响更加困难。本文构建了多参数超椭球模型用来模拟沙尘气溶胶粒子,相比常用的椭球模型,具有高几何自由度且可模拟粒子凹凸性等优势。本文用分形结构来模拟黑炭气溶胶粒子,沙尘黑炭混合气溶胶粒子用超椭球模型和分形黑炭模型的叠加来模拟。在激光雷达遥感中,所测量的后向散射比(退偏比、色比和雷达比)是进行气溶胶组分识别和相关数据产品反演的重要参数。基于超椭球和分形黑炭模型,本文采用不变嵌入T矩阵法计算了在三个波长下(0.355、0.532和1.064 μm)沙尘和沙尘黑炭混合气溶胶的后向散射特性。另外本文还对比了接触混合与非接触混合沙尘黑炭混合气溶胶光散射特性的差异,结果表明接触混合对退偏比和雷达比有很大影响。为了评估上述模型的适用性,本文将理论结果和实验室、星载以及地基激光雷达观测结果进行了对比,结果发现纯净沙尘和污染沙尘的退偏比、色比和雷达比的观测数值与本文的理论模拟结果具有一致性,这些结果证实了模型的合理性,并为其今后在大气辐射传输中的应用提供了理论依据。
【图文】：

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图１．３单粒子散射光偏振状态示意图。逡逑假设入射光是平行偏振光，用平行竖线代表该偏振状态，则它与粒子相互作用后的后向散射逡逑光偏振状态可能会发生改变，用点来表示垂直偏振光。图１．３表示一束平行偏振光受到粒子逡逑散射后返回的后向散射光变成了部分平行偏振光和部分垂直偏振光，着种变化可以用退偏比逡逑来表示。退偏比是指散射光垂直散射强度与平行散射强度的比值，可以反映粒子的形态大小逡逑等信息，是大气气溶胶观测与反演中很常用的物理量，单粒子１８０°后向散射退偏比表徸式逡逑为（Ｂｉｅｔａｌ．，２０１８）：逡逑。＼－Ｐ”／Ｐｕ逡逑——互￣￣（１．１４）逡逑１邋＋邋＾２２邋／／Ｊ，逡逑９逡逑

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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P425.55

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